基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机与控制方法

本发明涉及工程机械钻机技术，属于煤矿开采的领域，具体涉及一种基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机与控制方法。

背景技术：

1、在煤矿开采过程中，钻孔取样是一项重要的工作，其能够方便工作人员了解煤层的地质情况、评估煤层性质、制定开采方案以及确保安全生产等方面都具有重要意义；

2、比如对煤层中瓦斯进行取样，能够监测矿井中的瓦斯浓度，及时发现并处理潜在的瓦斯积聚问题，从而有效预防瓦斯爆炸、燃烧、窒息等事故的发生，提高矿井的安全稳定性；比如对煤炭取样，能够通过对煤炭样品分析了解煤层的质量状况与物理性质，从而进行针对性开采；

3、目前常用的方式是通过煤矿钻机对煤层进行钻孔、取样，即选择合适的钻孔位置、设置合理的钻孔参数，将钻杆、钻头12、采样器等设备进行相应动作；但存在以下问题：1、钻机的动作源主要以柴油机为主，其虽然具有高效性、使用灵活和可靠性强等优点，但是需要辅件较多，容易对施工环境造成污染，尤其是井下相对密闭的环境；2、在取样过程中，需要钻具钻进取样点，再将采样器等设备送至取样点完成取样，这种方式不仅导致工序时间长，而且损耗大、时效性差，比如无法保证瓦斯含量与压力的准确性；3、钻孔过程中，为避免钻孔产生大量碎屑而增加钻头12钻进的阻力、甚至导致卡钻现象，需要钻头12具有特殊结构或者设置特殊设备以对钻具排渣，此方式将增大钻孔成本。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，以静压风源为输入源，在提供基础动力的情况下，更加环保，实现钻进排渣、常压风取样、加压风取样的调整切换，并且不退钻杆取样，有效提高钻进取样效率，避免出现工序时间长、时效性差的问题。

2、为实现上述目的，本基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，包括：钻具部件与气动系统；

3、钻具部件，包括依次连接的钻头、双壁螺旋钻杆、双通道尾辫；

4、钻头，设有轴向贯穿的通孔；

5、双壁螺旋钻杆，具有同轴布置的内、外钻杆，内、外钻杆之间形成外通道，且内钻杆具有与通孔连通的内通道；

6、双通道尾辫上设有与外通道连通的侧向通风孔、以及与内通道连通的轴向通风孔；

7、其中，钻头的外径大于双壁螺旋钻杆的外径，双壁螺旋钻杆靠近钻头处设有与外通道连接的射流孔；

8、气动系统，具有与煤矿静压风源连通的进气口、能够进行开闭的第一出气口与第二出气口、以及靠近排气口处的动力部件，动力部件能够将气体转化为液压动力、并通过钻机液压系统使得钻具部件进行基础动作；

9、其中，第一出气口与轴向通风孔连通，第二出气口与侧向通风孔连通。

10、在本发明的一些示例中，所述动力部件具有气马达、液压泵；

11、气马达输出端与液压泵连接并通过液压泵将动力输入钻机液压系统中。

12、在本发明的一些示例中，所述气动系统具有总支路、以及分别与总支路连接的第一支路、第二支路、第四支路；

13、总支路与煤矿静压风源连通，第一出气口位于第一支路端侧，第二出气口位于第二支路端侧，动力部件位于第四支路上；

14、其中，总支路、第一支路、第二支路、第四支路均受控制进行开闭。

15、在本发明的一些示例中，所述气动系统还包括受控制开闭的第三支路；

16、第三支路一端与总支路连通、另一端与第二支路连通，且第三支路上设有增压阀、以及气体流向第二出气口的第三单向阀；

17、第二支路上靠近总支路处设有气体流向第二出气口的第二单向阀。

18、在本发明的一些示例中，所述第四支路上还设有气动节流阀。

19、在本发明的一些示例中，所述第一支路上设有第一电磁开关阀，第二支路上设有第二电磁开关阀，第三支路上设有第三电磁开关阀，第四支路上设有第四电磁开关阀；

20、第一电磁开关阀、第二电磁开关阀、第三电磁开关阀、第四电磁开关阀均与控制器连接，并受其进行控制。

21、在本发明的一些示例中，所述总支路上设有总开关阀、以及气流流向各支路的第一单向阀。

22、在本发明的一些示例中，所述钻具部件中钻头、双壁螺旋钻杆、双通道尾辫相互螺纹连接；

23、所述射流孔倾斜布置，且外侧端口朝向钻头处。

24、本发明目的在于还提供基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机的控制方法，通过气动系统与煤矿静压风源连接，在提供基础动力的情况下，使得整体重量轻，更加环保，通过总支路与相应支路进行连接并控制开闭，使得第一出气口与轴向通气孔连通、第二出气口与侧向通气孔连通、以及气体经过增压阀加压后单向进入第二出气口，实现钻进排渣、常压风取样、加压风取样的调整切换，有效提高钻进取样效率，避免出现工序时间长、时效性差的问题。

25、基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机的控制方法，具体包括以下步骤：

26、s1，自煤矿静压风管引出煤矿静压风源并进入气动系统中；

27、当钻机定位后，总支路打开、第四支路打开，通过气马达与液压泵连接，将气体转化为液压动力、并通过钻机液压系统使得钻具部件进行基础动作；

28、s2，当进行钻进时，第一支路打开，第二支路、第三支路均关闭，静压风源的气体从第一支路的第一出气口进入双通道尾辫的轴向通风孔、双壁螺旋钻杆的内通道、最后从钻头的通孔从后向前排出，完成正循环钻进排渣；

29、s3，当进行取样时，第二支路打开，第一支路、第三支路均关闭，静压风源的气体从第二支路的第二出气口进入双通道尾辫的侧向通风孔、双壁螺旋钻杆的外通道、射流孔进入钻孔内部，最后从钻头的通孔从前向后排出，完成反循环取样；

30、s4，当风压较低、或者钻孔内壁空间较小进行加压风取样时，第三支路打开，第一支路、第二支路均关闭，静压风源的气体经过第三支路上的增压阀加压后单向进入第二支路，并从第二出气口进入双通道尾辫的侧向通风孔、双壁螺旋钻杆的外通道、射流孔进入钻孔内部，最后从钻头的通孔从前向后排出，完成加压风反循环取样。

31、与现有技术相比，本基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机一方面通过气动系统与煤矿静压风源连接，在为本气动钻机提供基础动力的情况下，能够使得整体重量轻，并具有绿色环保的优点，另一方面第一出气口与轴向通气孔、内通道、钻孔通孔接通，第二出气口与侧向通气孔、外通道与射流孔、钻孔通孔接通，实现钻进排渣、常压风取样的依次动作，有效提高钻机的效率；

32、由于设置第三支路，在第三支路打开，第二支路关闭的情况下，气体经过增压阀加压后单向进入第二支路、并从第二出气口进入侧向通风孔、外通道、射流孔进入至钻孔内部，最后从钻头通孔从前向后排出，实现加压风反循环取样；本发明通过总支路与相应支路进行连接并控制开闭，实现钻进排渣、常压风取样、加压风取样的调整切换，有效提高钻进取样效率，避免出现工序时间长、时效性差的问题。

技术特征：

1.基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

5.根据权利要求3或4所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

6.根据权利要求4所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

7.根据权利要求3或4所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

8.根据权利要求1至4任意一项所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机，其特征在于，

9.一种权利要求4所述的基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机的控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于静压风源的钻进与取样一体式气动钻机与控制方法，其气动钻机包括：钻具部件与气动系统；钻具部件中的钻头设有轴向贯穿的通孔，双壁螺旋钻杆具有同轴布置的内、外钻杆，双通道尾辫上设有与外通道连通的侧向通风孔、与内通道连通的轴向通风孔、以及靠近钻头处设有与外通道连接的射流孔；气动系统，具有与煤矿静压风源连通的进气口、能够进行开闭的第一出气口与第二出气口、以及靠近排气口处的动力部件；本发明以静压风源为输入源，在提供基础动力的情况下，更加环保，实现钻进排渣、常压风取样、加压风取样的调整切换，并且不退钻杆取样，有效提高钻进取样效率，避免出现工序时间长、时效性差的问题。

技术研发人员：刘春,王云飞,刘垒
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/14