大角度多层孔履带式全液压坑道钻机的研制与应用 -.pdf

第4 6 卷 第1 2 期 2 0 1 4 年第1 2 期 煤炭工程 C0AL ENGI NEERI NG Vo 1 ． 46． No ．1 2 No ．1 2，2 01 4 d o i 1 0 ． 1 1 7 9 9 ／ c e 2 0 1 4 1 2 0 41 大 角度 多层 孔履 带式全液压坑道钻 机的 研 制与应用 宋海涛，刘亦洋，姚亚峰，白稳乐，彭 涛 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 传统的履带式全液压坑道钻机 虽然效率高，工人劳动强度小，但是受限于变幅装置 的 自身结构 ，大多履带钻机调角范围较 小，且开孔高度调节范围十分有限。在黑龙江鸡西和山西 晋城等煤层较厚矿区往往需要进行多层瓦斯抽采孔施工 ，因此研制 了新型履带钻机。新型钻机的 主机可以 9 0 。 方位角旋转，新型的变幅装置能够轻松调 节钻孔角度和钻孔高度 ，可以进行 大角 度、多层孔和跨胶带钻进施工。通过现场工业性试验，验证了新型履带钻机性能的稳定性及多种 工况下施工的适用性和可靠性。 关键词大角度 ；多层孔 ；履带式钻机 ；跨胶带钻进施工 中图分类号T D 4 2 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 9 5 9 2 0 1 4 1 2 - 0 1 2 6 - 0 3 De v e l o p me nt a n d App l i c a t i o n o f Tr a c k - M o u nt e d Hyd r a u l i c Tun ne l Dr i l l i n g Ri g f o r W i d eAng l e a nd M ult iLa y e r Ho l e s S O NG Ha i t a o ， L I U Y i y a n g ， YAO Y af e n g ， B A1 W e nl e ， P E NG T a o C h i n a C o a l T e c h n o l o g y a n d E n g i n e e r i n g G r o u p X i h n R e s e a r c h I n s t i t u t e ，X i k n 7 1 0 0 7 7 ，C h i n a Ab s t r a c t I n s p i t e o f t h e h i g h e ffic i e n c y a n d s m a l l l a b o r i n t e n s i t y ，t h e a d j u s t m e n t r a n g e o f d ri l l i n g a n g l e a n d h e i g h t i s l i mi t e d i n t h e t r a d i t i o n a l t r a c kmo u n t e d h y d r a u l i c t u n n e l d ri l l i n g r i g ，b e c a u s e o f t h e l u ffin g me c h a n i s m s t r u c t u r e ． Ai mi n g a t t h e r e q u i r e me n t o f m u l t i l a y e r h o l e s c o n s t r u c t i o n i n t h i c k s e a m c o al m i n e ，s u c h a s J i x i m i n e a r e a i n H e i l o n g j i a n g a n d J i n c h e n g mi n e a r e a i n S h a n x i ，a n e w t r a c kmo u n t e d h y d r a u l i c t u n n e l d ri l l i n g r i g f o r wi d ea n g l e a n d mu l t i l a y e r d ri l l i n g w a s d e v e l o p ．T h e ma i n e n n e o f t h e n e w d ri l l i n g r i g h a s a 9 0 。 a z i mu t h r o t a t i o n r a n g e ，and t h e n e w l u ff i n g me c h a n i s m c a n e a s i l y a d j u s t t h e d ri l l i n g a n g l e a n d h e i g h t ，a l l o w i n g w i d ea n g l e d ri l l i n g ，m u l t i l a y e r d ri l l i n g a n d c r o s s b e h d ri l l i n g c o n s t r u c t i o n ． T h e s t a b i l i t y o f t h e n e w d ri l l i n g r i g，a n d i t s a p p l i c a b i l i t y a n d r e l i a b i l i t y i n mu l t i wo r k i n g c o n d i t i o n w e r e v e rifi e d i n i n d u s t rial t e s t ． Ke y wo r d s wi d e a n g l e；mu l t i l a y e r h o l e s ；t r a c kmo u n t e d d ri l l i n g ri g； c r o s sb e l t d ri l l i n g c o n s t r u c t i o n 1概述 履带式全液压坑道钻机 由于其先进的液压控制系统、 搬迁稳固迅速、钻孔辅助时间短、工人劳动强度低等优点 而得到了广泛的应用 I 4 J 。但是传统履带钻机普遍调角范 围小，开孔高度调节范围有限，而在东北鸡西 、山西晋城 一 带煤层较厚矿区需要进行双层或多层的瓦斯抽采孔施工， 或是进行倾角较大的穿层孔施工时，普通的履带钻机不能 满足其施工要求。 鉴于 以上情况 ，研制 开发 了一 款新型 的可进 行大 角度 多层孔施工的煤矿用履带式全液压坑道钻机。该钻机不仅 能进行跨胶带钻孔施工，还能进行前探孔施工，且钻孔的 高度调节范围大 开孔高度可在 1 ． 4 52 ． 5 5 m之间 自由调 节 。 2 钻机主要参数及结构 新型煤矿用履带式全液压坑道钻机 Z D Y 3 5 0 0 L P的主要 技术参数见表 1 。 收稿 日期 2 0 1 4 0 7 2 5 作者简介宋海涛 1 9 8 3一 ，男，河南漯河人 ，硕士，助理研究员 ，主要从事钻探设备的设计开发工作，Em a i l s o n g h a i t a o c c t e g x i a n ． c o n。 引用格式宋海涛，刘亦洋，姚亚峰，等．大角度多层孔履带式全液压坑道钻机的研制与应用 [ J ] ．煤炭工程，2 0 1 4， 4 6 1 2 1 2 6～1 2 8 ． 1 2 6 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 煤炭工程 2 0 1 4 年第 l 2期 用钢制履带片，耐磨性好 、强度高。车体通过螺栓与履带 车体相连接，车体平台用来固定安装主机、泵站和操纵台 等部件。车体整体结构为中凹式，有效降低 了钻机重心， 将履带钻机的平面式布局改变为立体式布局 ，有效减小钻 机的整体尺寸。 2 ． 5 稳 固装 置 钻机通过稳固装置可靠稳固可确保机身调角方便可靠， 避免钻进时发生孑 L 位移动 。稳 固装 置主 要包括前 下稳 固装 置 、前上稳固装置 及后稳 固装 置 ，分别 布置在 车体 四个角 上且相互独立，通过副操纵台 I 和 Ⅱ控制。 钻机稳固时先将 四个下稳固油缸伸 出以升起钻机，待 钻机离开地面后再伸出四个上稳固油缸顶紧巷道顶部。 3液压系统 钻机液压系统为双泵开式循环系统，回转回路和给进 回路分别供油以实现回转参数和给进参数的独立调节。主 泵为恒功率负载敏感变量泵，副泵为恒压变量泵 ，实现节 能 的 目的。 恒功率负 载敏 感 变量 泵 主要 向履 带 行 走 、钻 进 回转 、 快速起下钻及钻进辅助联动控制等回路提供压力油，并与 主阀构成负载敏感系统。液压泵只需提供与执行元件负载 相匹配的过剩流量 ，因而系统具有显著的节效果。副泵采 用恒压变量泵 ，主要向正常钻进和稳固调角回路供油。该 泵 只提供 负载需要 的流 量 ，减少溢 流损 失 ，具有很 好 的节 能效果 ，在复 杂地层给尽 力需要 不停变化 时效果更 明 显 [ 一 。 由于该钻机的调角范围较大，在进行大角度施工时， 一 旦操作工人误操作或钻场突然停 电，动力头会在孔内钻 具的重力作用下迅速下滑，产生安全隐患。因此在该钻机 的液 压系统中增加 了防动力头下 滑功能。 液压系统中的泵、阀等主要液压件均为进 口件 ，所用 的流量、压力等控制元件为进 口插装阀，替代 自制液压元 件，大大提高了液压系统的可靠性。 4 试 验及 应用 钻机试制完成后，在 “ 国家安全生产西安钻机检测检 验中心”进行空载、负载和过载等多项试验 ，对主要技术 参数进行了检测，测试结果均达到设计要求。 为进一步验证钻机的能力和适用性 ，分别在黑龙江龙 煤矿业集团股份有限公 司鸡西分公 司城子河矿和陕西彬长 矿业集团有限公司胡家河矿进行了现场工业性试验。 在鸡西分公司城子河矿试验主要为了验证钻机多种钻 进姿态的适用性及可靠性的，分别从近水平俯角、近水平 仰角、跨胶带本煤层钻进、邻帮本煤层钻进及上下多排孔 施工等几个方面对钻机性能进行了验证。试验工完成 8个 1 28 钻孔，设计钻孔直径 1 1 3 m m，总进尺 1 3 3 5 m，最高钻进效 率 1 3 ． 5 7 m ／ h 。 在彬长集团胡家河煤矿应用该钻机的主要 目的是施工 巷道底板释压孔，设计钻孔的俯角较大 接近 一 9 0 。 ，采用 大直径螺旋钻 进工 艺 ，设计 孔深 1 0 m。共施 工钻 孑 L 1 7个 。 总进尺 1 9 5 m，满足矿方使用要求。在该矿的试验验证了在 钻机正前方大俯 角钻进 的适用性和可靠性 。 通过两个现场 试验 总体检 验 了钻 机 的钻进 能力 、液 压 系统的可靠性、调角装置的便捷高效性和多种姿态下施工 的适应性，达到了预期的研究 目标。 5 结论 大角度多层孔履带式全液压坑道钻机的研制成功，能 够解决在巷道宽度条件有限的矿井进行跨胶带施工、多层 孔施工的难题。通过两个现场工业性试验表明 1 履带钻机整体布局合理，钻机操作安全方便 ，移动 方便快捷 ，液压系统控制元件采用插装阀组，性能稳定可 靠 。 2 变幅装置可直接通过液压阀控制调角油缸 的伸 缩 以 实现钻机俯仰角和开孔高度的调整 ，无需工人拆卸 ，方便 快捷 ，省时高效 。 3 钻机可完成 一 9 0 。 ～ 9 0 。 倾 角 的钻孔 施工 、上下 多层 孔施工、跨胶带本煤层钻进、邻邦本煤层钻进及钻机正前 方大俯角钻进等多种工况，适应性强。 参考文献 [ 1 ] 姚克．Z D Y系列全液压履带钻机 的研制 及应用研究 [ J ] ． 中 国煤炭 ，2 0 1 2 ，3 8 1 6 8 7 1 ． [ 2 ] 姚亚峰 ，王贺剑 ，凡东 ，等．Z D Y1 2 0 0 L型履带式 全液压 坑道钻机的研制 [ J ] ．煤 田地质与勘探 ，2 0 0 8，3 6 3 7 5 7 8 ． [ 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