一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机及施工方法技术领域
本发明涉及一种车载钻机及施工方法，属于煤层气开采领域，具体涉及一种适用
于地面煤层气钻井施工的车载钻机及施工方法。
背景技术
煤矿区煤层气(瓦斯)开发对保障井下安全生产、增加清洁能源供应、促进节能减
排、减少温室气体排放具有重要意义。煤层气的开采一般有两种方式：一是地面钻井开采；
二是井下瓦斯抽采。
地面煤层气抽采具有井场布置灵活、生产周期长、产能高等优点，应用越来越广
泛。现有技术中的钻井施工大多采用水井钻机或小型石油钻机，不具备主动加压功能，工艺
适应性差，钻进效率低。有个别厂家推出了车载式钻机，但是在钻机的辅助功能、使用的便
捷性、工艺的适用性等方面存在较多的问题。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的钻机和施工方法不具备主动加压功能，工艺
适应性差，钻进效率低的技术问题，提供了一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机及
施工方法。该钻机及施工方法功能完善、使用便捷、适用于地面煤层气钻井施工。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，其特征在于，包括:底盘，动力单元
和给进装置；其中，动力单元和给进装置沿底盘中心轴线布置；所述底盘的四周分别设置前
支腿和后支腿；所述动力单元设置于底盘中间的内凹部位；所述给进装置上设置有可沿纵
向滑动的拖板；所述拖板通过俯仰油缸与底盘连接；所述给进装置上设置动力头。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述动力单元包括：
柴油机，其中：所述柴油机的一端输出经分动箱驱动液压泵组，另一端通过离合器驱动空压
机。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述车载钻机的给
进装置下端有桅杆支腿和机械支腿，桅杆支腿可相对给进装置伸缩从而使给进装置可靠接
触地面，机械支腿的一端固定连接给进装置，另一端通过螺纹旋出并压实于桅杆支腿的底
板上。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述动力头包括：主
轴、与主轴同轴连接的浮动轴；所述马达和主轴布置于箱体；所述箱体通过旋转盘固定于小
拖板上，所述旋转盘通过转臂连接调角油缸。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述旋转盘上设置
有定位孔；所述小拖板上设置有锁定油缸，所述锁定油缸的行程杆连接与定位孔相配合的
销轴。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述浮动轴通过花
键与主轴连接，并且可与主轴轴向浮动。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，所述主轴上同轴安
装摩擦盘，所述小拖板上设置制动器，所述摩擦盘位于制动器的制动开口范围内。
优化的,上述的一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，还包括：泥浆管汇；
所述泥浆管汇包括：
与外部钻井液供给装置连接的进浆管，与钻进系统泥浆管路连接的出浆管，与外
部测压装置相连的测压接头；
所述进浆管与出浆管中间设置主阀；所述出浆管连接旁通阀。
一种利用上述车载钻机进行施工的方法，包括：钻进准备流程，所述钻进准备流程
进一步包括：
步骤1.1，车载钻机定位，根据井场布置和钻孔位置，将车载钻机移动到预定位置；
步骤1.2，通过两个前支腿和两个后支腿将底盘调平，使轮胎脱离地面，其中，底盘
的左右倾角不大于3°，前后倾角不大于3°；
步骤1.3，摆出操纵台到合适位置，保证给进装置立起过程中不与操纵台发生碰
撞；
步骤1.4，通过俯仰油缸立起给进装置，使给进装置与底盘之间夹角为87°与93°之
间；
步骤1.5，通过拖板油缸调整给进装置高度，使孔口装置与地面之间的空间满足安
装防喷器等附属装置的要求；
步骤1.6，将桅杆支腿伸出，与地面接触；
步骤1.7，操作机械支腿，前端与桅杆支腿接触，防止桅杆支腿回缩；
步骤1.8，将拖板油缸进出油口连通，使拖板油缸处于浮动位，整个给进装置落实
到地面，钻进过程中负载不会传递到底盘，完成了钻进前的钻机准备工作。
优化的,上述的施工方法，所述车载钻机转场运输准备流程包括：
步骤2.1，使拖板油缸进出油口分离；
步骤2.2，收起机械支腿；
步骤2.3，收回可相对给进装置伸缩从而使给进装置可靠接触地面的桅杆支腿；
步骤2.4，操作俯仰油缸，使给进装置收回到水平状态；
步骤2.5，收回操纵台至运输状态；
步骤2.6，完全收回前支腿和后支腿，操作过程中，应交叉操作前支腿和后支腿，避
免底盘倾角过大；
步骤2.7，对操纵台等部件固定，即完成车载钻机转场运输准备。
因此，本发明具有如下优点：该车载钻机以底盘为平台，给进装置收回后可快速移
动，机动性强；底盘采用内凹式设计，降低了整车高度；动力头具备主轴翘起、主轴浮动、主
轴锁定等功能，具有加接钻具方便、钻进时能保护钻具、便于实施定向钻进等优点；集成了
泥浆管汇，便于控制泥浆的通断、方便监测泥浆压力；整机功能完备、集成度高、工艺适应性
强，满足煤层气钻井施工需求。
附图说明
图1为本发明车载钻机整体结构示意图；
图2为本发明动力单元结构示意图；
图3为本发明动力头主视图；
图4为本发明动力头翘起状态左视图；
图5为本发明泥浆管汇结构示意图；
图6为本发明车载钻机(不含给进装置)俯视图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
图中，1—底盘、2—散热器、3—动力单元、4—油箱、5—给进装置、6—拖板油缸、
7—拖板、8—动力头、9—操纵台、10—桅杆支腿、11—机械支腿、12—后支腿、13—泥浆管
汇、14—俯仰油缸、15—前支腿、16—孔口装置、3.1—空压机、3.2—离合器、3.3—柴油机、
3.4—分动箱、3.5—液压泵组、8.1—小拖板、8.2—马达、8.3—箱体、8.4—摩擦盘、8.5—主
轴、8.6—浮动轴、8.7—制动器、8.8—调角油缸、8.9—锁定油缸、8.10—销轴、8.11—旋转
盘、13.1—进浆管、13.2—主阀、13.3—测压接头、13.4—出浆管、13.5—第一油缸、13.6—
第二油缸、13.7—旁通阀。
实施例：
本发明实施例提供一种适用于地面煤层气钻井施工的车载钻机，如图1所示，该钻
机将散热器2、动力单元3、油箱4、俯仰油缸14、前支腿15、后支腿12、给进装置5、拖板油缸6、
拖板7、动力头8、操纵台9、桅杆支腿10、机械支腿11、泥浆管汇13等集成于车辆底盘1之上，
采用底盘1运输，机动性强。
底盘1中间为内凹式结构，如图6所示，动力单元3和给进装置5重量较大，沿底盘1
的中心轴线布置，其中动力单元3布置于底盘1内凹部位，降低车辆高度，其他装置分布于底
盘1之上，集成度高。
如图2所示，动力单元3由柴油机3.3、分动箱3.4、液压泵组3.5、离合器3.2和空压
机3.1组成，柴油机3.3一端输出经分动箱3.4驱动液压泵组3.5，实现液压系统各个执行机
构的动作，另一端通过离合器3.2驱动空压机3.1。离合器3.2闭合时，柴油机3.3两端输出，
同时驱动空压机3.1和液压泵组3.5，无需外配空压机组，即可快速实施空气钻进；离合器
3.2分离时，柴油机3.3仅驱动液压泵组工作。
车载钻机的两个前支腿15和两个后支腿12分布于底盘1的四周，钻机整体重心大
致位于四个支腿的几何重心。
俯仰油缸14两端分别与底盘1和拖板7相连，俯仰油缸14伸出，可实现给进装置5的
立起，俯仰油缸14缩回，实现给进装置5的收回；在拖板油缸6的作用下，拖板7与给进装置5
可相对滑动，调整孔口装置16的高度。
车载钻机的给进装置5下端有桅杆支腿10和机械支腿11，桅杆支腿10可相对给进
装置5伸缩，使给进装置5可靠接触地面，机械支腿11通过螺纹稳固，一端与给进装置5固定，
另外一端通过螺纹旋出，与桅杆支腿10的底板压实，防止桅杆支腿10长时间使用出现回缩
现象。
如图3-4所示，车载钻机的动力头8由马达8.2、箱体8.3、小拖板8.1、调角油缸8.8、
主轴8.5、浮动轴8.6、制动器8.7、摩擦盘8.4、旋转盘8.11等组成。主轴8.5前端通过花键与
浮动轴8.6同轴连接，浮动轴8.6与钻具相连，
车载钻机动力头8的马达8.2、箱体8.3、主轴8.5、浮动轴8.6、旋转盘8.11等在调角
油缸8.8作用下，可相对小拖板8.1旋转一定角度，便于浮动轴8.6与地面钻具连接。
锁定油缸8.9固定于小拖板8.1，主轴8.5垂直钻进时，锁定油缸8.9伸出，带动销轴
8.10插入旋转盘8.11孔内，使主轴处于锁定状态。
钻进过程中，钻具与浮动轴8.6相对与主轴8.5轴向浮动，降低振动对钻具的影响。
车载钻机动力头8的制动器8.7与小拖板8.1相连，摩擦盘8.4与主轴8.5同轴安装，
同步旋转，摩擦盘8.4位于制动器8.7制动开口范围内，制动器8.7抱紧摩擦盘8.4时，可使摩
擦盘8.4与主轴8.5处于制动状态，便于实施孔底定向钻进。
如图5所示，车载钻机的泥浆管汇13由进浆管13.1、出浆管13.4、主阀13.2、第一油
缸13.5、测压接头13.3、第二油缸13.6、旁通阀13.7组成。进浆管13.1与外部钻井液供给装
置连接，出浆管13.4与钻进系统泥浆管路连接；进浆管13.1与出浆管13.4中间设置主阀
13.2，第一油缸13.5开闭主阀13.2，实现泥浆管汇13内液体的通断。
车载钻机的泥浆管汇13主管路上设置测压接头13.3，外部测压装置连接到测压接
头13.3上，可以实时监测泥浆压力。
车载钻机的泥浆管汇13主管路上设置旁通阀13.7，第二油缸13.6实现旁通阀13.7
的开闭，旁通阀13.7打开，主管路泥浆泄压。
采用上述结构后的施工过程包括钻进准备过程和转场运输过程。
其中，钻进准备流程的步骤如下：
步骤1.1:车载钻机定位，根据井场布置和钻孔位置，将车载钻机移动到预定位置；
步骤1.2：通过两个前支腿15和两个后支腿12将底盘1调平，使轮胎脱离地面，底盘
1左右倾角不大于3°，前后倾角不大于3°；四个支腿应交叉操作，避免出现单个支腿伸出过
长、车身倾角过大的情况；给进装置5立起后严禁操作前支腿15和后支腿12；
步骤1.3：摆出操纵台9到合适位置，保证给进装置5立起过程中不与操纵台9发生
碰撞；
步骤1.4：通过俯仰油缸4立起给进装置5，使给进装置5与底盘1之间夹角90±3°；
步骤1.5：通过拖板油缸6调整给进装置5高度，使孔口装置16与地面之间的空间满
足安装防喷器等附属装置的要求；
步骤1.6：桅杆支腿10伸出，与地面接触；
步骤1.7：操作机械支腿11，前端与桅杆支腿10接触，防止桅杆支腿10回缩；
步骤1.8：将拖板油缸6进出油口连通，使拖板油6缸处于浮动位，整个给进装置5落
实到地面，钻进过程中负载不会传递到底盘1，即完成了钻进前的钻机准备工作。
车载钻机转场运输准备流程如下：
步骤2.1:使拖板油缸(6)进出油口分离；
步骤2.2：收起机械支腿11；
步骤2.3：收回桅杆支腿10；
步骤2.4：操作俯仰油缸14，使给进装置5收回到水平状态；
步骤2.5：收回操纵台9至运输状态；
步骤2.6：完全收回前支腿15和后支腿12，操作过程中，应交叉操作前支腿15和后
支腿12，避免底盘1倾角过大；
步骤2.7：对操纵台9等部件固定，即完成车载钻机转场运输准备。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领
域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了1—底盘、2—散热器、3—动力单元、4—油箱、5—给进装
置、6—拖板油缸、7—拖板、8—动力头、9—操纵台、10—桅杆支腿、11—机械支腿、12—后支
腿、13—泥浆管汇、14—俯仰油缸、15—前支腿、16—孔口装置、3.1—空压机、3.2—离合器、
3.3—柴油机、3.4—分动箱、3.5—液压泵组、8.1—小拖板、8.2—马达、8.3—箱体、8.4—摩
擦盘、8.5—主轴、8.6—浮动轴、8.7—制动器、8.8—调角油缸、8.9—锁定油缸、8.10—销
轴、8.11—旋转盘、13.1—进浆管、13.2—主阀、13.3—测压接头、13.4—出浆管、13.5—第
一油缸、13.6—第二油缸、13.7—旁通阀等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用
这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限
制都是与本发明精神相违背的。