[发明专利]一种用于科学钻探的液压驱动深孔岩心钻机

说明书

技术领域

本发明涉及一种地质钻探设备，具体涉及一种用于科学钻探的液压驱动深孔岩心钻机。

背景技术

随着国民经济的发展，对各种固体矿产资源的需求日益增加，人们不得不向地表更深处寻找可用资源；还有一些地质科学钻探的需要，满足人类对地球深部组织结构的探测，以便及时了解地壳的运动变化，对地震等地质灾害能做出及时的预警，减少灾害带来的损失。都需要足够能力而又方便耐用的钻探设备来装备，即要有钻深孔的能力，又要有钻相对较大直径孔的能力。然而，能满足这两种能力的深孔可取心的钻机并不多。

目前，传统岩心钻机主要包括机械立轴式岩心钻机和液压动力头式岩心钻机。机械立轴式岩心钻机大多采用电动机或内燃机提供动力，通过离合器、变速箱、分动箱等机械传动形式驱动钻机的回转器、卷扬机作业，通过液压传动驱动给进系统作业。深孔岩心钻机对动力要求大，传统的机械钻机受到机械传动的限制不可能无限放大，不但笨重，各种操作手柄距离分散、钻机操作人员不便操控，而且操作手柄需要很大的操作力，工人劳动强度加大。没有钻参显示及报警，在深孔钻进过程中孔内事故概率更大；由于机械立轴式岩心钻机的主要执行元件为机械传动与变速，造成其传动效率较低、变速机构复杂，从而造成了能耗大低效率的缺陷；而液压给进系统受液压缸行程限制，需要频繁倒杆，容易造成孔底岩心堵塞，使得辅助工作时间加长，并且回转器不能兼作拧卸工具，使得机械立轴式岩心钻机的作业效率和作业安全性能受到了很大的限制。

液压动力头式岩心钻机，其回转、给进和升降钻具等机构均用液压驱动方式驱动，一般为履带或车辆装载，强调了钻机的机动性，对于中等及浅的钻孔比较适用，对于深孔钻进有以下缺陷：桅杆较短每次提取的钻柱少，增加了起下钻具时的辅助时间及工人的劳动强度；

虽然其给进行程大于机械立轴式岩心钻机，但其给进行程仍然较小，不能够满足深孔钻探要求，增加了加接钻杆的次数，而且不能长行程的扫孔，增加了钻孔塌孔及卡钻的风险，增加了工作时间与作业成本；动力头能实现高速回转以满足小口径金刚石钻进工艺的要求，但是不能满足深孔钻进开孔时大直径的要求，扭矩不够。

更为先进的岩心钻机是采用变频电驱动的钻机，目前用于石油及油气钻采的高端钻机，价格昂贵，钻机体型巨大，给搬迁带来不便；顶驱不能实现适用于地质小口径钻探的高速回转，没有绳索取心打捞绞车，每次都要将整个钻杆从孔内提出来取岩心，大大降低了钻探的效率。

所以，为了克服现有钻机的不足，需要设计一种用于科学钻探的液压驱动深孔岩心钻机，该钻机能够实现顶驱回转和转盘回转两种作业方式，能够满足不同作业条件下的作业要求，提高了钻探效率和钻探安全性，能够实现作业过程的高效便捷控制。

发明内容

本发明需要解决的技术问题就在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于科学钻探的液压驱动深孔岩心钻机，该钻机能够实现顶驱回转和转盘回转两种作业方式，能够满足不同作业条件下的作业要求，提高了钻探效率和钻探安全性，能够实现作业过程的高效便捷控制。

为解决上述问题，本发明采用技术方案为：

一种用于科学钻探的液压驱动深孔岩心钻机，钻机包括平台和平台上的竖直井架，平台上还设有动力站和司钻房，平台上还设有用于提吊钻具的主绞车和打捞岩心的打捞绞车，其特征在于，钻机包括顶驱回转装置和转盘回转装置；顶驱回转装置包括顶驱，顶驱通过托架滑车与井架上的竖向导轨配合，顶驱回转装置还包括用于为转盘回转装置作业让开孔口的顶驱折叠机构，顶驱折叠机构通过折叠油缸将顶驱偏离孔口位置，允许转盘回转装置进行钻探作业；转盘回转装置设有用于驱动转盘转动的电控变量液压马达，转盘回转装置能够独立于顶驱进行钻探作业。本发明的顶驱回转装置的作业实现高转速和小扭矩的钻探特点，转盘回转装置实现低转速大扭矩的钻探特点，能够满足不同钻探作业的需求，并且两种作业方式的转换方便，能够提高钻探作业的效率。

本发明为了实现顶驱回转装置的送钻作业，较佳的技术方案有，托架滑车的左右两侧分别与给进油缸的一端铰接，给进油缸的另一端铰接安装在井架上端的天车底部。给进油缸根据钻探要求控制顶驱的水平高度，从而实现钻探过程的送钻作业，顶驱两侧的两个给进油缸能够保持顶驱较佳的稳定性。