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ZDY4000S型全液壓鉆機的設計與應用

來源：51baotang.com 作者：admin 日期：2014-03-13 01:34:32 熱度：1083 ℃

煤炭工程

ZD Y 4000S 型全液壓鉆機的設計與應用

姚克，殷新勝，姚寧平，姚亞峰，田宏亮

(煤炭科學研究總院西安分院，陜西西安710054)

摘要：文章介紹了ZD Y 4000S 型全液壓鉆機研制的背帚和過程，簡述了鉆機主要組成部分

的設計思路、加工和型式試驗，以及典型的應用情況，鉆機經多家用戶使用后反應非常好，被

證明是一種性能可靠、鉆進效率高、應用廣泛的設備，一定會促進煤礦瓦斯預抽技術水平的提

高，為煤礦安全生產提供必要保障。

關鍵詞：全液壓鉆機；大直徑鉆孔；瓦斯抽放

中圖分類號：T D 41

文獻標識碼：B

D esign and app lication of Z D Y 4000S full hydraulic drilling rig

Y A O K e ， Y IN X in—sheng ， Y A O N in g—pin g ，Y A O Y a—feng ，T IA N H o ng—liang

(X i’an Branch，China Coal Research Institute，Xi’an，710054，China)

A bstract ：T h e paper in trodu ced th e backgro un d and p rocess of th e develop m en t o n Z D Y 4 00 0S full hyd raulic drilling rig ．

T he pap er introd uced the desig n co ncep tion ，p roc essing an d type test of the m ain co m pon en ts of th e drillin g rig ，

includ ing the typical app lications ．A fter sev eral ap plication s o f the rigs by the clien ts，good res ults w ere cam e fro m th e

clients an d the rig is app roved as a rig w ith a reliable p erform a nces ，a high d rilling efficien cy an d a w ide ap plication ．T he

drillin g rig w ill im pro ve the level for m in e g as drain ag e tech nolog y and p rovid e a m easure for the m in e safety ．

K eyw ords ：d rilling rig ；d es ign ； ap plication ； clam p ing too l

隨著 “監測監控，先抽后采，以風定產”的十二字方

針的貫徹落實，煤礦企業正在努力提高瓦斯抽放技術水平，

應用多樣化的抽放方式解決瓦斯抽放問題，而且許多煤礦

有鉆進大直徑中深孔進行瓦斯抽放的地層條件。經市場調

研發現，鉆孔深度在 300m 左右、終孔直徑大于 153m m 的

瓦斯抽放孔成孔效率高、成本低、綜合抽采效果好，為了

及時提供適用的設備，并且使其具有應用的廣泛性和較高

的性價比，我們研制了新型 ZD Y 4000s 型全液壓鉆機，同

時對 M K 系列鉆機進行了有效地完善和補充。

2004 年底，研制完成的 ZD Y 400OS 型全液壓鉆機通過

了由國家安全監督管理局組織召開的鑒定，成果達到了國

際先進水平。

鉆機的性能參數的同時將鉆機的安裝穩固作為重點設計。

2) 采用優化的雙泵系統，實現分流、合流以及多種液

壓聯動操縱控制，以滿足不同鉆進工況的要求。

3) 針對地層、鉆孔和工藝的特點，設計的鉆機無級調

速范圍更大，轉矩大、轉速高、給進起拔力大，處理孔內

事故能力強。鉆機的主要技術性能參數見表 1。

表 I

鉆機的主要技術性能參數

1 總體方案設計

鉆機主要結構設計

在 M K 系列鉆機成功研制的基礎上，借鑒煤礦井下施

工大直徑鉆孔的技術經驗，有針對性地應用優化設計方法

進行鉆機設計，使鉆機具有與復合片鉆進工藝、螺旋鉆進

工藝和牙輪鉆頭鉆進工藝相適應的結構和技術性能參數，

提高了性價比，作到了以人為本、高效快捷。

1) 鉆機整體分主機、操縱臺和泵站三大部分，在優化

2 ．1

主機

主機主要由動力頭、給進裝置、機架等部件構成。鉆

機主機見圖 1。

1) 動力頭。動力頭是鉆機的核心部件，具有較強的獨

立性和解體性，可滿足煤礦井下特殊環境施工要求。動力

頭設計時傳動箱采用了空間三軸式結構，結構緊湊實用，

收稿日期：2005 —05 —31

作者簡介：姚

克(1973 一)，男，寧夏中寧人，工程師，現在煤炭科學研究總院西安分院從事鉆探機具及工藝的研制

推廣工作。

7 7

煤炭工程

2006 年第 2 期

圈 1 Z D Y 4000S 型全液壓鉆機主機

加工工藝性強。針對廣泛適用常規鉆進方法和長螺旋鉆進

的工藝參數要求的需要，設計的動力頭的輸出轉矩和轉速

調節范圍寬，工藝適應性強。

2) 給進裝置。給進裝置結構設計中采用一個雙桿雙作

用油缸帶動拖板上的動力頭實現前后往復運動，避免了單

作用油缸由于有桿腔和無桿腔兩端面積差引起的液壓回路

局部超壓，結構簡單實用。無論是鉆進大直徑中深孔還是

近水平長螺旋鉆孔，鉆機均具備可靠加壓和處理發生的卡

鉆塌孔等孔內事故的能力。

3) 夾持器。夾持器是體現機械自動化的重要組成部

分。利用鉆機的液壓聯動功能進行機械化擰卸鉆桿，可以

縮短輔助時間，提高鉆進效率，減輕工人勞動強度。

夾持器結構為浮動——復合常閉式結構，簡單實用，

靈活可靠，并且可以實現翻轉讓開孔口，以便粗徑鉆具通

過。夾持器左右浮動的結構可以減少鉆孔跑偏后卡瓦和鉆

桿之間的相互過度磨損，在一定程度上提高了鉆機的適應

性和零部件的使用壽命。

4) 機架。鉆機的穩固在機架的設計和實際使用中是一

個重點也是一個難點，鉆機的固定要求快捷、可靠、省力，

防止鉆進工程中因鉆機移位而導致鉆孔跑偏、下鉆困難，

特別是定向鉆進，嚴重時會導致無法完成鉆孔。由于煤礦

井下巷道條件不一，用單體液壓支柱加可伸縮的加長桿的

方法簡單實用，所以在機架兩側設計可拆卸的連接固定裝

置，對單體液壓支柱進行固定、扶正，現場根據條件和需

要可選擇性的安裝三個或四個，用于保證鉆機可靠的穩固。

2 ．2

泵站

泵站設計采用下置式結構，安全保護性和泵的吸人性

好。結合以往的使用和設計經驗，設計中有針對性的加大

了吸油管路和回油濾油器通徑，冷卻器結構為并聯兩片板

翹式冷卻器，油液不易發熱，強制冷卻的效果明顯，提高

了系統效能。

液壓系統

液壓系統采用回轉和給進分別供油的雙泵開式循環系

統。回轉參數和給進參數可以獨立調節而不相互干擾，當

主副油泵油液合流時還可實現快速強力給進起拔。由變量

泵和變量馬達構成的調速系統可進行無級調速，轉速和轉

矩可應不同工況要求在大范圍內調整，適時采用溢流給進

或卡盤增壓減壓給進方式，以滿足不同工況要求。液壓系

統保護裝置完備，性能穩定可靠。液壓系統如圖 2 所示。

圈 2 ZD Y 4000S 型全液壓鉆機液壓系統

加工與型式試驗

為保證鉆機的性能質量，提高可靠性，主要液壓元件

均選用國內專業生產廠家性能最好的產品，外協加工件與

技術力量強、信譽好的加工單位協作完成。

鉆機總裝后進行了綜合調試，之后整機在鉆機性能綜

合檢測實驗臺上進行了包括空載試驗、負載試驗和過載試

驗的室內型式試驗，并測試了包括轉矩、轉速、給進起拔

力、整機效率、溫升、噪聲等主要性能參數，型式試驗結

果表明各項技術指標達到了設計要求，測試數據與設計要

求比較見表 2 。

表 2

測試數據與設計要求比較表

應用情況

ZD Y 4000S 型鉆機在全國多個礦務局進行了成功推廣應

用，以下是幾例典型的應用：

1) 貴州水城礦務局木沖溝礦曾為恢復生產對采空區進

行瓦斯抽放，經過半個月的施工，在煤層砂巖頂板中采用

復合片鉆頭加穩定組合鉆具成功鉆進三個近水平深孔，孔

徑 ~153m m ，孔深分別為 198m 、318m 和 324m ，成孔方式

為二次擴孔；平均時效大于 60m ~ h 班，鉆機鉆進至 324m

時能力還很富余，回轉壓力為 15M Pa。木沖溝礦利用這三

個瓦斯抽放孔對采空區進行抽放，解決了當時瓦斯濃度居

2006 年第 2 期

煤炭工程

侯波，王志明

(安徽理工大學機械系，安徽淮南

232001)

摘

要：文章對液壓支架立柱的幾種控制系統作了分析研究，設計了一種采用插裝閥的立

柱控制系統，分析了工作原理，闡述了優越性能。該系統對設計工作有推廣和借鑒作用。

關鍵詞：液壓支架；立柱；控制系統；插裝閥

中圖分類號：T D 355 ．4

文獻標識碼：B

文章編號：1671 —0959 (2006)02—0079—02

概述

液壓支架是煤礦綜采工作面中的配套支護設備，立柱

是其主要結構件，對液壓支架的工作性能有決定性的影響。

為適應工作面頂板條件的復雜多變，其控制系統也多種多

樣，通過對常用的幾種立柱控制系統的分析研究，設計出

一

種采用插裝閥的立柱控制系統，并對其工作原理進行了

分析，對其優越性能進行了闡述。

立柱控制系統

現代液壓支架是靠立柱實現升架、降架和控制頂板的，

除常用控制方式外，還有多種特殊控制方式，以適應一些

特殊工況的需要。

2．1 帶初撐力保持閥的立柱控制系統

該種控制系統(見圖1)可防止因操作不當而使支架達不

到設計的初撐力。升架時，壓力液進入立柱下腔，同時也

經管路 6 和 5 同初撐力保持閥的 A 、B 口相連，并使其中的

、≈

高不下的問題。

液控二位二通閥的閥芯下移。直接來自供液管的壓力液經

C 口和閥 2 中二位二通閥的上位和單向閥進入立柱下腔，

不論操縱閥是否提前復位(停止供液)，均可保證立柱下腔

的壓力達到設計值。

一

蠛

1一操縱閥；2一初撐力保持閥；3、4一控制閥；

5、6一管路；7、8一立柱

圖 1

帶初撐力保持閥的立柱控制系統

2 ．2 帶壓移架的立柱控制系統

2) 山西陽泉煤業集團新景礦，配合使用高強度大直徑

螺旋鉆桿進行大直徑救援鉆孔的試驗，試驗鉆場區域為 3

煤層，平均厚度為2 ．58m ，煤層傾角為 3 ～10 ，煤層賦存

穩定。經過 12d 施工，共完成 ~ 00m m 的全煤層試驗孔 4

個。實際試鉆時間 72h (包括鉆進輔助時間)，累計進尺

115 ．6m ，最大孔深為 50 ．6m ，完成了搶險救援鉆孔的工藝

要求。

3) 河南焦煤集團演馬礦采用大直徑鉆孔瓦斯排放與抽

放相結合的防突措施，在22 采區及 25041 掘進工作面采用

ll3 ～250ra m 的塔式鉆頭和高壓風排粉的工藝，在擴大鉆

孔直徑和深度的情況下，施工了回采工作面預抽鉆孔，瓦

斯抽放效果較原來提高了一倍以上，瓦斯突出區掘進速度

由原來的 30 ～40m ／~ 提高到 90m ／~ 。

結論

ZD Y 4000S 型全液壓鉆機采用復合片鉆頭或牙輪鉆頭可

在穩定、中硬巖層中鉆進深度為 350m 、終孔直徑大于

153m m 的大直徑中深孔，為煤礦井下用大直徑鉆孔代替傾

斜高抽巷進行瓦斯抽放和大直徑工程孔施工，以及其它行

業中管道鋪設等特殊工程提供了設備保障和技術支持。

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