MK系列钻机及其在煤矿瓦斯抽放中的应用.pdf

第 3 1 卷 第2 期 煤 炭科 学 技 术 2 0 0 3 年 2 月 MK系列钻 机及 其在煤矿瓦斯抽 放 中的应 用 陈健，姚宁平，殷新胜 煤 炭科学研究总院 西安分 院，陕西 西 安7 1 0 0 5 4 摘要 介绍 MK系列全液压钻机的结构特点，基本参数及钻机在煤矿井下瓦斯抽放钻孔的施工应 用情况及钻机选型方法及需考虑的主要参数。 关键词 全液压钻机；基本参数；瓦斯钻孔 中图分类号 T D 7 1 2 文献标识码 B 文章编号 0 2 5 3 2 3 3 6 2 0 0 3 O 20 0 1 2一 O 3 M K s e r i e s dr i l l i n g r i g a n d a pp l i c a t i o n i n mi ne g a s d r a i n a g e C HEN J i a n ，YAO N i n g p i n g，YI N Xi n s h e n g X i a nB r a n c h ．C h i n a C o d R e s e a r c hI n s t it u t e ， X i ，∽7 1 0 0 5 4 ，C h ／ na 煤炭科学研究总院西安分 院研制开发的 MK一 2型至 MK一 6型5种型号的9种产品，已成为煤矿 井下钻探设备 的更新换代产品。MK系列钻机被国 家科委审订为国家重点新产品，为煤矿井下防止瓦 斯突出等灾害发挥了巨大作用。本文介绍 MK系列 全液压坑道钻机的结构特点和在煤矿井下瓦斯抽放 钻孔施工的应用情况及钻机的选型方法。 1 结构特点 1 钻机 由主机 、泵站 、操纵 台 3大部分组 成，各部分之间以高压胶管相连，解体性好，搬迁 运输方便 ，现场摆布灵活。通过操纵台集 中操纵 ， 操纵人员可远离孔 口，确保人身安全 。 2 采用全液压传动 ，无级调速 ，可满足不 同的钻进工艺方法。借助钻机操纵台上的压力表可 随时了解孔 内负荷的大小 ，减少孔内事故的发生。 3 利用 回转器和液压夹持器可 以实现机 械 拧卸钻杆 ，减轻体力劳动 ；通过液压联动油路 ，可 缩短起下钻具的时间，提高工作效率。 4 钻机的回转器采用通孔式结构 ，钻杆 的 长度不受给进行程的限制，可根据工作空间尽量使 用较长的钻杆 ，减少拧卸次数 ；通过更换不同的卡 瓦组 ，可适用不同直径的外平钻杆。 5 完备的液压保护装置和通用 、高性能 的 液压元件，提高了钻机运行的稳定性和可靠性。 6 系列中4型和5型 2个级别的钻机采用组 合式设计 ，通过几种基本部件的组合产生多种变型 产品，以满足不同工况的使用要求。用户可在一台 钻机的基础上，增加个别部件实现一机多用。 主要技术参数见表 1 。 表 1 MK系列钻机主要技术参数 1 2 注倾角可按用户要求 设计 。 维普资讯 第3 l 卷 第 2 期 煤 炭科 学 技术 2 0 0 3 年 2 月 孔仰角 2 。 ，开孔均为 1 0 8 m m，孔深 6 8 ． 4 m，顺利 完工 ，钻进速度在砂质泥岩 中平均为 9 m ／ h ， 在细 砂岩中平均为 6～ 7 m ／ h 。 鹤壁矿务局九矿使用该钻机钻进瓦斯抽放孔 ， 最深达 9 4 ． 5 m，总进尺达 8 2 4 7 m。 3 钻机选型方法 钻机的选型，要综合考虑用途、场地条件、钻 机性能及性能价格 比等多种因素。其 中，与钻机性 能有关的主要参数有 3 ． 1 钻进深度 钻机标定的钻进深度 是钻机能力 的主要参数 ， 表示钻机在一定条件下所能达到的钻进深度。用户 应根据 自己的实际使用条件进行对 比分析确定钻机 的型号。钻机实际能达到的钻进深度与钻孔直径、 钻杆的种类和规格 、钻孔方向、地层情况及是否取 芯等诸多因素有关 。 与钻孔直径和钻杆规格的关系 同一种钻机在 钻孔直径和钻杆单位质量增加时 ，钻进深度就要相 应减少。在钻进下垂孔时 ，孔深主要受起拔能力的 限制；钻进大仰角乃至朝天孔时，孔深主要受给进 能力 的限制 ，在给进能力满足时，可按垂孔深度的 1 ／ 2确定孔深 ；钻进水平孔时 ，孔深主要受 回转能 力的限制 ，在起拔能力和回转能力满足时，通常按 垂孔深度的3 ／ 4确定孔深 。 与地层情况的关系 在破碎地层钻进，经常发 生孔壁坍塌掉块 ，影响正常钻进 ，因而与在稳定地 层钻进 比较 ，钻进深度也 明显减少 。 3 ． 2 转速范围 转速是钻机一个重要的参数，它与采用钻头的 种类 、规格密切相关。由于钻进效果与钻头的圆周 线速度有直接关系， 所以同一类钻头，直径大的比 直径小的要求转速要低些。在煤系地层 ，软及中硬 岩石居多，多采用复合片钻头钻进。遇到硬岩时， 取芯钻孔可用金刚石钻头 ；不取芯钻孔可用镶齿牙 轮钻头或风动潜孔锤。相对地讲 ，金刚石钻进要用 高转速 ，潜孔锤钻进要用低转速 ，牙轮钻头钻进要 用中等转速 。 在钻进近水平孔时，钻杆外壁与孔壁相对摩擦 严重，不仅使回转阻力增大，功率消耗增加，也加 剧了钻杆的磨损 ，虽然提高转速会使钻进速度有所 提高，但综合效应会得不偿失， 所以钻进近水平孔 时转速要 比钻下垂孔时低些。 1 4 3 ． 3 起拔 、给进能力 起拔 、给进能力直接反映钻机的适应性和 自身 处理孔 内事故 的能力 。由于钻机在煤 矿井下施工 时，现场条件差，多为单独工作且路途远，辅助时 间长 ，加之液压系统无法对起拔 装置产生 冲击作 用 。因此 ，要求钻机的起拔能力足够大 ，确保钻机 能及时处理一般的孔内事故 ，以提高钻机的工作效 率。在钻进大仰角或朝天孔时，由于钻杆自重的作 用 ，要求钻机有足够大的给进能力。 3 ． 4 液压系统 对全液 压钻机来 说 ，液压 系统 的功能非常重 要 ，在选型时要予 以充分重视 。 单泵系统和双泵系统的选择 单泵系统 的优点 是结构简单 、造价低 ，但 由于同时工作的回转与给 进两个 回路 由一个油泵供油 ，当回转阻力小时 ，给 进力受到限制 ，在钻进大仰角乃至朝天孔时 ，甚至 难以正常工作。为了解决这个问题，在设计单泵系 统的钻机时 ，在 回转 回路增设一个增压阀，可以在 钻进时人为地提高系统工作压力 ，以满足必要的给 进力要求。但这样做的同时却增加了能量损失，使 压力能转化为热能，油温升高，影响钻机的工作。 因此，单泵系统适合于下斜及垂直孔的施工。双泵 系统由于同时工作的回转与给进两个 回路 由两个油 泵分别供油，两个回路独立调节，互不干扰，给进 力不受限制 。在副泵回路增设液 压卡盘增压油路 ， 可以在钻进时人为地选择液压卡盘工作压力 ，这样 做可时刻确保卡盘卡紧钻杆，以满足大扭矩、大给 进力所必要 的卡紧力要求 。但 回转与给进结 构复 杂、造价高，特别适合于钻进大仰角乃至朝天孔， 尤其是采用牙轮钻头钻进工艺。 综上所述 ，钻机在选型时要充分考虑钻孔的地 层条件 、钻孔倾角 、终孔直径 、钻进深度及钻头的 类型和为保证成孔所使用的钻探工艺方法等情况。 只有经过全面分析 比较 ，才会选择出实用的钻机 。 参考文献 [ 1 ] 殷新胜，田宏亮，姚宁平，等 ． M一 7 0 0型煤层气抽放钻机 的研制 ．探矿工程 。2 0 0 1 增刊 ． 作者简介陈健 1 9 6 4一 ，男， 辽宁黑山人，工程师。一 直从事全液压坑道钻机的研究与推广工作，现任钻探研究所副所 长。 收稿 日期2 0 0 2 0 4 2 2 ；责任编辑王宗禹 维普资讯