一种新型钻井法竖井掘进机
阅读说明：本技术 一种新型钻井法竖井掘进机 (Novel well drilling method shaft entry driving machine ) 是由 贾连辉 肖威 贺飞 杨聚辉 吕旦 周倩 赵飞 闫扬义 冯琳 袁征 范磊 龚廷民 于 2019-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种新型钻井法竖井掘进机,包括井架和液压泵站,所述井架上部设有提升机构,提升机构与滑移架相连接,滑移架滑动设置在井架上；所述滑移架通过钻杆依次与撑紧机构和推进机构相连接,撑紧机构与推进机构相连接,推进机构分别与稳定器和刀盘相连接,稳定器与刀盘相配合；所述液压泵站分别与提升机构、推进机构和稳定器相连接。本发明将隧道掘进机施工理念引进竖井施工,采用动力潜入式驱动,井下无配重,钻杆无需传递扭矩,只承受重力载荷,实现超深钻井施工,将驱动系统、撑靴推进系统、稳定器等结构全部放置井下,直接驱动刀盘破岩,撑靴提供撑紧力,推进油缸提供推进力,提高刀盘破岩能力及效率,实现高效、精准钻井施工。(The invention provides a novel well drilling method shaft boring machine, which comprises a derrick and a hydraulic pump station, wherein the upper part of the derrick is provided with a lifting mechanism, the lifting mechanism is connected with a sliding frame, and the sliding frame is arranged on the derrick in a sliding manner; the sliding frame is sequentially connected with a tightening mechanism and a propelling mechanism through a drill rod, the tightening mechanism is connected with the propelling mechanism, the propelling mechanism is respectively connected with a stabilizer and a cutter head, and the stabilizer is matched with the cutter head; and the hydraulic pump station is respectively connected with the lifting mechanism, the propelling mechanism and the stabilizer. The construction idea of the tunnel boring machine is introduced into shaft construction, power submerging type driving is adopted, no counter weight exists underground, a drill rod does not need to transmit torque and only bears gravity load, ultra-deep drilling construction is achieved, a driving system, a supporting shoe propulsion system, a stabilizer and other structures are all placed underground, a cutter head is directly driven to break rock, supporting shoes provide supporting force, a propulsion oil cylinder provides propulsion force, the rock breaking capacity and efficiency of the cutter head are improved, and efficient and accurate drilling construction is achieved.)
技术领域
本发明涉及钻井掘进机的技术领域，尤其涉及一种新型钻井法竖井掘进机。
背景技术
传统钻井法竖井钻机，采用顶部驱动、钻杆传动、气举反循环出渣、减压钻进施工。顶部驱动采用全液压驱动钻杆，稳定器稳定钻杆，带动底部刀盘进行掘进，球齿滚刀进行破岩。采用低贯入度、高转速钻进方式，将岩体破碎为小块岩渣，通过气举法产生泥水循环，利用高速循环的泥水将岩渣裹挟至地面，之后通过沉淀池、分离站等，将岩渣同泥水分离，泥水进入再循环，完成破岩出渣；竖井钻机设备采用门式井架设计，油缸控制提升，利用重力导向，稳定器辅助控制掘进方向，进行垂直钻井，该工法施工可实现钻井不下井，所有施工均在地面完成，施工人员在井筒施工完成之前，无需下井，具有非常大的安全优势。但该设备仍存在以下几点问题，严重制约了设备的推广应用，主要有：1、钻杆过长，柔性大，限制刀盘扭矩的提高；2、刀盘无稳定装置，易出现偏摆，造成刀盘、刀具、钻杆等损坏；3、采用重力导向，钻进易出现偏斜、扩孔等问题；4、钻井过程中出现塌孔、埋钻、坠落物打捞等问题，较难处理；5、硬岩地层施工效率低；6、采用漂浮式下沉井壁，垂直度不宜控制，壁厚填充质量不易控制。
目前在专利申请号为“CN201410106744.1”、专利名称为“新型钻井法竖井钻机”中公开了一种提高钻井效率的钻井法竖井钻机，虽然在一定程度上提高了钻井效率，但是整个动力驱动过程中仍然是采用钻杆传递扭矩，传递扭矩小，施工能耗大。
发明内容
针对目前钻井法施工中采用井上驱动，钻杆扭矩传递小的技术问题，本发明提出一种具有主驱动下置、井下推进能力和精准导向的新型钻井法竖井掘进机。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种新型钻井法竖井掘进机，包括井架和液压泵站，所述井架上部设有提升机构，提升机构与滑移架相连接，滑移架滑动设置在井架上，所述滑移架通过钻杆依次与撑紧机构和推进机构相连接，撑紧机构与推进机构相连接，推进机构分别与稳定器和刀盘相连接，稳定器与刀盘相配合；所述液压泵站分别与提升机构、推进机构和稳定器相连接。
优选地，所述井架包括基础底架、主立柱、封口平车和封口平车开合油缸，主立柱与基础底架相连接，封口平车和封口平车开合油缸均安装在基础底架上且封口平车与封口平车开合油缸相连接；所述主立柱上有提升机构，滑移架滑动设置在主立柱上的滑道内。
优选地，所述主立柱一侧固定设有钻杆拼装机械手；所述基础底架通过立柱倾斜油缸与主立柱活动连接。
优选地，所述提升机构包括提升油缸，提升油缸的缸杆固定在井架内的主立柱上，提升油缸的缸筒通过法兰与滑移架相连接；所述提升油缸与液压泵站相连接。
优选地，所述撑紧机构包括固定滑箱和靴板，靴板通过撑靴油缸与固定滑箱活动连接且靴板滑动在固定滑箱内，靴板与固定滑箱整体连接形成一圆柱体，固定滑箱套设在钻杆上且固定滑箱与钻杆滑动连接；所述固定滑箱下部与推进机构固定连接；所述撑靴油缸与液压泵站相连接。
优选地，所述固定滑箱上部固定设有切刀梁，切刀梁套设在钻杆上且切刀梁与钻杆滑动连接；所述切刀梁上固定设有若干个切刀。
优选地，所述推进机构包括主驱动箱、推进油缸和伸缩滑套，主驱动箱与钻杆相连接，推进油缸和伸缩滑套均与主驱动箱和撑紧机构中的固定滑箱相连接；所述主驱动箱下部与稳定器相连接。
优选地，所述伸缩滑套包括外滑套和内滑套，外滑套与内滑套滑动连接且外滑套与固定滑箱固定连接，内滑套与主驱动箱固定连接，主驱动箱与稳定器相连接；所述外滑套与内滑套之间设有密封。
优选地，所述主驱动箱内设有包括驱动执行元件，驱动执行元件与减速机相连接，减速机与小齿轮相连接，小齿轮与传动轴相啮合，传动轴分别穿设在主轴承和刀盘内且传动轴与钻杆相连通。
优选地，所述稳定器包括稳定器固定滑箱和稳定器靴板，稳定器靴板通过稳定器油缸与稳定器固定滑箱活动连接且稳定器靴板滑动在稳定器固定滑箱内，稳定器油缸与液压泵站相连接，稳定器固定滑箱与推进机构中的主驱动箱固定连接，稳定器固定滑箱与刀盘相配合；所述刀盘上设有若干个吸浆口，吸浆口与传动轴相配合；所述刀盘底部设置有若干个滚刀，滚刀为球齿滚刀或盘型滚刀。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、通过将刀盘主驱动下潜至井下，直接驱动刀盘，避免了传统钻杆由地面动力传扭至井下，消除了钻杆传递扭矩小的问题，采用大功率破岩，更直接高效；
2、通过井下推进油缸对刀盘直接进行推进加压，提高刀盘加压力，为破岩提供充足加压力；
3、通过撑靴机构上部推进，下部稳定器稳定减震，两者配合导向，提高刀盘稳定性及加压力，提高刀盘破岩能力，推力无级控制；
4、本发明将隧道掘进机施工理念引进竖井施工，采用动力潜入式驱动，井下无配重，钻杆无需传递扭矩，只承受重力载荷，实现超深钻井施工，将驱动系统、撑靴推进系统、稳定器等结构全部放置井下，直接驱动刀盘破岩，撑靴提供撑紧力，推进油缸提供推进力，提高刀盘破岩能力及效率，实现高效、精准钻井施工。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的钻井法竖井钻机整机图。
图2为图1中井架结构左视图。
图3为图1中井架结构俯视图。
图4为主机结构放大图。
图中，1为主控室，2为液压泵站，301为基础底架，302为主立柱，303为滑移架，304为提升油缸，305为立柱倾斜油缸，306为钻杆拼装机械手，307为封口平车，308为封口平车开合油缸，4为电器柜，5为泥水处理站，6为空压机站，7为钻杆，801-1为撑靴油缸，801-2为靴板，801-3为固定滑箱，801-4为切刀，802-1为伸缩滑套，802-2为推进油缸，901为驱动执行元件，902为减速机，903为主轴承，904为小齿轮，905为传动轴，1001为稳定器靴板，1002为稳定器油缸，1003为稳定器固定滑箱，1101为球齿滚刀，1102为盘型滚刀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种新型钻井法竖井掘进机，包括井架和液压泵站2，液压泵站2主要为主驱动、提升油缸等液压元件提供液压能源，井架主要为井下设备地面悬吊、提升下放、钻杆拆装等服务；井架外侧还设有主控室1、电器柜4、泥水处理站5、空压机站6等，泥水处理站5用于泥浆分离，空压机站和泥水处理站均与钻杆相连接，空压机站用于提供高压空气，用于气举反循环出渣；所述井架上设有提升机构，提升机构与滑移架303相连接，滑移架303滑动设置在井架上，所述滑移架通过钻杆7依次与撑紧机构和推进机构相连接，撑紧机构与推进机构相连接，撑紧机构用于撑紧钻井内壁，便于推进机构驱动下潜，推进机构分别与稳定器和刀盘相连接，稳定器用于稳定刀盘，稳定器下部与刀盘相配合，稳定器下部设计了刀盘防坠装置，万一出现极端情况，刀盘与传动轴连接断开时，刀盘还能和稳定器等井下结构整体出井。
所述钻杆7为双壁钻杆，钻杆内通道为泥浆出渣通道，钻杆外通道为压缩空气通道，钻杆内通道与泥水处理站相连通，钻杆外通道通过气管与空压机站相连通，本发明采用气举反循环原理出渣。
所述液压泵站2分别与提升机构、推进机构和稳定器相连接。如图3所示，所述井架包括基础底架301、主立柱302、封口平车307和封口平车开合油缸308，主立柱302通过销轴与基础底架301相连接后固定在井口上方，用于提放井下设备，封口平车307和封口平车开合油缸308均安装在基础底架301上且封口平车307与封口平车开合油缸308相连接，封口平车开合油缸与液压泵站相连接，封口平车安装在井口，主要用于封闭井口，同时在钻杆拆装时，封口平车307在封口平车开合油缸308的作用下，让出井口空间，便于起重设备的临时悬吊井下设备；所述主立柱302上有提升机构，滑移架303滑动设置在主立柱302上的滑道内，滑道具有相对好的精度及平行度，保证滑移架303运行的稳定性与精准性。
所述提升机构包括提升油缸304，提升油缸304的缸杆固定在井架内的主立柱302上，提升油缸304的缸筒通过法兰与滑移架303相连接，套设在主立柱302之间；所述提升油缸304与液压泵站2相连接。
所述撑紧机构包括固定滑箱801-3和靴板801-2，整个撑靴结构采用内嵌式设计，靴板801-2通过撑靴油缸801-1与固定滑箱801-3固定连接且靴板801-2滑动在固定滑箱801-3内，当靴板801-2回收时可完全收入固定滑箱801-3内，靴板801-2与固定滑箱801-3整体连接形成一封闭的圆柱体，防止上方坠落岩块卡住撑靴结构，造成靴板801-2伸缩受阻的问题，固定滑箱801-3套设在钻杆7上，钻杆7可沿固定滑箱801-3做滑动运动；所述固定滑箱801-3下部与推进机构固定连接；所述撑靴油缸801-1与液压泵站2相连接。
所述推进机构包括主驱动箱、推进油缸802-2和伸缩滑套802-1，伸缩滑套设置在主驱动箱和推进油缸的外侧，主驱动箱与钻杆7固定连接，推进油缸802-2和伸缩滑套802-1均与主驱动箱和撑紧机构中的固定滑箱801-3固定连接；所述主驱动箱下部通过螺栓与稳定器相连接，通过井下推进油缸对刀盘直接进行推进加压，增压刀盘加压力，为破岩提供充足加压力。
所述伸缩滑套802-1包括外滑套和内滑套，外滑套与内滑套滑动连接且外滑套与固定滑箱801-3固定连接，内滑套与主驱动箱固定连接，主驱动箱通过螺栓与稳定器相连接；所述外滑套与内滑套之间设有密封，利用伸缩滑套间的密封，防止泥浆及岩屑进入，保证主驱动与推进油缸的正常使用。
所述主驱动箱内设有包括驱动执行元件901，驱动执行元件一般指液压马达或电机，驱动执行元件901与减速机902相连接，减速机902与小齿轮904相连接，小齿轮与传动轴905相啮合，传动轴905为中空结构，传动轴905分别穿设在主轴承903和刀盘内且传动轴905与钻杆7相连通，传动轴905与主轴承903相配合用于提供刀盘破岩扭矩，提供破岩动力，将刀盘主驱动下潜至井下，直接驱动刀盘，避免了传统钻杆由地面动力传扭至井下，消除了钻杆传递扭矩小的问题，采用大功率破岩，更直接高效。
如图4所示，所述稳定器包括稳定器固定滑箱1003和稳定器靴板1001，稳定器的设计结构与撑靴机构结构相似，稳定器靴板1001通过稳定器油缸1002与稳定器固定滑箱1003固定连接且稳定器靴板1001滑动在稳定器固定滑箱1003内，稳定器靴板1001可完全收缩在稳定器固定滑箱1003内，稳定器油缸1002与液压泵站2相连接，稳定器固定滑箱1003分别与推进机构中的主驱动箱体固定连接，稳定器固定滑箱和刀盘相配合，当撑紧机构撑紧井壁，推进油缸伸出向下掘进时，钻杆连同驱动/稳定器/刀盘一起向下运动。
稳定器固定滑箱下部设有防坠盘，刀盘通过防坠杆活动在防坠盘内，防止万一出现极端情况，刀盘与传动轴连接断开时，刀盘还能和稳定器等井下结构整体出井，当稳定器靴板处于完全缩回状态时，可以通过联动销将刀盘、稳定器、撑靴机构以及推进系统连为一体，整体转动，保证在特殊情况下，放弃井下撑靴设计，改为原钻井法施工。
所述刀盘上设有若干个吸浆口，吸浆口分布在刀盘不同吸渣半径上，提高吸浆口覆盖面积，吸浆口与传动轴905相配合用于向泥水处理站内输送泥浆；所述刀盘底部设置有若干个滚刀，滚刀为球齿滚刀1101或盘型滚刀1102，采用成熟球齿滚刀设计，同时考虑盘型滚刀的安装，两种刀具采用统一的安装方式，同时，刀座的承载力、刀盘的强度及刚度按照盘型滚刀设计，保证小刀间距设计，可实现盘型滚刀滚压破岩，可大大提高掘进效率、降低施工能耗。
本发明将隧道掘进机施工理念引进竖井施工，采用动力潜入式驱动，井下无配重，钻杆无需传递扭矩，只承受重力载荷，实现超深钻井施工，将驱动系统、撑靴推进系统、稳定器等结构全部放置井下，直接驱动刀盘破岩，撑靴提供撑紧力，推进油缸提供推进力，提高刀盘破岩能力及效率，实现高效、精准钻井施工，通过撑靴机构上部推进，下部稳定器稳定减震，两者配合导向，提高刀盘稳定性及加压力，提高刀盘破岩能力，推力无级控制，本发明改进原钻井法，克服其钻杆柔性大，刀盘无法稳定，设备钻进效率低的问题。
实施例2：如图2所示，一种新型钻井法竖井掘进机，所述主立柱303一侧固定设有钻杆拼装机械手306，钻杆拼装机械手306用于钻杆的拼装，提高钻杆拼装的自动化，降低人员劳动强度，缩短作业时间；所述基础底架301通过立柱倾斜油缸305与主立柱302活动连接，在设备出井时，主立柱302在立柱倾斜油缸305的作用下，主立柱可倾斜一定角度，以让出井口，便于起重设备起吊。
其余结构与实施例1相同。
实施例3：如图4所示，一种新型钻井法竖井掘进机，所述固定滑箱801-3上部固定设有切刀梁，切刀梁套设在钻杆7上；所述切刀梁上固定设有若干个切刀801-4，若干个切刀平行设置在切刀梁上，利用切刀对施工过程中由于软土地层收敛造成设备无法升井的问题，当出现该情况可通过切刀，切削收敛井筒，使得设备顺利升井。
其余结构与实施例1相同。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。