[發明專利]具備自動防噴系統的一體式鉆孔機器人及控制方法

在審

• 申請號: 202211570266.0
• 申請日: 2022-12-08
• 公開（公告）號: CN116104415A
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 彭濤;張剛;宋海濤;高鑫;曹明;王赫乾;沙翠翠;韓健
• 申請（專利權）人: 中煤科工西安研究院（集團）有限公司
• 主分類號: E21B7/02
• 分類號: E21B7/02;E21B15/04;E21B19/14;E21B19/16;E21B19/10;E21B33/06;E21B44/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 趙中霞

本發明公開了一種具備自動防噴系統的一體式鉆孔機器人及控制方法，包括安裝在履帶車體上的三自由度主機、鉆桿箱、六自由度機械臂及末端手爪、常閉式防噴系統和主控制器；六自由度機械臂可將鉆桿從鉆桿箱中取出或送回，并依據三自由度主機的空間定位坐標，將鉆桿從主機夾持中心放置或取出，完成自動加卸桿作業，鉆機實現自動鉆進；常閉式防噴系統在鉆進施工時，常閉式孔口防噴裝置迅速打開，不影響正常鉆進，停鉆時，孔口防噴裝置自動關閉，防止孔內瓦斯泄露。本發明實現了全自動鉆進與常閉式孔口防噴，系統簡潔，適用性廣。

技術領域

本發明屬于瓦斯抽采防治設備技術領域，涉及一種具備自動防噴系統的一體式鉆孔機器人及控制方法。

背景技術

在突出礦井中，煤礦瓦斯事故是一種普遍存在的災害，在瓦斯治理過程中，采取的最主要措施就是鉆孔施工后抽采煤層中的瓦斯，減少煤層中的瓦斯含量，但是由于煤層中過大的瓦斯壓力和煤層松軟的煤質，常常會導致鉆孔施工過程中發生噴孔現象，噴孔時會從鉆孔中涌出大量的煤渣、水、瓦斯，產生巨大的動力現象，造成瓦斯超限事故，嚴重威脅到作業地點鉆孔施工人員的安全。

傳統液壓鉆機存在鉆機行走、施工時，操作人員距離鉆孔近、易卡鉆、鉆進施工過程中易松動及人工裝卸鉆桿勞動強度大等問題。國內自動化鉆機的研究還不是很多，只有少部分應用，目前現有的全自動鉆機，主要實現了在鉆進運輸或施工過程中，鉆機的自動化流程，如自動裝卸鉆桿、自動變幅穩固，自動開孔定位及自主導航等，提高了鉆機機械化效率，消除了運動機械與施工人員直接接觸的潛在隱患，但在鉆孔施工過程中對于孔口的自動防噴控制，研究及應用甚少，對于無人或少人控制的鉆孔機器人，噴孔及瓦斯超限等安全隱患依然存在，亟待解決。

由于井下地質條件復雜，瓦斯抽采鉆孔施工過程中的瓦斯超限及噴孔事故時有發生，輕則影響鉆機傳感器及精密元器件性能，重則對鉆場施工人員生命安全造成損害，現有的瓦斯抽采鉆機孔口防噴系統，一種是簡易的孔口多通裝置，人工將孔口多通前端孔口管插入孔內，孔內煤粉與瓦斯從孔口管內進入孔口多通，瓦斯通過負壓管吸入過濾裝置并送入負壓管路，煤粉通過下方開孔自然落下；但在實際鉆孔施工中，由于鉆桿與孔口管間留有環空間隙以便排渣，不能對瓦斯氣體完全密封，同時瓦斯瞬時涌出時，氣體與煤粉、巖粉涌出量大，無法及時抽采，造成施工鉆機附近瓦斯超限；另一種是常開式孔口防噴系統，當鉆場瓦斯超限，需要瓦斯傳感器報警傳輸信號給防噴控制中心，防噴控制中心再控制水閥或氣閥等動力源對孔口裝置提供動能，關閉孔口實現防噴，其控制流程復雜且存在滯后效應，不能及時封堵孔口，控制系統復雜，性價比低，同時由于孔口裝置是常開式結構，在每個鉆進回次間隔等待時，無法實現孔口與外界的實時隔斷，安全性不高。現有的孔口防噴系統均與鉆機獨立控制，孔口裝置常掛裝于孔口，無法與鉆機實時鉆進工況聯動，防噴效果不佳，且移動不靈活，不同工況適應性差，當瓦斯超限，而操作人員未察覺或鉆機無法自動停機時，易引發安全事故。

發明內容

針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在于，提供一種具備自動防噴系統的一體式鉆孔機器人及控制方法，實現與煤礦井下瓦斯抽采鉆孔施工設備的電液控系統聯動，可實現停鉆、瓦斯超限及鉆機急停時三種狀態的孔口迅速自動閉鎖功能，防止煤與瓦斯突出事故的發生，顯著提高井下瓦斯抽采鉆孔施工的安全性。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

具備自動防噴系統的一體式鉆孔機器人，包括安裝在履帶車體上的三自由度主機、鉆桿箱、六自由度機械臂及末端手爪、常閉式防噴系統和主控制器；

所述三自由度主機包括給進機身、卸扣器和前夾持器、后夾持器、動力頭、給進油缸、拖板、平移油缸、平移卡板、給進位移拉繩傳感器組件、平移位移拉繩傳感器組件、變幅穩固裝置；所述變幅穩固裝置通過舉升油缸安裝在履帶車體平臺上，變幅穩固裝置的回轉支撐連接給進機身一側；所述平移油缸平移、變幅穩固裝置的舉升油缸舉升及回轉支撐旋轉能實現鉆桿三個自由度的調節；