CN111561265A - 岩钻装置、岩钻机以及钻进方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩钻装置、岩钻机以及钻进方法。所述岩钻装置(14)包括钻臂(3)，该钻臂(3)能够安装到所述岩钻机(1)的载架(2)。所述臂设有两个岩钻单元(6a、6b)，所述两个岩钻单元(6a、6b)被布置成能够在所述臂的纵向方向上移动(P)。此外，所述岩钻单元可以相对于彼此独立地移动。

Description

岩钻装置、岩钻机以及钻进方法

技术领域

本发明涉及一种用于对岩石表面钻进钻孔的岩钻装置。

本发明还涉及一种岩钻机和方法。

本发明的技术领域被更具体地限定在独立权利要求的前序部分中。

背景技术

在矿场、建筑工地和其它工作区域中，使用不同类型的岩钻机。岩钻机设有一个或多个钻臂，并且岩钻单元被布置在钻臂的远端处，用于钻进出钻孔。在岩石中钻进出孔的目的可以是形成爆破孔，用于通过爆破来分离岩石材料，或者可以钻进出钻孔，以通过将岩栓或其它加固件安装在所钻进出的孔内来加固岩石表面。通常，在这两种情形中均需要钻进出大量钻孔。目前的岩钻装置已经显示出存在一些缺点，特别是关于这些岩钻装置的生产率方面的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种新颖且改进的岩钻装置、岩钻机以及用于岩钻的方法。

根据本发明的岩钻装置的特征在于第一独立设备权利要求的特性特征。

根据本发明的岩钻机的特征在于第二独立设备权利要求的特性特征。

根据本发明的方法的特征在于独立方法权利要求的特性特征和步骤。

所公开的解决方案的构思在于，岩钻机包括单个钻臂，并且该臂设有可自由移动的串列岩钻单元系统。因此，该钻臂包括两个岩钻单元，这两个岩钻单元能够被独立地定位到相对于彼此的期望位置。岩钻单元可以独立地移动，这意味着岩钻单元的轨迹是分开的并且并不相交。换言之，岩钻单元自由地经过彼此。

所公开的解决方案的优点在于，当两个岩钻单元能够独立地移动并且被独立地定位到期望位置时，装置的作业是灵活的，并且实现了提高的生产率。岩钻单元不需要彼此等待，这是因为这些岩钻单元可以经过彼此，并且此外，这些岩钻单元的移动范围不受彼此限制。能够针对岩钻单元自由地选择合适的位置，以执行所计划的钻进模式的钻进。这样，可以以快速且有效的方式来执行岩钻。

根据实施例，两个岩钻单元均包括进给梁和岩钻机器，该岩钻机器以可移动的方式被支承在该进给梁上。

根据实施例，所公开的解决方案旨在用于加固岩石表面。

根据实施例，所公开的解决方案旨在用于钻进和爆破挖掘方法。

根据实施例，岩钻单元在其作业期间能够竖直地移动。因此，钻臂包括至少一个竖直指向部分，用于支承岩钻单元并且允许该岩钻单元进行竖直移动。

根据实施例，所公开的解决方案旨在用于所谓的扇形钻进，其中，对岩石表面钻进出若干钻孔，使得这些钻孔形成某种扇形形状的图案，其包括侧向指向的钻孔和向上指向的钻孔。所述扇形的钻孔可以填装有爆破物，或者这些钻孔可以接纳加固岩栓。

根据实施例，两个岩钻单元均具有在钻臂的纵向方向上的移动范围。岩钻单元始终能够在全部的移动范围内在钻臂的纵向方向上独立地移动。当岩钻单元能够不受限制地在其极限位置之间被驱动时，该解决方案具有良好的可及范围。对于两个岩钻单元，可用的移动范围的长度可以是相同的。

根据实施例，岩钻单元能够在其自身的线性引导表面上同时在任何纵向方向上移动。钻臂的设计足够牢固，或者钻臂被附加地支承到周围表面，使得两个岩钻单元均可以在不会引起稳定性问题的情况下移动。这两个岩钻单元也可以在不会彼此干扰的情况下同时进行钻进并执行其工作步骤。

根据实施例，所述的两个岩钻单元中的一个或两个岩钻单元包括进给装置，该进给装置用于将加固部件馈送到由岩钻单元的岩钻机器钻进出来的钻孔。换言之，该岩钻单元包括用于形成孔以及用于为这些孔提供加固件的装置。

根据实施例，在上文的前一段落中提及的进给装置被构造用以操纵伸长的岩栓。该操纵可以包括存储、处理、馈送以及拧紧措施。

根据实施例，上文提及的待馈送到所钻进出来的孔内的加固部件是以下中的一个：岩栓、自钻进锚固栓、加固线缆、注入材料。因此，存在用以加固岩石表面的若干替代方式。

根据实施例，岩钻单元被安装在载架上，该载架能够相对于臂独立地移动。此外，旋转单元处在载架和岩钻单元之间，该旋转单元用于使岩钻单元相对于臂独立地转动。载架在臂的纵向方向上移动，并且旋转单元的旋转轴线相对于载架的移动方向垂直。

根据实施例，钻臂包括第一侧和相反的第二侧，该第一侧面向岩钻机的向前移动方向，该相反的第二侧面向向后移动方向。上文提及的第一载架被安装在第一侧上，并且第二载架被安装在相反的第二侧上。因此，载架位于钻臂的相对的侧上。这样，载架在其自身侧上自由地移动，并且载架不彼此干扰。

根据实施例，位于载架和岩钻单元之间的旋转单元至少包括旋转马达。旋转马达可以是液压马达。在一些情形中，旋转马达可以替代性地是电动马达。此外，旋转单元可以仅包括马达，或者旋转单元可以是旋转齿轮和旋转马达的组合。

根据实施例，钻臂具有两部式构造。钻臂包括第一臂部和远侧的第二臂部，该第一臂部能够连接到岩钻机的可移动的载架。接头处在所述臂部之间，由此能够使第二臂部相对于第一臂部转动。此外，两个岩钻单元被安装在第二臂部的相对的侧表面上并且能够在第二臂部的纵向方向上移动。

根据实施例，如在上文的前一实施例中所公开的那样，钻臂包括第一臂部和远侧的第二臂部。此外，臂被设计成在作业期间被定向，使得第二臂部相对于第一臂部被横向地定向。

根据实施例，第一臂部被构造成在岩钻单元的作业期间被水平地或大致水平地定向。第二臂部被构造成在作业期间被竖直地或大致竖直地定向。水平的第一臂部可以被支承抵靠在地面或底表面上，由此臂是稳定的。

根据实施例，第二臂部能够相对于位于所述两个臂部之间的水平接头向前和向后倾斜。于是，第二臂部和岩钻单元可以被容易地定向，并且可以根据钻进计划来钻进出钻孔。

根据实施例，为了改进稳定性，在钻进作业期间，所提及的水平的第一臂部可以被支承抵靠在地面上。此外，第二臂部可以具有一个或多个可延伸的支承元件，用于将臂支承到岩石表面。支承元件可以是伸缩结构或者简单的液压缸。该可延伸的支承件可以是可竖直移动的，由此该可延伸的支承件可以被推靠在隧道的坑顶或对应的岩石空间上。

根据实施例，钻臂具有运输位置和作业位置。第一臂部和第二臂部于是可以被移动到运输位置，其中，第一臂部被向上抬高成距离地面水平高度一定距离，并且第二臂部朝向岩钻机的载架向后倾斜。上文已公开了作业位置。

根据实施例，钻臂包括第一臂部和远侧的第二臂部，该第一臂部能够连接到岩钻机的载架。第二臂部包括框架以及第一伸长引导元件和第二伸长引导元件，该第一伸长引导元件和第二伸长引导元件被支承到框架。第一载架以可线性移动的方式被支承到第一引导元件，并且第二载架以可线性移动的方式被支承到第二引导元件。借助于专用的致动器使载架相对于框架移动。由于所提及的专用引导元件、载架和致动器，岩钻单元可以被自由地定位到在竖直或大致竖直定向的第二臂部的纵向方向上的期望的作业位置。换言之，可以将岩钻单元驱动到期望高度位置，从而以良好的性能来执行岩钻单元的工作循环。

根据实施例，第二臂部包括两个第一引导元件和两个第二引导元件，用于支承载架。所提及的两个第一引导元件被定位成彼此相距一定横向距离，并且类似地是，所述两个第二引导元件被定位成彼此相距一定横向距离。所公开的结构为岩钻单元提供稳定且精确的移动。

根据实施例，上文提及的第二臂部的引导元件是圆杆或圆管。该结构于是可以是简单的，并且引导元件的圆表面提供良好的滑动表面。

根据实施例，上文提及的用于移动载架的第一致动器和第二致动器是液压缸。

根据实施例，第二臂部包括框架，该框架具有两个纵向梁，这两个纵向梁彼此相距一定横向距离并且通过横向框架部而在这两个纵向梁的第一端和第二端处彼此连接。因此，该框架具有矩形形状，从而框出装置空间，该装置空间设有上文提及的引导元件和缸。所公开的框架结构可以是重量上相对较轻但仍然牢固的，并且此外，引导杆和缸容易安装在该框架的横向部分之间。安装在该框架的横向部分之间的引导杆可以为框架结构提供附加的支承。此外，第二臂部的矩形框架构造还为移动的部件提供遮挡，所述移动的部件被安装在第二臂部的框架杆和结构之间的装置空间内。

根据实施例，第二臂部包括框架，该框架具有彼此相距一定距离的两个横向梁或框架部。横向框架部通过上文提及的引导杆彼此连接。因此，在该解决方案中，第二臂部可以不具有分离的纵向框架杆。优点在于，第二臂的重量可以减小，并且结构是紧凑的。

根据实施例，解决方案涉及一种岩钻机，该岩钻机包括可移动的载架、钻臂以及两个岩钻单元，所述两个岩钻单元以可纵向移动的方式被支承在钻臂上。钻臂和岩钻单元是根据本文献中所公开的特征的钻臂和岩钻单元。因此，钻臂设有串列钻进系统，其中，两个岩钻单元能够以相对于彼此独立的方式作业并移动，由此，这两个岩钻单元可以相对于彼此自由地作业，并且实现有效的钻进。只需要一个单个臂，但仍提供了两个岩钻单元。

根据实施例，解决方案涉及一种用于通过岩钻装置来对岩石表面钻进出钻孔的方法，该岩钻装置包括一个钻臂和两个岩钻单元，所述两个岩钻单元被支承在钻臂上。该方法包括使两个岩钻单元在钻臂的纵向方向上移动以及相对于彼此独立地执行上述移动。在钻进期间，臂可以被定位，使得钻臂的一部分被竖直或大致竖直地定向，并且岩钻单元在沿着钻臂被定位时竖直地移动。

根据实施例，在钻进作业期间，始终自由地从两个岩钻单元的专用全部的线性移动范围内选择用于这两个岩钻单元的竖直位置。因此，整个移动可能范围都能够用来被选择用于定位。

根据实施例，该方法包括：使其中的一个岩钻单元在另一个岩钻单元执行其自身的工作循环(例如，钻进)期间同时在钻臂的纵向方向上自由地移动。

可以组合上文公开的实施例，以形成具有上述特征中的所需的那些特征的合适的解决方案。

附图说明

在附图中更详细地描述了一些实施例，在附图中：

图1是岩钻机的示意性侧视图，该岩钻机设有钻臂，该钻臂具有串列岩钻单元，

图2是示出所公开的装置的可能部件的示意图，

图3是装置的示意性侧视图，该装置包括臂部，该臂部设有两个能够纵向移动的岩钻单元，

图4是图3中所公开的解决方案的示意性俯视图，并且

图5和图6是示出先前的图3和图4的解决方案在不同位置和定向情况下的示意性侧视图。

为了清楚起见，附图以简化的方式示出了所公开的解决方案的一些实施例。在附图中，相似的附图标记表示相似的元件。

具体实施方式

图1示出了岩钻机1。岩钻机1包括可移动的载架2和一个钻臂3。臂3包括第一臂部3a和第二臂部3b，该第一臂部连接到载架2，该第二臂部借助于接头4连接到第一臂部3a，由此第二臂部3b可以被转动A到期望位置。可以使第一臂部3a相对于接头5转动B。在作业期间，第一臂部3a可以被水平地定向，并且可以被支承在地面或底表面上。第二臂部3b被竖直地定向并且包括两个岩钻单元6a、6b。第二臂部3b设有引导表面7，岩钻单元6a、6b可以沿着该引导表面7在第二臂部3b的相对的两侧上纵向地移动P。岩钻单元6a、6b具有移动范围M，并且这两个岩钻单元均能够被自由地定位到任何期望位置，例如虚线所示的那样。可以使岩钻单元6a、6b相对于横向转动轴线8转动T。所公开的岩钻机1可以用于对位于上方、侧方以及处于角度位置的岩石表面钻进出钻孔9，并且所钻进出来的孔9的方向可以改变。

此外，在一些情形中，可以使整个臂系统相对于转动轴线10侧向地移动，以有助于定位。可以在控制单元CU的控制下自动地控制定位和钻进过程，或者与操作员一起以计算机辅助方式控制该定位和钻进过程。控制单元CU可以设有钻进或打锚杆计划，并且将钻孔9钻进到所计划的位置和方向。

图2公开了两个岩钻单元6a、6b均可以包括进给梁11和岩钻机器12，该岩钻机器12被支承在该进给梁11上。岩钻机器12可以包括冲击装置和旋转装置，该冲击装置用于对钻进工具产生冲击脉冲，该旋转装置用于使工具围绕其纵向轴线旋转。岩钻机器12还可以包括冲洗装置，该冲洗装置用于将钻屑冲洗离开所钻进出来的孔。当岩钻单元6a、6b旨在用于加固岩石表面时，则这些岩钻单元可以设有进给装置13，该进给装置13用于将加固件馈送到所钻进出来的钻孔。进给装置13可以包括进给存储件(例如，岩栓仓)和进给操纵器。

图3公开了岩钻装置14，该岩钻装置14包括两个岩钻单元6a、6b，这两个岩钻单元6a、6b被安装在载架15a、15b上，该载架15a、15b能够相对于第二臂部3b独立地移动P。第一载架15a被支承在两个第一引导杆16a、16b上，并且第二载架15b被支承在两个第二引导杆17a、17b上。载架15a、15b可以设有滑动轴承元件18或其它轴承装置。引导杆16a、16b可以是被布置在两个横向框架部19之间的圆杆或圆管。因此，在所示出的实施例中，第二臂部3b的框架20在纵向方向上仅包括引导杆16、17。然而，在一些情形中，在横向梁的外端之间可以存在单独的纵向梁，并且这些杆并不用作引导杆。引导杆16、17用作上文结合图1所提及的伸长引导元件7。第一致动器22a使第一载架15a移动，并且第二致动器22b使第二载架15b移动。致动器22可以是液压缸。此外，旋转单元23处在载架15和岩钻单元6之间，用于使岩钻单元6转动T到不同的角度位置。岩钻单元6包括进给梁11和岩钻机器12，该岩钻机器12具有钻进工具24。图4是同一设备14的俯视图。

图5和图6公开了处于不同作业位置的图3和图4的设备14。在图5中，第二岩钻单元6b被驱动到其下部位置，并且第一岩钻单元6a处在其上部位置处。在图6中，情况则相反。还可能的是，两个岩钻单元6均处在其上部位置或下部位置处，或者均处在所述移动范围内的任何竖直位置处。图5和图6还示出了岩钻单元6可以以期望的方式被定向。

附图和相关描述仅旨在说明本发明的构思。在本发明的细节中，本发明可以在权利要求书的范围内变化。

Claims (10)

1.一种岩钻装置(14)，包括：

钻臂(3)；以及

两个岩钻单元(6a、6b)，所述两个岩钻单元(6a、6b)以可移动的方式被支承在所述臂(3)上；

其特征在于，

所述岩钻单元(6a、6b)被安装在载架(15a、15b)上，所述载架(15a、15b)能够相对于所述臂(3)独立地移动(P)；

旋转单元(23)处在所述载架(15a、15b)和所述岩钻单元(6a、6b)之间，所述旋转单元(23)用于使所述岩钻单元(6a、6b)相对于所述臂(3)独立地转动；

并且其中，所述载架(15a、15b)被构造成在所述臂(3)的纵向方向上移动，并且所述旋转单元(23)的旋转轴线(8)相对于所述载架(15a、15b)的移动方向垂直。

2.根据权利要求1所述的岩钻装置，其特征在于，

两个岩钻单元(6a、6b)均具有在所述钻臂(3)的纵向方向上的移动范围(M)；并且

所述岩钻单元(6a、6b)能够始终在全部的所述移动范围(M)内在所述钻臂(3)的纵向方向上独立地移动(P)。

3.根据权利要求1或2所述的岩钻装置，其特征在于，

所述两个岩钻单元(6a、6b)中的至少一个岩钻单元包括进给装置(13)，所述进给装置(13)用于将加固部件馈送到由所述岩钻单元(6a、6b)的岩钻机器(12)钻进出来的钻孔(9)。

4.根据前述权利要求1至3中的任一项所述的岩钻装置，其特征在于，

所述臂(3)包括第一臂部(3a)和远侧的第二臂部(3b)，所述第一臂部(3a)能够连接到岩钻机(1)的可移动的载架(2)；

接头(4)处在所述臂部(3a、3b)之间，其允许所述远侧的第二臂部(3b)能够相对于所述第一臂部(3a)转动(A)；

并且其中，所述岩钻单元(6a、6b)被安装在所述第二臂部(3b)的相对的侧表面上，并且所述岩钻单元(6a、6b)能够在所述第二臂部(3b)的纵向方向上移动(P)。

5.根据前述权利要求1至4中的任一项所述的岩钻装置，其特征在于，

所述臂包括第一臂部和远侧的第二臂部，所述第一臂部能够连接到岩钻机的载架；

并且其中，所述臂(3)被构造成在作业期间被定向，使得所述第二臂部(3b)相对于所述第一臂部(3a)被横向地定向。

6.根据前述权利要求1至5中的任一项所述的岩钻装置，其特征在于，

所述臂(3)包括第一臂部(3a)和远侧的第二臂部(3b)，所述第一臂部(3a)能够连接到岩钻机(1)的载架(2)；

并且其中，所述第二臂部(3b)包括：

框架；

至少一个第一伸长引导元件，所述至少一个第一伸长引导元件被支承到所述框架；

至少一个第二伸长引导元件，所述至少一个第二伸长引导元件被支承到所述框架；

第一载架(15a)，所述第一载架(15a)以可线性移动(P)的方式被支承到所述第一引导元件；

第二载架(15b)，所述第二载架(15b)以可线性移动(P)的方式被支承到所述第二引导元件；

至少一个第一致动器，所述至少一个第一致动器用于使所述第一载架(15a)相对于所述框架移动(P)；以及

至少一个第二致动器，所述至少一个第二致动器用于使所述第二载架(15b)相对于所述框架移动(P)

7.一种岩钻机(1)，包括：

可移动的载架(2)；

钻臂(3)；以及

两个岩钻单元(6a、6b)，所述两个岩钻单元(6a、6b)被支承在所述钻臂(3)上；

其特征在于，

所述钻臂(3)和所述岩钻单元(6a、6b)是根据前述权利要求1至6所述的钻臂(3)和岩钻单元(6a、6b)。

8.一种借助于岩钻装置(14)对岩石表面钻进钻孔(9)的方法，所述岩钻装置(14)包括钻臂(3)和两个岩钻单元(6a、6b)，所述两个岩钻单元(6a、6b)被支承在所述钻臂(3)上，并且其中，所述岩钻单元(6a、6b)相对于所述钻臂(3)移动；

其中，所述方法包括：

将所述钻臂(3)的至少一部分竖直地定位；

使所述岩钻单元(6a、6b)相对于所述钻臂(3)竖直地移动(P)，以用于将所述岩钻单元(6a、6b)定位到期望的竖直位置；

其特征在于，包括：

使所述两个岩钻单元(6a、6b)在所述钻臂(3)的纵向方向上移动(P)；以及

使所述两个岩钻单元(6a、6b)的移动(P)以相对于彼此独立的方式执行。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，包括：

在钻进期间，始终允许所述岩钻单元(6a、6b)在所述岩钻单元(6a、6b)的全部的线性移动范围(M)内执行所述岩钻单元(6a、6b)的移动(P)。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，包括

允许所述岩钻单元(6a、6b)中的一个岩钻单元在另一个岩钻单元(6a、6b)执行所述另一个岩钻单元的钻进工作循环期间同时在所述钻臂(3)的纵向方向上自由地移动(P)。

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