井下瓦斯抽采鉆的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下瓦斯抽采鉆機，包括鉆機主機及控制鉆機主機運行的電控系統(tǒng)；所述鉆機主機包括履帶行走部、推進部、動力頭、大傾角鉆桿自動裝卸機構及向各組成部分提供動力源的液壓泵站；所述電控系統(tǒng)包括設置在地面的遠控站及設置在井下的主控站，所述遠控站與主控站之間通過光纖以太環(huán)網連接；本發(fā)明不僅實現(xiàn)了鉆機主機無人化全自動鉆孔作業(yè)，還可以完成多方位角和大傾角自動裝卸鉆桿作業(yè)，進一步降低了工人勞動強度和危險性，提高了瓦斯抽采效率。
【專利說明】井下瓦斯抽采鉆機

【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于抽采鉆機領域，具體涉及一種地面監(jiān)控的井下瓦斯抽采鉆機。

【背景技術】
[0002]瓦斯是一種寶貴資源，埋于煤炭層中，具有無色無味、不能維持呼吸、達到一定濃度易爆炸等特性，因而對其開采具有一定危險性。煤礦采煤作業(yè)中時常發(fā)生瓦斯爆炸事故，造成嚴重的生命財產損失?，F(xiàn)有技術中，瓦斯抽采主要依靠操作人員操作鉆機直接在礦井下進行現(xiàn)場作業(yè)或遠程控制鉆機作業(yè)。井下作業(yè)，勞動強度大，危險系數(shù)高，操作者的生命安全無法得到有效保證；遠程控制作業(yè)，對操作者的技能要求較高，易出現(xiàn)操作失誤，從而導致安全事故的發(fā)生。另外，現(xiàn)有技術中的抽采鉆機始終存在“不能直接完成多方位角和大傾角工況下自動裝卸轉桿鉆孔作業(yè)”的問題，也給抽采工作帶來難度。


【發(fā)明內容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種瓦斯抽采鉆機，在實現(xiàn)操作者地面監(jiān)控井下鉆機完成包括多方位角、大傾角工況下、自動裝卸鉆桿在內的全自動抽采鉆孔作業(yè)。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:一種井下瓦斯抽采鉆機，包括鉆機主機及控制鉆機主機運行的電控系統(tǒng)；
[0005]所述鉆機主機包括履帶行走部、推進部、動力頭、大傾角鉆桿自動裝卸機構及向各組成部分提供動力源的液壓泵站；
[0006]所述電控系統(tǒng)包括設置在地面的遠控站及設置在井下的主控站，所述遠控站與主控站之間通過光纖以太環(huán)網連接。
[0007]進一步，所述履帶行走部主要由履帶行走底盤、用于驅動履帶行走底盤的行走液壓馬達、可360°旋轉的旋轉平臺及用于驅動旋轉平臺的機架方位馬達組成；所述旋轉平臺設置在履帶行走底盤上方。
[0008]進一步，所述推進部主要由機架、直線導軌1、直線導軌I1、托板、調斜滑塊、托板液壓缸組、推進液壓缸組及調斜液壓缸組組成；
[0009]所述機架設置在旋轉平臺上，一端通過支座與旋轉平臺相鉸接，另一端通過調斜液壓缸組與旋轉平臺相鉸接；
[0010]所述直線導軌I與直線導軌II分別設置在機架的上、下兩平面上，所述托板套裝在直線導軌I上做往復滑動，所述托板液壓缸組固定在機架上為托板的往復滑動提供動力，所述調斜滑塊套裝在直線導軌II上，所述推進液壓缸組一端固定在機架上，另一端固定在調斜滑塊上，為所述調斜滑塊提供直線往復滑動的動力，所述調斜液壓缸組一端鉸接在調斜滑塊上，一端鉸接在旋轉平臺上。
[0011]進一步，所述動力頭主要由旋轉液壓馬達、減速器及鉆桿接頭組成，所述旋轉液壓馬達與鉆桿接頭通過減速器連接，所述動力頭設置在托板上。
[0012]進一步，所述大傾角鉆桿自動裝卸機構包括設置在推進部上的雙夾持器和設置在履帶行走底盤上的鉆桿存儲輸送機構及機械手；
[0013]所述鉆桿存儲輸送機構主要由直線導軌II1、鉆桿箱及鉆桿選列油缸組成，所述直線導軌III設置在履帶行走底盤上，所述鉆桿箱設置在直線導軌III上并通過鉆桿選列油缸提供的動力沿直線導軌III往復滑動；
[0014]所述機械手主要由支架、用于控制并調整支架傾斜角度的傾角油缸、旋轉部、驅動旋轉部旋轉的馬達1、設置在旋轉部一端的手臂、驅動手臂做伸縮運動的伸縮油缸、固定在手臂上的夾松油缸及連接在夾松油缸上的卡瓦；所述馬達I固定在支架上，所述旋轉部與馬達I相連。
[0015]進一步，所述遠控站包括人機界面、操作面板、PLC模塊I及以太網模塊I ;所述人機界面及操作面板分別與PLC模塊I連接，所述人機界面用于操作人員獲取鉆機主機信息，所述操作面板用于向PLC模塊I發(fā)出控制指令，所述PLC模塊I與以太網模塊I連接，所述以太網模塊I與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接，用于對接收到的信號進行相互轉化；
[0016]所述主控站包括以太網模塊I1、PLC模塊I1、繼電器組、放大板、先導電磁閥、液控多路閥和傳感器組；所述PLC模塊II通過繼電器與放大板共同完成對先導電磁閥的控制，所述先導電磁閥與液控多路閥連接，所述液控多路閥連接鉆機主機，所述傳感器組采集鉆機主機信號并將信號傳輸給PLC模塊II ;所述PLC模塊II與以太網模塊II連接，所述以太網模塊II與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接。
[0017]進一步，所述遠控站還包括廣播終端與視頻顯示設備；所述廣播終端與光纖交換機連接，用于同井下作業(yè)人員通話及監(jiān)聽井下作業(yè)狀態(tài)，所述視頻顯示設備與光纖交換機連接，用于監(jiān)測井下作業(yè)情況；
[0018]所述主控站還包括視頻采集設備、廣播終端、無線網絡收發(fā)器I與無線網絡收發(fā)器II ;所述以太網模塊II與光線交換機之間通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II連接，所述視頻采集設備與無線網絡收發(fā)器I連接，將從鉆機主機處采集到的視頻信息傳輸給遠控站，所述廣播終端與無線網絡收發(fā)器I連接，通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II接收和發(fā)送語音信號。
[0019]進一步，所述鉆機主機上還設有姿態(tài)儀、傾角傳感器及超聲傳感器，所述姿態(tài)儀用于檢測鉆機主機的當前姿態(tài)，所述傾角傳感器用于檢測機械手擺動傾角，所述超聲傳感器用以檢測鉆機主機與巷道壁距離。
[0020]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明的井下煤礦瓦斯抽采自動鉆機，鉆機主機由設置在地面的遠控站控制，實現(xiàn)了鉆機主機無人化作業(yè)，降低了工人勞動強度；操作者不用進入環(huán)境惡劣的現(xiàn)場，保證了操作者的生命安全，減小了礦難損失。電控系統(tǒng)實現(xiàn)了一鍵啟動鉆機全自動化鉆孔作業(yè)，無需人工手動操作，提高了鉆機的作業(yè)效率；電控系統(tǒng)可以控制鉆機完成多方位角和大傾角鉆孔作業(yè)，降低了大傾角瓦斯抽采的難度；操作人員在地面通過人機界面、聲音系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)實時了解主機的運行狀態(tài)和工作環(huán)境，可保障鉆機主機可靠運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0022]圖1為本發(fā)明的電控系統(tǒng)圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的鉆機主機結構示意圖；
[0024]圖3為圖2的俯視圖；
[0025]圖4為履帶行走部的結構示意圖；
[0026]圖5為推進部的結構示意圖；
[0027]圖6為圖5的俯視圖；
[0028]圖7為動力頭的結構示意圖；
[0029]圖8為雙夾持器的結構示意圖；
[0030]圖9為鉆桿存儲輸送機構的結構示意圖；
[0031]圖10為圖9的A向視圖；
[0032]圖11為機械手的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0033]下面將結合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[0034]如圖所示，本實施例中的井下瓦斯抽采鉆機，包括鉆機主機及控制鉆機主機運行的電控系統(tǒng)；所述鉆機主機包括履帶行走部1、推進部2、動力頭3、大傾角鉆桿自動裝卸機構4及向各組成部分提供動力源的液壓泵站5 ;所述電控系統(tǒng)包括設置在地面的遠控站及設置在井下的主控站，所述遠控站與主控站之間通過光纖以太環(huán)網連接。
[0035]本實施例中，動力頭3設置在推進部2上方，推進部2、大傾角鉆桿自動裝卸機構4及液壓泵站5設置在履帶行走部I上方，履帶行走部I行走在井下，推進部2精調動力頭3的方位，動力頭3對煤層或巖層進行鉆孔或切削，大傾角鉆桿自動裝卸機構4為動力頭3更換配件，操作人員通過電控系統(tǒng)實現(xiàn)在地面對井下各部分的遠程實時監(jiān)控，實現(xiàn)了鉆機無人化作業(yè)。
[0036]具體的，本實施例中所述履帶行走部I主要由履帶行走底盤11、用于驅動履帶行走底盤11的行走液壓馬達12、可360°旋轉的旋轉平臺13及用于驅動旋轉平臺13的機架方位馬達14組成；所述旋轉平臺13設置在履帶行走底盤11上方。
[0037]所述推進部2主要由機架21、直線導軌I 22、直線導軌II 23、托板24、調斜滑塊25、托板液壓缸組26、推進液壓缸組27及調斜液壓缸組28組成。
[0038]所述機架21設置在旋轉平臺13上，機架21 —端通過支座29與旋轉平臺13相鉸接，另一端通過調斜液壓缸組28與旋轉平臺13相鉸接。
[0039]本實施例中，所述直線導軌I 22與直線導軌II 23分別設置在機架21的上、下兩平面上，所述托板24套裝在直線導軌I 22上做往復滑動，所述托板液壓缸組26固定在機架21上為托板24的往復滑動提供動力，所述調斜滑塊25套裝在直線導軌II 23上，所述推進液壓缸組27 —端固定在機架21上，另一端固定在調斜滑塊25上，為所述調斜滑塊25提供直線往復滑動的動力，所述調斜液壓缸組28 —端鉸接在調斜滑塊25上，一端鉸接在旋轉平臺13上。
[0040]所述動力頭3主要由旋轉液壓馬達31、減速器32及鉆桿接頭33組成，所述旋轉液壓馬達31與鉆桿接頭33通過減速器32連接，所述動力頭3設置在托板24上。
[0041]本實施例中的動力頭3可實現(xiàn)多方向、多角度的調整。具體的，旋轉平臺13帶動推進部2旋轉，實現(xiàn)水平面上動力頭3的周向偏轉，調定后自鎖；托板24拖動動力頭3沿直線導軌I 22往復滑動，實現(xiàn)動力頭3的前后位置調節(jié)；機架21 —端定位式鉸接在旋轉平臺13上，一端滑動式鉸接在旋轉平臺13上，通過調斜液壓缸組28的推進作用，實現(xiàn)豎直面上動力頭3的角度偏轉。從而實現(xiàn)了多方位角與大傾角的鉆孔作業(yè)。
[0042]本實施例中，所述大傾角鉆桿自動裝卸機構4包括設置在推進部2的雙夾持器41和設置在履帶行走底盤11上的鉆桿存儲輸送機構42及機械手43。
[0043]所述鉆桿存儲輸送機構42主要由直線導軌III 421、鉆桿箱422及鉆桿選列油缸423組成，所述直線導軌III421設置在履帶行走底盤11上，所述鉆桿箱422設置在直線導軌
III421上并通過鉆桿選列油缸423提供的動力沿直線導軌III 421往復滑動。
[0044]所述機械手43主要由支架431、用于控制并調整支架431傾斜角度的傾角油缸432、旋轉部433、驅動旋轉部433旋轉的馬達I 434、設置在旋轉部433 —端的手臂435、驅動手臂435做伸縮運動的伸縮油缸436、固定在手臂435上的夾松油缸437及連接在夾松油缸437上的卡瓦438 ;所述馬達I 434固定在支架431上，所述旋轉部433與馬達I 434相連。
[0045]具體的，本實施例中的雙夾持器41為鉗式雙夾持器，后夾持器夾緊狀態(tài)下，夾持器油缸控制前夾持器進行擺動，從而實現(xiàn)鉆桿拆裝。機械手43通過伸縮油缸436及夾松油缸437實現(xiàn)伸出、縮回、夾緊、松開等動作；同時，機械手43上設置了馬達I 434與傾角油缸432，可實現(xiàn)機械手43與機架21的同步傾角動作，便于機械手43拆裝及搬運鉆桿。鉆桿存儲輸送機構42用于放置多根鉆桿，便于動力頭3更換鉆桿，為方便機械手43在鉆桿箱422中取放鉆桿，鉆桿箱422位置可調。
[0046]本實施例中的遠控站包括人機界面、操作面板、PLC模塊I及以太網模塊I ;所述人機界面及操作面板分別與PLC模塊I連接，所述人機界面用于操作人員獲取鉆機主機信息，所述操作面板用于向PLC模塊I發(fā)出控制指令，所述PLC模塊I與以太網模塊I連接，所述以太網模塊I與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接，用于對接收到的信號進行相互轉化。
[0047]所述主控站包括以太網模塊I1、PLC模塊I1、繼電器組、放大板、先導電磁閥、液控多路閥和傳感器組；所述PLC模塊II通過繼電器與放大板共同完成對先導電磁閥的控制，所述先導電磁閥與液控多路閥連接，所述液控多路閥連接鉆機主機，所述傳感器組采集鉆機主機信號并將信號傳輸給PLC模塊II ;所述PLC模塊II與以太網模塊II連接，所述以太網模塊II與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接。
[0048]作為上述方案的進一步改進，所述遠控站還包括廣播終端與視頻顯示設備；所述廣播終端與光纖交換機連接，用于同井下作業(yè)人員通話及監(jiān)聽井下作業(yè)狀態(tài)，所述視頻顯示設備與光纖交換機連接，用于監(jiān)測井下作業(yè)情況。
[0049]所述主控站還包括視頻采集設備、廣播終端、無線網絡收發(fā)器I與無線網絡收發(fā)器II ;所述以太網模塊II與光線交換機之間通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II連接，所述視頻采集設備與無線網絡收發(fā)器I連接，將從鉆機主機處采集到的視頻信息傳輸給遠控站，所述廣播終端與無線網絡收發(fā)器I連接，通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II接收和發(fā)送語音信號。
[0050]具體的，所述遠控站設置在地面，采用非防爆型式。操作人員可以通過控制面板和人機界面觸摸屏發(fā)送控制指令至PLC模塊I，再由以太網模塊I將控制指令轉化為以太網信號經光纖交換機傳至光纖以太環(huán)網；使用配套的組態(tài)軟件WINCC flexible對人機界面觸摸屏進行組態(tài)后，人機界面可以顯示鉆機工作的模擬動畫和其相應的運行參數(shù)；視頻顯示設備上有多個監(jiān)控畫面，可以實時監(jiān)測鉆機的運行狀態(tài)和周邊的工作環(huán)境；廣播終端可實時監(jiān)測鉆機在井下的工作聲音，也可用于地面人員與井下人員通話。
[0051]主控站采用滿足井下防爆要求的防爆方式。繼電器組和放大板分別將PLC模塊
II的開關量控制信號和模擬量控制信號放大以后用于驅動先導電磁閥，從而控制液控多路閥，最終實現(xiàn)對鉆機主機執(zhí)行機構的控制；視頻采集設備包括兩臺本安攝像儀和一臺云臺攝像儀；傳感器組、視頻采集設備以及廣播終端實時采集鉆機主機的運行參數(shù)和運行狀態(tài)；傳感器信號經PLC模塊II處理后，由以太網模塊II轉化為網絡信號，再與視頻信號和聲音信號一起由無線網絡收發(fā)器I傳送至無線網絡收發(fā)器II，最后經光纖交換機進入光纖以太環(huán)網傳至遠控站。
[0052]本實施例中的傳感器組包括有用于檢測油壓壓力的壓力傳感器、用以檢測鉆頭轉速的轉速傳感器、用以檢測動力頭3和鉆桿箱422實時位置的位移傳感器、用以檢測機械手擺動角度的傾角傳感器、用以檢測鉆機主機與巷道壁距離的超聲傳感器、用以檢測鉆機主機姿態(tài)的姿態(tài)儀、用以鉆桿箱422巡檢的接近開關和用以檢測現(xiàn)場瓦斯?jié)舛鹊耐咚節(jié)舛葌鞲衅?。各傳感器將所檢測信號傳給PLC模塊II，經PLC模塊II處理后通過以太網模塊II轉化為網絡信號，再由無線網絡收發(fā)器轉發(fā)進入光纖以太環(huán)網，最終傳至PLC模塊I，最后顯示到人機界面上，操作人員通過人機界面的信息即可了解鉆機主機各執(zhí)行機構的工作情況，并可根據(jù)傳感器組反饋的相關信息通過控制面板向PLC模塊II發(fā)出控制鉆機主機執(zhí)行機構的命令。
[0053]最后說明的是，以上優(yōu)選實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管通過上述優(yōu)選實施例已經對本發(fā)明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權利要求書所限定的范圍。
【權利要求】
1.一種井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:包括鉆機主機及控制鉆機主機運行的電控系統(tǒng)； 所述鉆機主機包括履帶行走部、推進部、動力頭、大傾角鉆桿自動裝卸機構及向各組成部分提供動力源的液壓泵站； 所述電控系統(tǒng)包括設置在地面的遠控站及設置在井下的主控站，所述遠控站與主控站之間通過光纖以太環(huán)網連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述履帶行走部主要由履帶行走底盤、用于驅動履帶行走底盤的行走液壓馬達、可360°旋轉的旋轉平臺及用于驅動旋轉平臺的機架方位馬達組成；所述旋轉平臺設置在履帶行走底盤上方。
3.根據(jù)權利要求2所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述推進部主要由機架、直線導軌1、直線導軌I1、托板、調斜滑塊、托板液壓缸組、推進液壓缸組及調斜液壓缸組組成； 所述機架設置在旋轉平臺上，一端通過支座與旋轉平臺相鉸接，另一端通過調斜液壓缸組與旋轉平臺相鉸接； 所述直線導軌I與直線導軌II分別設置在機架的上、下兩平面上，所述托板套裝在直線導軌I上做往復滑動，所述托板液壓缸組固定在機架上為托板的往復滑動提供動力，所述調斜滑塊套裝在直線導軌II上，所述推進液壓缸組一端固定在機架上，另一端固定在調斜滑塊上，為所述調斜滑塊提供直線往復滑動的動力，所述調斜液壓缸組一端鉸接在調斜滑塊上，一端鉸接在旋轉平臺上。
4.根據(jù)權利要求3所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述動力頭主要由旋轉液壓馬達、減速器及鉆桿接頭組成，所述旋轉液壓馬達與鉆桿接頭通過減速器連接，所述動力頭設置在托板上。
5.根據(jù)權利要求2所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述大傾角鉆桿自動裝卸機構包括設置在推進部上的雙夾持器和設置在履帶行走底盤上的鉆桿存儲輸送機構及機械手； 所述鉆桿存儲輸送機構主要由直線導軌II1、鉆桿箱及鉆桿選列油缸組成，所述直線導軌III設置在履帶行走底盤上，所述鉆桿箱設置在直線導軌III上并通過鉆桿選列油缸提供的動力沿直線導軌III往復滑動； 所述機械手主要由支架、用于控制并調整支架傾斜角度的傾角油缸、旋轉部、驅動旋轉部旋轉的馬達1、設置在旋轉部一端的手臂、驅動手臂做伸縮運動的伸縮油缸、固定在手臂上的夾松油缸及連接在夾松油缸上的卡瓦；所述馬達I固定在支架上，所述旋轉部與馬達I相連。
6.根據(jù)權利要求1所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述遠控站包括人機界面、操作面板、PLC模塊I及以太網模塊I ;所述人機界面及操作面板分別與PLC模塊I連接，所述人機界面用于操作人員獲取鉆機主機信息，所述操作面板用于向PLC模塊I發(fā)出控制指令，所述PLC模塊I與以太網模塊I連接，所述以太網模塊I與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接，用于對接收到的信號進行相互轉化； 所述主控站包括以太網模塊I1、PLC模塊I1、繼電器組、放大板、先導電磁閥、液控多路閥和傳感器組；所述PLC模塊II通過繼電器與放大板共同完成對先導電磁閥的控制，所述先導電磁閥與液控多路閥連接，所述液控多路閥連接鉆機主機，所述傳感器組采集鉆機主機信號并將信號傳輸給PLC模塊II ;所述PLC模塊II與以太網模塊II連接，所述以太網模塊II與掛接在光線以太環(huán)網上的光線交換機連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述遠控站還包括廣播終端與視頻顯示設備；所述廣播終端與光纖交換機連接，用于同井下作業(yè)人員通話及監(jiān)聽井下作業(yè)狀態(tài)，所述視頻顯示設備與光纖交換機連接，用于監(jiān)測井下作業(yè)情況； 所述主控站還包括視頻采集設備、廣播終端、無線網絡收發(fā)器I與無線網絡收發(fā)器II ；所述以太網模塊II與光線交換機之間通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II連接，所述視頻采集設備與無線網絡收發(fā)器I連接，將從鉆機主機處采集到的視頻信息傳輸給遠控站，所述廣播終端與無線網絡收發(fā)器I連接，通過無線網絡收發(fā)器I和無線網絡收發(fā)器II接收和發(fā)送語音信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的井下瓦斯抽采鉆機，其特征在于:所述鉆機主機上還設有姿態(tài)儀、傾角傳感器及超聲傳感器，所述姿態(tài)儀用于檢測鉆機主機的當前姿態(tài)，所述傾角傳感器用于檢測機械手擺動傾角，所述超聲傳感器用以檢測鉆機主機與巷道壁距離。
【文檔編號】E21B7/02GK104278981SQ201410618071
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年10月31日
【發(fā)明者】辛德忠, 萬軍, 陶勇, 王清峰, 陳松林, 肖玉清, 段勛興, 蒲劍, 張始齋, 王宇, 劉小華, 陳航, 呂晉軍, 楊仁強, 趙學科, 劉旭, 陳林, 何函, 宋玉壁, 吳鋒 申請人:中煤科工集團重慶研究院有限公司