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第 4 2卷 第 4期 2 0 1 4年 8月 煤田地质与勘探 C0A I GE 01 0GYE XP I DlR Vb 1 ． 4 2No ． 4 Aug ． 201 4 文章编号1 0 0 1 1 9 8 6 2 0 1 4 0 4 - 0 1 0 3 - 0 3 Z DY6 0 0 0 L D B 履带式全液压坑道钻机 剥、 保 山 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安7 1 0 0 7 7 摘要 为满 足煤 矿 对整 体 式钻机 提 出的 更 高要 求 ，采用 新技 术 和 工业设 计 方 法 ，研 制 出 z D Y6 O 0 0 L D B 履带式全液压坑道钻机。该钻机布局 紧凑合理 ，结构新颖 ，机动性强，井下移动快 捷 方便，钻进效率 高，工艺适应性强，可用于瓦斯抽采穿层钻孔、瓦斯抽采顺层钻孔和探放水以 及底板注浆等钻孔施 工。介绍了该钻机的主要技术参数、钻机结构 、液压系统与型式试验。 关键词全液压钻机 ；履带式；调 角装置；负载传感；防爆计算机 中图分类号P 6 3 4 文献标识码A D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 ． 1 9 8 6 ． 2 0 1 4 ． 0 4 ． 0 2 4 Z D Y6 0 0 0 L D B f u l l h y d r a u l i c t r u c k - mo u n t e d t u n n e l d r i l l i n g r i g S UN Ba o s h a n Xi a n R e s e a r c hI n s t i t u t e ， C h i n aC o a l T e c h n o l o g y a n dE n g i n e e r i n gG r o u p c 0 ， X i a n 7 1 0 0 7 7 ， C h i n a Ab s t r a c t I n o r d e r t o me e t t h e h i g h r e q u i r e me n t s o f i n t e g r a l d r i l l r i g ， a l l h y d r a u l i c t r a c k r i g Z D Y6 0 0 0 L D B i s d e v e l o p e d a n d p r o d u c e d b y u s i n g n e w s t r u c t u r e a n d n e w t e c h n o l o g y a s we l l a s n e w i n d u s t r i a l d e s i g n ．T h e c o n fig u r a t i o n o f t h e r i g i s c o mp a c t a n d r e a s o n a b l e ，i t s s t ruc t u r e i s n e w，i t s ma n e u v e r a b i l i t y i s s t r o n g ， i t c a n mo v e f a s t a n d c o n v e n i e n t l y ， i t s d r i l l i n g e ffi c i e n c y i s h i g h ， i t s t e c h n o l o g i c a l a d a p t a b i l i t y i s s t r o n g ． I t c a n d r i l l g a s d r a i n a g e b o r e h o l e t h r o u g h l a y e r s a n d a l o n g l a y e r s ， b o r e h o l e f o r wa t e r d e t e c t i o n a n d d r a i n a g e a s we l l a s b o r e h o l e for g r o u t i n g i n f l o o r ．Th e p a p e r i n t r o d u c e d t h e ma i n t e c h n i c a l s p e c i fic a t i o n s ，s t r uc t u r e ，c h a r a c t e r i s t i c s o f h y d r a u l i c s y s t e m， d r i l l i n g t e s t o f t h e r i g ． Ke y wo r d s h y d r a u l i c d r i l l i n g r i g ； t r a c k r i g ； d e v i c e f o r a n g l e a d j u s t me n t ； l o a d s e n s i n g ； e x p l o s i o n - p r o o f c o mp u t e r 治理瓦斯的根本办法是瓦斯抽采【 J 】 。近水平定 向深钻孔是这些年被普遍关注的高效瓦斯抽采途径 ， 可有效地减少开采前方大面积煤层 内的瓦斯含量， 无 论是透气性好还是透气性差的煤层都有效果【 3 】 。 施工这 类钻孔的国产钻机有 中煤科工集团西安研究 院有限 公司生产的 Z D Y6 0 0 0 L D、z DY 6 0 0 O L D A 型履带式 全液压钻机 ，采用负载传感 、先导控制等技术【 】 ， 满足了施工近水平定向长钻孔的功能要求 ， 在煤矿企 业应用取得了很好的效果 。 随着井下坑道钻机整体设计 、制造水平的提高[ 6 】 ， 以及液压技术的发展进步， 用户对整体式钻机的功能 完善性 、操作便捷性 、工艺适应性 、感官舒适性等提 出了更高的要求。因此 ， 研制更加适 于瓦斯抽采工艺 及操作的机电一体化高集成度履带式全液压钻机迫 在眉睫。 中煤科工集团西安研究院有限公司经过技术 攻关 ， 研制出了外形美观、 集成度高的 z D Y6 o 0 0 L D B 履带式全液压坑道钻机。 本文主要介绍钻机的新特性 及型式试验情况。 1 主要 技术参数 z DY 6 o 0 0 L D B 履 带式全液压坑道钻机 的研 制 主要针对井下采用定向钻进工艺施工 8 0 0 m 以内定 向瓦斯抽采孔和采用孔 口回转钻进工艺施工 6 0 0 r n 以内近水平大直径瓦斯抽采孔，是一种多用途整体 式全液压定向钻机 ， 可应用于瓦斯抽采穿层钻孔 、 瓦 斯抽采顺层钻孔和探放水以及底板注浆等钻孔施工 。 钻机主要技术性能参数如见表 1 。 2 钻机结构 钻机为整体式布局 图 1 ，集 主机 、泵站 、操纵 台、防爆计算机组 、履带车体 、稳固油缸 、操作踏板 等部件于一体 ， 各部分用高压胶管或电缆连接。 钻机 各部分结构按平行于履带行走方向两列布局 ， 共 同 安装在履带车体之上 。泵站 、操纵台、防爆计算机组 为一列 ，位于履带车体一侧 ；主机为另一列 ， 位于履 带 车 体 另 一 侧 ；稳 固 油 缸 安 装 在 履 带 车 体 四 收稿 日期 2 0 1 3 ． 0 4 ． 0 7 基金项 目 国家科技重大专项课题 2 0 1 1 Z X0 5 0 4 1 - 0 0 1 作者简介 孙保山 1 9 8 l 一 ，男 ，山东曹县人，大学，工程师 ，从事钻探机具研究与开发工作 1 0 4 煤 田地质与勘探 第 4 2 卷 表 1 钻机基本参数表 Ta bl e 1 Ba s i c par a me t e r s o f dr i l l i ng r i g 主 轴倾角／ 。 给进装 置 最 大给进／ 起拔 力／ k N 给进／ 起 拔行程／ mm 最 大行走 速度／ k in h 1 行走 装置 爬 坡能 力／ 。 接地 t t , ／ N mm 1 2 ． 5 20 0． 0 6 5 电 动 机 套 液 压泵站 油泵 泵 型 rd 号 q- 7 5 l 4 8 0 P D l O 0 PVP2 3 油箱有效容积／ L 3 0 0 l 操 纵台 ；2 一 防爆计算 机组 ；3 一 主机 ；4 操作踏板 ；5 一 泵站 ； 6 一 履带 车体 ；7 一稳 固装 置 图 l z D Y6 0 0 0 L D B 履带钻机结构示意图 F i g ． 1 S t r u c t u r a l r e p r e s e n t a t i o n o f d r i l l i n g r i g Z DY6 0 0 0 D B1 角 ； 操作踏板安装在履带车体左右两侧及后侧 。 该钻 机布局紧凑 、 结构合理 、行走移动 自如可靠 、钻进辅 助时间短 、效率高、劳动强度低。 2 ． 1 操纵 I 操纵 台是 钻机 的操作 控制 中心 ， 分为 主 、 副操 纵 台两部分 ，由先导控制操作手柄 、手动换 向阀、 集成 阀组 、流量计 、急停开关等组成 。钻机行走 、转 向、 动力头回转 、给进起拔 、机身调角稳 固、急停等动作 的控制和执行机构之间的联动功能都是通过操纵 台 上 的阀类组合来实现。 流量计可以直观观察孔内冲洗 液流量 ， 配合相应的泥浆压力表显示压力 ， 可以简明 的反映孑 L 内情况 ， 有效减少孔内事故 的发生。主操纵 台实现钻进控制 ， 布置在钻机左后方 ， 操作人员在远 离孔 口处进行操作 ，最大程度保护操作人员的安全。 副操纵 台实现钻机行走控制 、 车体稳 固调角等辅助动 作 ，设在钻机后方 ，符合操作驾驶习惯。主 、副操纵 台下方均设计有操作踏板供操作人员站立， 便于观察 孔 口随时了解钻进情况或观察行进方 向以保 障行车 安全 。急停开关布置在主、副操纵台之间 ，在紧急情 况下两个位置均可及时进行远程断电操作 ， 保证施工 安全 。 2 ． 2主 机 主机由回转器 、夹持器 、给进装置 、调角装置 、 油缸保护装置等组成 图 2 。 l 一 夹持器 ；2 一 给进装置 ；3 一 回转器 ；4 一调 角装 置 ； 5 一 油缸 保护装 置 图 2 主机结构示意图 Fi g． 2 S t ruc t ur a l r e p r e s e n t a t i o n of f e e d i n g de v i c e 回转器采用卡槽式连接 ，安装在给进装置的拖板 上【 羽 。给进油缸带动拖板沿机身‘ V’ 型导轨往复运动，实 现钻具的给进或起拔。回转器采用成熟的动力头结构， 由变量柱塞液压马达通过两级齿轮减速驱动主轴和液压 卡盘回转。回转器马达输入轴上设计有液压夹紧弹簧松 开的抱紧装置，使钻机既能适应回转钻进工艺，又能适 应以孔底马达为动力的定向钻进工艺。回转器主轴为通 孔式结构 ，使用钻杆的长度不受钻机给进行程的限制。 液压卡盘上方安装有防护罩，防止外物掉落在回转卡盘 上，提高了钻机对司钻人员的安全保护。 夹持器固定在给进装置机身前端 ，用于起 、下钻 时夹持孔内钻具 ， 与液压卡盘配合实现机械拧、 卸钻杆。 夹持器为常闭复合式结构 ， 靠碟簧夹紧钻具 ， 主油缸进 入高压油可以打开夹持器 ； 反转卸扣时副油缸进入高压 油与碟簧力叠加实现强力夹紧钻具 。 夹持器可以在底座 上左右浮动，实现夹持器 自动对中。 给进装置采用两根并列双杆双作用缸直接驱动 给进的型式 ， 带动拖板和回转器沿机身导轨移动 ， 整 体钢性好 ，可靠性高。给进机身导轨设计为“ V” 型 ， 保证托板 自动对中且垫板摩损后可实现补偿 。 给进装 置和托板间设计有推拉栅栏式结构油缸保护装置， 可 有效防止外物直接撞击给进油缸杠杆上。 给进机身一端利用后横梁固定在后支座上 ， 另一 端利用前横梁连接调角装置的支撑杆 ， 采用卡槽方式 套装在底板上的平移部件连接支撑杆和调角油缸 ， 通 过调角油缸伸缩推动平移部件滑移可实现给进机身 的正角度调节 ； 通过对后支座和调角支撑杆在履带车 体上安装位置的对调 ，可实现给进机身负角度调节。 珈0∞ 喜 第 4期 孙保 山 Z D Y6 0 0 0 L D B 履 带式全液压坑道钻机 l 0 5 这种调角方式规避 了以往钻机调角时要松紧夹头和 横梁螺栓 的工序 ，操作便捷 、安全可靠。 2 ． 3 防爆计算机组 防爆计算机组为壳式可翻转结构 ， 安装在电机联 轴器上方 图 3 。防爆计算机安装在计算机盒内，计 算机盒可绕转轴旋转 ， 采用销轴定位；防爆键盘为嵌 入式安装方式 ， 通过调整螺钉调节键盘的高低及角度 以方便操作 ； 运输时拔出销轴可以翻转扣下防爆计算 机盒 ，有效保护防爆计算机和防爆键盘。 l 一防爆键盘；2 一转轴；3 一销轴；4 计算机盒；5 一防爆计算机 图 3防爆计算机组结构示意图 F i g ． 3 S t r u c t u r a l r e p r e s e n t a t i o n o f e x p l o s i o np r o o f c o mp u t e r 3液压系统 目前国内煤矿井下 的履带式全液压坑道钻机多 采用负载传感系统[ 9 - 1 0 】 ，整个液压系统没有压力和流 量损失 ， 负载传感多路阀带有压力补偿功能， 多联阀 同时工作时各 自所需的流量和压力互不影响， 具有节 能 、可靠 、稳定的特点。但钻机保护功能欠缺 ，工作 过程 中误动作容易造成履带移位 、 制动装置过度磨损 和钻杆丝扣非正常损伤等现象 ； 液压系统给进回路 自 身无倍速功能， 钻进效率偏低 ， 采用的机械倍速结构 虽可提高效率 ，但体积增大 ，开孔高度被动升高，增 加了劳动强度。 本机采用成熟的负载传感系统 ， 在保留成熟机型 液压系统双泵供油独立工作 、 多种执行机构联动功能 的基础上 ，设计 了扭矩调节限定、钻进时行走断路、 定向钻进时回转失效 、 给进油缸倍速等逻辑 回路及卸 扣夹紧优先 、 拧卸丝扣油缸浮动、 给进节流快退等联 动功能回路 ， 实现了输出扭矩可调或两档扭矩输 出功 能。 钻进状态时行走功能失效 ， 可避免误操作引起的 钻机移位现象 ；定向钻进工况时回转控制主动失效， 防止误动作引起的制动装置过度磨损；油缸倍速功能 可实现始终倍速或重载常速和空载倍速 ，提高了钻进 效率；卸钻杆丝扣时设计了夹持器优先于回转功能 ， 防止了因未夹紧钻杆造成的掉钻事故 ；拧卸钻杆丝扣 时设计了给进油缸浮动功能 ，避免了钻杆丝扣受挤压 会拉伸 ，提高了使用寿命。 4型式试验 Z D Y6 0 0 0 L D B 钻机样机在“ 国家安全生产西安钻机 检测检验中心” 的钻机陛能试验台上进行了型式试验，分 别对基本要求、安全性、空载运转性能、负载运转性能、 过载试验 、温升、整机效率和噪声等进行了检测。检 验结果表明，钻机整体标示清楚 ，动作灵敏平稳，运 转正常，性能 良好 ，各测试技术指标达到设计要求， 符合企业标准 Q／ MK Y X 0 1 9 --2 0 1 2 Z D Y6 0 0 0 L D B 型煤矿用履带式全液压坑道钻机的要求。 5 结 论 a ．z DY 6 0 0 0 L D B 型煤矿用履带式全液压坑道 钻机布局紧凑合理，结构新颖 ，机动性强 ， 井下移动 快捷方便 ， 钻进效率高 ，工艺适应性强 ， 可应用于瓦 斯抽采穿层钻孔 、 顺层钻孔和探放水钻孔施工以及底 板注浆等钻孔施工 。 b ．操纵面板各操作手柄排列整齐 ，操作方便 ； 流量计和泥浆泵控制手柄均布置在操纵台上 ， 观察控 制便捷 ；主机调角装置设计为平移部件结构 ， 调角范 围大 ，重心低 ，操作方便可靠 ；防爆计算机使用维护 方便 ，司钻人员操作观察孑 L 口安全便捷。 c ．液压系统采用负载敏感技术 ，节能明显 ，同 时设计有钻进保护 、给进油缸倍速、钻杆螺纹保护 、 节流快开等逻辑 回路和起下钻联动、 卡转联动 、 夹转 联动等联动 回路 ，功能完善，可靠性高。该钻机适用 回转和定向两种钻进工艺 ， 这将推动我国煤矿坑道钻 机的更新换代和钻进工艺技术的发展 。 参考文献 【 1 ]殷新胜， 姚宁平，陈跟马， 等． Z D Y 6 0 0 0 L型履带式全液压坑道钻 机液压系统的设计【 J 】 ． 煤田地质与勘探，2 0 0 7 ，3 5 6 7 7 - 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