用于在钻凿和锚杆支撑中操纵杆状工件的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种借助布置在钻臂端部的杆仓储存和操纵诸如钻杆和岩石锚杆的细长杆的方法。使多根杆并排储存到线性杆仓中并借助一个或多个进给构件在杆仓中移动。根据是将杆装载到杆仓中还是从杆仓卸载杆，进给构件使杆向进给位移动或远离进给位移动。然后，通过转移装置将杆转移至钻凿线或锚杆支撑线、即转移至中心。在转移期间，通过设置在转移装置中的夹持构件保持所要转移的杆。
本发明还涉及一种杆仓，并涉及一种设置有杆仓的钻岩单元和锚杆支撑单元。在独立权利要求的前序部分中更详细地限定了本发明的领域。
背景技术
用于深孔钻凿的钻岩设备可设置有钻杆仓，其中可通过利用与钻杆仓结合提供的机构储存和操纵诸如钻管和伸长钻杆的钻凿工具。钻杆仓安装到钻凿单元中，使得钻杆可从钻杆仓添加在钻岩机与已在钻孔中的钻杆组件之间，并且对应地，可从组件去除钻杆并将钻杆归还到钻杆仓中。与钻杆仓结合提供的操纵机构可包括设置有夹持装置的转动臂等。采用转动臂，可将钻杆从钻杆仓转移至钻凿中心，并且相应地从钻凿中心归还至钻杆仓。现有技术的钻杆仓包括旋转钻杆仓和线性钻杆仓。在旋转钻杆仓中注意到的缺点是它们较大的宽度，这使得它们难以布置于进给梁。US 4 632 618公开了一种线性钻杆仓，其中沿垂直线叠置地储存钻杆，并且在钻杆仓中借助设置有凹槽的进给板供给钻杆。这一美国公开文献的钻杆仓具有复杂的结构，并且其操作可靠性已被证明在苛求的条件下是不足的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在钻岩设备中用于储存和操纵钻凿工具和岩石锚杆的新颖的且改进的方法和杆仓，另一目的是实现一种设置有改进的杆仓的钻岩单元和锚杆支撑(bolting)单元。
本发明的方法的特征在于，将设置有螺杆表面的进给构件用于使杆在杆仓中移动；防止杆与螺杆表面脱离接触的移位；通过螺杆表面支撑杆；并且使进给构件绕其旋转轴线旋转，因而由于螺杆表面的影响，杆根据旋转方向在杆仓中向位于杆仓最外端的进给位移动或离开该进给位移动。
本发明的杆仓的特征在于，进给构件包括在杆仓中支撑杆的螺杆表面；在背向进给构件的一侧上由至少一个横向支撑件支撑杆，这防止杆与螺杆表面脱离接触的移位；并且进给构件可绕其旋转轴线旋转，由此，由于螺杆表面的影响，杆根据旋转方向在杆仓中向进给位移动或离开该进给位移动。
本发明的钻岩单元的特征在于，杆仓的进给构件包括螺杆表面，钻杆布置成由该螺杆表面转移；并且进给构件可绕其旋转轴线旋转，由此由于螺杆表面的影响，钻杆布置成根据旋转方向在杆仓中向进给位移动或离开该进给位移动。
本发明的锚杆支撑单元的特征在于，杆仓的进给构件包括螺杆表面，岩石锚杆布置成由该螺杆表面转移；并且进给构件可绕其旋转轴线旋转，由此，由于螺杆表面的影响，岩石锚杆布置成根据旋转方向在杆仓中向进给位移动或离开该进给位移动。
本发明基于杆仓为并排平行成一条直线地储存杆的线性类型的思想。杆仓包括至少一个进给构件，该进给构件又包括螺杆表面，杆布置成在该杆仓中由该螺杆表面转移。在杆仓中通过使进给构件绕其旋转轴线旋转来使杆向进给位移动或离开进给位移动。可这样支撑杆，即：使得杆保持与螺杆表面接触。
本发明的优点是设置有螺杆表面的进给构件是操作可靠且简单的部件。另外，进给构件的操作易于进行控制和自动化。此外，由于新的结构，所以杆仓可以较轻便并占用小的空间。此外，易于防止损坏。
根据实施例，进给构件包括细长本体，该细长本体具有围绕其布置的螺旋，该螺旋设置有螺距。这种类型的进给构件轻便。螺旋结构另外的优点是通过给该螺旋结构提供不同螺距的螺杆表面，相当易于修改进给构件。
根据实施例，进给构件包括具有螺距的螺旋，该螺旋本身足够坚固，使得其不需要由来自螺旋内的单独的本体部分支撑。这种类型的进给构件特别轻便且简单。通过一个或多个横向支撑件在进给构件的一侧和在相反侧支撑杆可确定维持杆与螺旋的螺杆表面接触。横向支撑件实际上可以是U形夹式工件。
根据实施例，进给构件为细长螺杆，其外表面包括具有螺距的车螺纹。螺杆构件是实心、耐久且简单的部件。
根据实施例，进给构件的螺距具有的尺寸符合要操纵的最大的杆的直径。因此，进给构件的直径适于不同的杆。
根据实施例，使进给构件相对于要操纵的杆的直径倾斜。倾斜出现在与杆的纵向轴线平行的平面上。倾斜允许为不同直径的杆调节杆仓，这意味着在无显著变化的情况下允许将杆仓用于不同的杆。倾斜减小了进给构件与所要操纵的杆之间的间隙，这允许减小杆的摇摆和所要产生的振动与噪音。
根据实施例，可使进给构件相对于杆仓中的杆倾斜，使得倾斜角对应于螺杆表面的螺距。在这种情况下，在杆的下表面与螺旋面之间存在线性接触表面。线性接触表面具有比点接触表面低的表面压力。倾斜出现在与杆的纵向轴线平行的平面上。
根据实施例，杆仓包括彼此相距有一定距离的至少两个进给构件和彼此相距有一定距离的至少两个转移构件等。该实施例的优点是杆的操纵准确且精确。
根据实施例，使彼此相距有一定距离的进给构件沿彼此离开的方向倾斜。这允许抵消作用在杆上的轴向力。
根据实施例，杆仓包括布置在杆仓中杆的端部处的第一端支撑件和第二端支撑件。所述端支撑件防止杆的纵向运动。
根据实施例，转移装置包括至少一个臂，所述臂可通过转动装置沿曲线路径在位于进给构件的上部处的进给位与中心之间转动。臂的最外端设置有用于夹持杆的夹持装置。
根据实施例，转移装置包括至少一个，其可通过一个或多个同时的或不同时的线性运动在位于进给构件的上部处的进给位与中心之间移动。臂的最外端设置有用于夹持杆的夹持装置。
根据实施例，当使杆移动到中心或离开中心移动时，杆仓的进给位可从初始位置移动至中心。初始位置是杆仓在不阻碍钻凿设备或锚杆支撑设备移动时的基本位置。
根据实施例，杆仓相对于接头可转动地布置，由此其进给位可在初始位置与中心之间转动。替代性地，杆仓布置成通过接头机构转动。可转动的杆仓可尤其在侧向方向上特别得小。此外，其可简单且轻便。
根据实施例，杆仓布置成可沿一个或多个引导表面移动。替代性地，杆仓布置成通过一个或多个线性运动移动。这些应用所共有的方面是进给位从初始位置转移至中心，并且从中心转移至初始位置。
根据实施例，杆仓与进给梁结合地布置在钻臂的最外端。
根据实施例，杆仓具有一个或多个对立(counter)工件，进给构件布置成当将杆转移至杆仓的进给位时，将杆仓中最外的杆推压在所述一个或多个对立工件上。对立工件可设置有对最外的杆沿进给构件的进给方向的运动进行限制的表面。此外，对立工件可设置有用于接纳杆的空间和用于保持杆的装置。对立工件允许所要供给的杆精确地设置在进给位置，这便于杆的操纵。
根据实施例，进给构件布置成当使进给位转移至中心时，借助至少一个对立工件将杆保持在进给位。在这种情况下，进给构件不需要单独的夹持装置或致动器。
根据实施例，所要操纵的杆为钻凿工具。钻凿工具可以是钻管、伸长钻杆或在钻凿中使用的类似细长构件。
根据实施例，要操纵的伸长杆为岩石锚杆，岩石锚杆是可以布置到钻入岩石的钻孔中并锚固就位的细长工件，以便允许其支撑在岩石中挖掘出的空间的顶部或壁。岩石锚杆利用锚杆支撑设备安装就位。
附图说明
参考附图更详细地讨论本发明的一些实施例，其中：
图1是钻岩设备的示意性侧视图；
图2是设置有本发明的杆仓的钻凿单元的示意性透视图；
图3是用于本发明的杆仓的操纵单元的示意性透视图；
图4是图3的操纵单元的示意性侧视图；
图5是沿进给梁的纵向方向见到的设置有杆仓的钻凿单元的示意图；
图6是图5的钻凿单元在属于杆仓的臂机构已将钻杆从杆仓转移至钻凿线的情形下的示意图；
图7是在设置有转动杆仓的钻凿单元的纵向方向上的示意图；
图8是图7的钻凿单元在杆仓已转动以便将钻杆置于钻凿线的情形下的示意图；
图9和10是在杆仓布置成借助接头机构转动的情况下、沿进给梁的纵向方向见到的杆仓的示意图；
图11是在杆仓设置有螺旋进给构件和转移构件沿线性方向移动的情况下、沿进给梁的纵向方向见到的杆仓的示意图；并且
图12和13是在杆仓布置成通过引导表面引导在初始位置与中心之间移动的情况下、沿进给梁的纵向方向见到的杆仓的示意图。
为清楚起见，已简化本发明的某些实施例。相同的部件在附图中用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出钻岩设备1，其包括布置有一个或多个钻臂3的可移动载体2，所述钻臂设置有钻岩单元4。钻岩单元4包括可借助进给装置7沿进给梁6运动的钻岩机5。钻岩机5可具有连接至该钻岩机5的钻具8，所述钻具可包括通过诸如螺杆接头的连接构件而彼此连接的多根连续的钻杆9。此外，最外的钻杆9的最外端设置有钻头10，该钻头10具有产生进入岩石11的钻孔12的钻钮(button)。钻岩机5可包括用于向钻具8提供冲击脉冲的冲击装置，该钻具8将冲击脉冲传递至钻头10并进一步传递至要破碎的岩石11。钻岩机5还可包括在钻进期间允许钻具8绕其纵向轴线旋转的旋转装置。
钻凿单元4还设置有支撑于进给梁6的钻杆仓13。钻杆仓13可用于储存在长孔钻凿中所需要的钻杆9及其他钻凿工具。钻杆仓13设置有用于在钻杆仓13与钻凿轴线(即中心K)之间转移钻凿工具的操纵工具。
除了钻岩机5以外，钻凿单元4可设置有以转位的方式布置于进给梁6的锚杆支撑装置，例如以允许将岩石锚杆储存在杆仓13中。为清楚起见，附图未示出与钻凿单元4结合的锚杆支撑装置。
此外，钻岩设备1可设置有一个或多个钻臂15，所述一个或多个钻臂15设置有用于将岩石锚杆17安装到预先钻凿的钻孔12中的锚杆支撑单元16。锚杆支撑单元16包括可布置于进给梁16等的锚杆支撑装置18。锚杆支撑装置18可设置有本发明的杆仓13，用于储存岩石锚杆17和用于将它们放至锚杆支撑装置18的锚杆支撑线(即中心K)。
图2示出钻凿单元4，其包括用于储存和操纵钻杆9的钻杆仓13。钻杆仓13的储存原则是线性的，即钻杆9彼此并排平行布置成一条直线。图2示出钻杆彼此竖直地叠置的实现方式。钻杆仓13包括支撑钻杆9的两个进给构件19。进给构件19布置成彼此相距有一定距离并与钻杆9的端部有一定距离，由此同样适当地支撑长钻杆9。进给构件19为可绕它们的纵向轴线旋转的细长件。进给构件19可设置有诸如液压马达的旋转马达。进给构件19包括允许在钻杆仓13内转移钻杆9的螺杆表面。此外，钻杆仓13可包括可与进给构件19结合布置的两个转移构件21。采用转移构件21，可将钻杆9从钻杆仓13转移至中心K，以及从中心转移至钻杆仓。在随后的附图中示出进给构件19的详细结构与功能以及转移构件21的详细结构与功能。
图2还示出钻杆仓13包括端支撑件22，当钻凿单元4指向上或指向下时，所述端支撑件22防止钻杆9在它们的纵向方向上滑动。端支撑件22可以是支撑于进给梁6的臂，该臂的最外部分在钻杆端部的一侧设置有支撑面。钻杆仓13还可包括两个横向支撑件23，所述两个横向支撑件23可在背向进给构件19的一侧布置于进给构件19。横向支撑件23防止钻杆仓13中的钻杆9沿横向方向运动而不与进给构件19的螺杆表面接触。横向支撑件23可支撑于进给梁6，并且其可包括平面的支撑面，易于通过进给构件19靠着该平面的支撑面转移钻杆9。因此，钻杆仓13包括彼此相距有一定距离的至少两个操纵单元24a、24b，所述操纵单元又至少包括所述进给构件19、转移构件21和横向支撑件23。这些操纵单元24a、24b 容易地围绕它们设置有护罩，以防止损坏。总的来说，本发明的钻杆仓13可具有相当轻便且简单的结构。在某些情况下，钻杆仓可只包括一个操纵单元。
图3示出属于钻杆仓13的操纵单元24b。垂直的钻杆仓13保持彼此线性地叠置的四根钻杆9。当然，钻杆仓13可具有用于较少或较大数量的钻杆的尺寸。钻杆9由包括螺杆表面25的进给构件19沿线性方向转移。在图3的应用中，螺杆表面25为螺旋26，其支撑于进给构件19的细长本体27，该本体可绕其纵向轴线旋转，使得根据进给构件19的旋转方向，螺杆表面25靠着钻杆9的下表面提高或降低钻杆。如图4所示，由于螺旋26在钻杆9之间并不可避免地在它们之间形成间隙28，所以在重叠的钻杆9之间不需要单独的中间件，以在钻杆9之间产生间隙28。可通过旋转马达29使进给构件19的本体27旋转。代替螺旋26，进给构件19可包括绕其纵向轴线旋转的细长螺杆。这一应用不需要单独的本体27。螺杆和螺旋26的螺距具有的尺寸使得待操纵的钻杆配合到螺纹或螺旋之间的间距中。另外，螺杆表面25和进给构件结构的其余部分具有的尺寸以便允许钻杆9的大部分容纳在钻杆仓13中。在进行旋转装置的定尺寸(dimensioning)时，这方面还必须考虑。
图3和4示出可使进给构件19相对于钻杆9倾斜预定的角度B。倾斜出现在与钻杆9的纵向方向平行的平面中。操纵单元24a和24b的进给构件19的上端可彼此相反地倾斜。可根据螺杆表面25的螺距选择倾角的角度，使得钻杆9的下表面靠在螺旋26的线性对立表面上或螺纹的平面对立表面上。进给构件19可以固定的倾角B布置，或者替代性地，可手动地或利用合适的致动器调节倾角B。进给构件19的螺旋26的螺距、或者替代性地螺纹的螺距可根据具有最大横截面的钻杆9来定尺寸。然而，设置有这种进给构件19的钻杆仓13还可用于操纵较小直径的钻杆9。在此情形中，如果要防止较小直径的钻杆9与进给构件19之间的间隙的形成以及由此引起的钻杆9的摇摆，可使进给构件19沿允许减小间隙的方向B倾斜。同样可能的是，具有进给构件19的螺杆表面25的工件是在特定的时间根据待操纵的钻杆9而易于更换的可互换的工件。
图3和4示出进给构件19可设置有用于监测进给构件19的旋转的传感器30。从传感器30获得的测量结果可发送至控制单元，以控制钻杆仓13的操作。进给构件19的螺距可具有的尺寸例如使得绕纵向轴线的转动一整圈使钻杆9在钻杆仓13中向上或向下移动一个位置。当然，由于控制单元40可基于螺杆表面25的螺距和所需的转移距离计算出进给构件19的旋转需求，所以还存在布置定尺寸的其他装置和控制策略。
此外，图3和4示出包括大致具有字母C的形状的臂31并通过接头32而联接至进给梁6的转移构件21。转移构件21可利用转动构件33沿与进给梁6横交的方向C转动。转移构件21的最外部分可设置有用于夹持钻杆9的夹持装置34、诸如卡爪37。夹持装置34可沿方向D与夹持致动器35一起使用。转动装置33和夹持致动器35可以是在图3和4中仅示意性地表示出的液压缸。替代性地，可使用适于该用途的其他致动器。
在图5中，转移构件21已转动到其初始位置中，臂21的最外端位于进给构件19处。臂31的最外端可设置有对立工件36，并且进给构件19使钻杆仓13最外的钻杆9a朝该对立工件36转移以便由对立工件36支撑。如图所示，在其最简单的形式中，对立工件36可以是成形为与钻杆的外表面一致的工件。对立工件36还可包括设置有例如锁销或类似的锁紧机构的空间或进给位39，并且从钻杆仓13供给的最外的钻杆9a可穿入该空间。同样可能的是，进给构件19的上部设置有用于接纳最外的钻杆9a并用于在转移构件21将钻杆取走以便操纵之前保持该钻杆9a的装置。此外，在臂31的最外端处的夹持装置34可包括由夹持致动器35使用的一个或多个能打开或能关闭的卡爪37。转移构件21的卡爪37可将钻杆仓13中最外的钻杆9a压靠在对立工件36上。接下来，臂31可沿方向C转动，以便将钻杆9a转移至钻凿线(即中心K)。该情形在图6中示出。如在其中所见到的，臂的C形使得它们能够在臂不与钻杆仓13中的其他钻杆9碰撞的情况下沿横向方向转动。由于臂31紧邻进给构件19，所以臂31在转动时不与进给构件19碰撞。当已将钻杆9a放至中心K时，可打开卡爪37，并且臂31可返回到其图5所示的初始位置，以允许引入下一根钻杆。在该方面中，未描述钻杆在中心的详细操纵(诸如连接构件的打开和紧固)。
一旦已钻凿出钻孔并拆除伸长杆设备，则将臂37置于中心K，由此对立工件36靠着在中心中的钻杆9a，之后使卡爪37闭合并使臂31转动至其在进给构件19处的初始位置。接下来，打开卡爪37，并将钻杆9a转移至进给构件19的支撑螺杆表面25。进给构件19旋转，使得被引入钻杆仓13的钻杆9a在那里向下移动一个位置，由此在进给位S处用于接下来引入的钻杆的位置变空。该情形继续，直到已卸载所有的钻杆为止或直到钻杆仓13充满钻杆为止。
图7和8示出钻杆仓13的一个应用，其中进给构件19与横向支撑件23布置成与臂31一起沿方向C转动。在这种情况下，钻杆仓13中所有的钻杆9同样转动，并且由于臂不再与钻杆碰撞，所以不必使臂具有如在先的附图所示的以字母C为形式的形状。因此，钻杆仓13的结构可比图5和6所示的窄。钻杆仓13总体上布置成相对于接头32转动，因而如图8所示允许将位于进给构件19的上部处的进给位S置于中心K。在其他方面中，在图7和8中可采用图3至6所示实施例(例如关于进给构件19)的特征。
图7和8的实施例可以是其中钻杆仓13根本不包括任何臂31、而是转动的进给构件19用作转移构件的实施例。在这种情况下，位于进给构件19的上部处的进给位S可设置有所需的夹持装置。
图9和10示出可通过接头机构39移动的钻杆仓13。图9示出初始位置，而图10示出已将进给位S置于中心K的情形。接头结构39可包括至少两个臂40a和40b，所述两个臂40a和40b通过接头41a和41b而布置于进给构件19，而另一方面通过接头42a和42b支撑于进给梁6。接头机构39布置成使得钻杆仓13在方向C上沿变化的曲线路径转动。臂的尺寸和接头的相互位置可用于影响曲线路径的形状。路径的曲率这样改变，即：使得其半径朝中心K变小。这样的优点是，钻杆仓13不增大钻凿单元在高度方向上的尺寸。当然，还能将适于该用途的其他接头机构用于使钻杆仓13移动。
此外，图9和10所示的进给构件19为螺旋26，其具有的尺寸使得其能够在钻杆9不被支撑于如图3至8所示的螺旋的中间的任何本体上的情况下承载钻杆9的质量。在螺旋26内、或者替代性地在螺旋26外，可有不可旋转布置的横向支撑件23b，其与横向支撑件23a一起将钻杆9保持成线性的一列，并防止钻杆9的脱离与螺旋26的接触的移位。对立工件36和可能有的夹持装置可布置于横向支撑件23b的自由端。横向支撑件23a和23b可由围绕进给构件19布置并且具有朝进给位S敞开的凹槽的不可旋转地布置的管代替，所述凹槽平行于钻杆仓中的钻杆9，以允许在钻杆仓中移动钻杆。当然，还可能有某一其他结构的横向支撑件。
还可想到的是，钻杆仓13没有任何单独的夹持装置，但进给构件19和对立工件36可布置成共同地在一定程度上用作夹持构件，并且在将钻杆仓13转移至中心K时将钻杆维持在进给位S中。采用进给构件19，可将钻杆9推压在对立工件36或类似的表面上。因此，不需要单独的夹持构件，由此结构可更简单。
图11示出钻杆仓13位于其与进给梁6成斜角度的初始位置。进给构件19可以是仅支撑于旋转马达29的螺旋26。在螺旋26外可布置不可旋转的支撑件43，该不可旋转地支撑件43的上部可设置有转移构件21，该转移构件21可包括在线性方向L上移动的臂44。可通过诸如液压缸的合适的致动器45使臂44移动。臂44设置有可在进给位S与中心K之间沿线性方向L移动的夹持装置34。
图12和13还示出一种解决方案，其中钻杆仓13可通过由引导表面46引导而从根据图12的初始位置转移至图13所示的进给位S位于中心K中的情形。例如，钻杆仓13可通过辊子47被支撑于引导表面46。当然，还有使引导表面46和支撑于该引导表面的支撑构件联系的其他方式。图13实际上描绘了以虚线示出的引导表面，钻杆仓13可在线性方向L2上沿表面移动，以便将进给位S置于中心K。
如图所示，钻杆仓13通常布置于进给梁的一侧。根据钻凿单元或锚杆支撑装置的旋向性(handedness)，当从梁的方向看时，钻杆仓可在右手侧或左手侧。进给梁6的两侧可设置有安装构件，其允许容易地改变钻凿单元的旋向性。钻杆仓13的结构可以是对称的，而在这样的情况下，其可在无任何改变的情况下附连至进给梁6的任一侧。在某些情况下，钻杆仓13可布置在进给梁6的两侧，由此储存的钻凿工具或岩石锚杆的数量可较大。在这种情况下，两个钻杆仓13均可设置有单独的进给构件19和转移构件21。例如，图7和8所示的钻杆仓13的应用是简单地布置于进给梁的两侧。此外，不同于附图，可使图5和6所示类型的钻杆仓13的转移构件21与布置成在中心与两进给构件之间转移钻杆的一个共用转移构件联系。同样可能的是，在进给梁的第一侧上具有钻杆仓，而在第二侧上具有岩石锚杆仓。
代替均匀的螺旋26或螺杆，可形成进给构件19的螺杆表面，使得其包括相对于彼此布置的多个螺杆元件，以便共同地形成具有允许支撑和/或转移钻杆的螺距的螺杆。例如，螺杆元件可以是布置于可旋转的本体的外表面以便通过旋转马达旋转的销、板或类似的凸起，使得可绘制出具有一定螺距的假想的螺杆线，其通过用于靠着螺杆元件的钻杆的支撑面。
代替垂直位置，例如，钻杆仓13的初始位置可以是如图9和11所示的斜位置，或者其甚至可以是水平位置。
尽管图3至13示出了钻杆仓13的特征和相对于钻凿单元不同的应用，但对应的特征、特性和应用也可与用于储存和操纵岩石锚杆的锚杆支撑装置结合使用。
在本申请中，垂直位置表示钻凿单元或锚杆支撑单元、进给梁和连接至该进给梁的装置的基本位置处于垂直位置。当在钻凿和锚杆支撑期间使钻臂和进给梁转动时，垂直线性杆仓可处于倾斜或甚至差不多水平的位置。然而，即使杆仓的绝对定向改变，杆仓也相对于进给梁仍维持其相对定向。
在某些情况下，本申请中公开的特征同样地可以与其他特征无关的方式使用。另一方面，必要时，本申请中公开的特征也可用于提供不同的组合。
附图和相关的说明书仅用于示出本发明的思想。本发明的细节可在权利要求的范围内变化。