巨靜齋 熊躍峰

摘要：在煤礦開采工程中，履帶定向鉆機(jī)是主要的機(jī)械設(shè)備，發(fā)揮著十分重要的作用，其中ZDY系列是履帶定向鉆機(jī)中較為常用的型號(hào)?；诖?，文章結(jié)合定向鉆機(jī)系列化開發(fā)的依據(jù)和思路進(jìn)行了介紹，同時(shí)對(duì)ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的性能參數(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：ZDY系列；履帶定向鉆機(jī)；煤礦開采；瓦斯抽采施工；煤礦井下作業(yè) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD41 文章編號(hào)：1009-2374（2016）17-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.17.066

對(duì)于宏華集團(tuán)等石油鉆機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)公司來說，了解和掌握煤礦鉆機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)不但可以增加新技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時(shí)也可以拓展鉆機(jī)的開發(fā)和銷售范圍，提高公司的效益和抗經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)的能力。而ZDY系列履帶定向鉆機(jī)作為現(xiàn)有煤礦鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，發(fā)揮著十分重要的作用，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)其研制和應(yīng)用加以重視，從而進(jìn)一步提升煤礦開采的效率。

1 ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的性能參數(shù)

在煤礦井下的瓦斯抽采施工中，定向鉆機(jī)具有很大的優(yōu)勢(shì)，布孔采用了梳狀空、羽狀孔、集束多分支孔等方式，對(duì)過去的鉆孔施工方式進(jìn)行替代，不但能夠提升瓦斯抽采的效率，還能夠降低工作的勞動(dòng)強(qiáng)度。在研究ZDY系列履帶定向鉆機(jī)性能參數(shù)的過程中，選取具有代表性的煤礦巷道條件，從而對(duì)鉆機(jī)的產(chǎn)品配套、整機(jī)外形尺寸、整體結(jié)構(gòu)布局等進(jìn)行研究。在鉆機(jī)的關(guān)鍵部位，通過系列化和模塊化設(shè)計(jì)，采用高質(zhì)量的液壓元器件，能夠在300～1000m的深度進(jìn)行定向鉆孔，具有150～250kN的起拔能力，功率約為55～90kW。對(duì)于不同的施工工藝、巷道條件來說，都能夠加以滿足，更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆進(jìn)、孔底馬達(dá)動(dòng)力鉆進(jìn)、孔口回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)等施工任務(wù)。

2 ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局

結(jié)合不同的抽放鉆孔布置方式以及煤礦巷道的實(shí)際條件因素，履帶定向鉆機(jī)可以有很多種不同形式的結(jié)構(gòu)布局。而在影響和決定鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局的過程中，有很多方面的因素會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響，例如在鉆孔過程中，安全性和視野性是否良好；在鉆孔施工中，是否需要進(jìn)行大角度臨近層穿層的操作；鉆機(jī)配套的泥漿泵，采用的是液壓驅(qū)動(dòng)形式還是電機(jī)驅(qū)動(dòng)形式；瓦斯閉鎖開關(guān)、啟動(dòng)開關(guān)電柜等附屬設(shè)備是否配備；是否將泥漿泵配套安裝在鉆機(jī)平臺(tái)中；鉆機(jī)掉頭和轉(zhuǎn)彎的操作當(dāng)中，巷道的尺寸和寬度是否能夠符合要求；鉆機(jī)設(shè)備的下井方式等。因此，對(duì)于不同要求的用戶來說，無法通過一種裝備滿足所有的要求，因此需要針對(duì)不同的施工環(huán)境，有針對(duì)性地進(jìn)行鉆機(jī)結(jié)構(gòu)布局。

ZDY系列履帶定向鉆機(jī)主要有整體式和兩體式結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同的礦井條件，不同結(jié)構(gòu)形式的鉆機(jī)都應(yīng)當(dāng)對(duì)質(zhì)量、能力、功能、尺寸等方面的要求進(jìn)行滿足。在整體式結(jié)構(gòu)中，緊湊型結(jié)構(gòu)中包括防爆計(jì)算機(jī)、控制電柜、外配泥漿泵；一體型結(jié)構(gòu)包括外配防爆計(jì)算機(jī)、控制電柜、泥漿泵；多功能型結(jié)構(gòu)包括瓦斯閉鎖裝置、急停開關(guān)、防爆計(jì)算機(jī)、控制電柜、帶泥漿泵。在兩體式結(jié)構(gòu)中，一種是履帶泵車和履帶鉆車結(jié)合的形式，其中包括了瓦斯閉鎖裝置、急停開關(guān)、防爆計(jì)算機(jī)、控制電柜、帶泥漿泵，其主要的特點(diǎn)是機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、安全性高、結(jié)構(gòu)緊湊；另一種則是膠輪泵車和履帶鉆車結(jié)合的形式，其中包括了防爆計(jì)算機(jī)、控制電柜、帶泥漿泵，其主要的特點(diǎn)是安全性高、結(jié)構(gòu)緊湊。

2.2 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)

在ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)中，對(duì)比例先導(dǎo)控制液壓技術(shù)、恒壓變量泵控技術(shù)、負(fù)載敏感技術(shù)等進(jìn)行了應(yīng)用。其功能回路能夠適應(yīng)常規(guī)鉆進(jìn)工藝、孔底馬達(dá)定向鉆進(jìn)工藝等要求。鉆機(jī)結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等也能夠匹配鉆進(jìn)工況。同時(shí)，能夠滿足快速搬遷穩(wěn)固位移、遠(yuǎn)程控制、鉆機(jī)節(jié)能等要求，操控性和可靠性十分良好。在液壓系統(tǒng)中，主要包括輔助功能回路、制動(dòng)保護(hù)回路、鉆機(jī)回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)系統(tǒng)、履帶行走系統(tǒng)等部分，能夠確保履帶鉆機(jī)的安全行走、制動(dòng)和轉(zhuǎn)彎，為鉆具提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，提供起拔力和給進(jìn)力，同時(shí)可以在鉆進(jìn)中保護(hù)主軸和鉆具，從而滿足鉆機(jī)的工作需求。

2.3 鉆機(jī)安全防護(hù)

在定向鉆孔施工中，定向鉆機(jī)裝備使用、成套技術(shù)的可靠性和安全性十分關(guān)鍵，因此，在成套裝備中，應(yīng)當(dāng)裝載安全機(jī)構(gòu)和保護(hù)回路。將液控通斷閥設(shè)置在遠(yuǎn)控比例閥供油回路中，從而避免定向鉆進(jìn)過程中的回轉(zhuǎn)手把誤操作。通過對(duì)動(dòng)力頭馬達(dá)的浮動(dòng)，阻斷回轉(zhuǎn)手把的作用，從而避免意外動(dòng)作。在運(yùn)動(dòng)部件、操縱臺(tái)等重要的位置，要對(duì)警示標(biāo)志和安全操作注意事項(xiàng)等進(jìn)行設(shè)置，同時(shí)對(duì)主機(jī)端部和操縱臺(tái)設(shè)置急停開關(guān)按鈕。此外，還應(yīng)在配套泥漿泵車上設(shè)置瓦斯閉鎖開關(guān)、瓦斯監(jiān)測(cè)儀器等，從而提升定向鉆機(jī)的可靠性和安全性。

3 ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的零件結(jié)構(gòu)

3.1 制動(dòng)裝置

為了解決孔底馬達(dá)鉆進(jìn)的反轉(zhuǎn)矩問題，采用了定向制動(dòng)裝置，能夠?qū)︺@桿進(jìn)行任意位置的鎖定，迅速加緊、徹底松開，從而確保鉆孔的良好精度以及施工的順利進(jìn)行。通常情況下，鉆機(jī)注重具有4000～6000N/m的轉(zhuǎn)矩，因此可以設(shè)置1000N/m轉(zhuǎn)矩的配套制動(dòng)裝置，從而對(duì)孔底馬達(dá)鉆進(jìn)反扭矩加以克服。在實(shí)際應(yīng)用中，主要包括摩擦盤式定向制動(dòng)裝置、斜面增力式定向制動(dòng)裝置等。此外，可以通過CAE軟件對(duì)定向制動(dòng)裝置的安全、性能、功能等進(jìn)行計(jì)算和優(yōu)化。

3.2 穩(wěn)固裝置

ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的穩(wěn)固裝置主要包括伸縮桿、下接地裝置、上接地裝置、穩(wěn)固油缸等部分，對(duì)于鉆機(jī)的鉆孔施工來說，穩(wěn)固裝置的剛度和強(qiáng)度，有著極大的影響，同時(shí)布置穩(wěn)固裝置的位置也會(huì)對(duì)鉆機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響。因而在實(shí)際施工過程中，通常將鉆機(jī)自帶的穩(wěn)固裝置與頂?shù)装屙斁o，同時(shí)利用頂在機(jī)身前端煤壁的輔助支撐、落在車體平臺(tái)死角的地錨等，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定，從而在正常鉆進(jìn)的過程中或是發(fā)生埋鉆、卡鉆等問題的時(shí)候，能夠確保鉆機(jī)的穩(wěn)固

安全。

3.3 主軸夾持裝置

在ZDY系列履帶定向鉆機(jī)中，應(yīng)用了動(dòng)力頭主軸通孔式結(jié)構(gòu)，通過與夾持器、全液壓卡盤的作用，能夠進(jìn)行推進(jìn)和回轉(zhuǎn)的操作，其中設(shè)計(jì)的動(dòng)力頭主軸通孔有78～110mm的直徑，能夠應(yīng)用73～102mm直徑的打撈鉆具、中心通纜鉆桿、常規(guī)鉆桿等，利用相應(yīng)規(guī)格的卡瓦，在不同工況下，能夠滿足鉆具的夾緊要求，從而使鉆具的使用規(guī)格范圍得以擴(kuò)大，對(duì)于孔內(nèi)事故，鉆機(jī)也能夠更好地進(jìn)行處理。常開式液壓卡盤采用的是彈簧松開、油壓夾緊的膠筒式結(jié)構(gòu)。

3.4 給進(jìn)和調(diào)角裝置

鉆機(jī)的給進(jìn)性能參數(shù)以及鉆機(jī)的質(zhì)量，與給進(jìn)裝置的結(jié)構(gòu)形式有著十分密切的聯(lián)系，通常采用的是油缸加鏈條倍速結(jié)構(gòu)或是油缸直接推進(jìn)結(jié)構(gòu)。在給進(jìn)裝置中，主要包括調(diào)角裝置、前后夾頭體、拖板、機(jī)身、油缸等部分，在機(jī)身前后兩端固定機(jī)身，在機(jī)身拖板上固定缸筒。通過撐桿、衡量、調(diào)角油缸等，能夠完成鉆機(jī)的調(diào)角功能，在這一過程中，通過調(diào)角油缸的動(dòng)作，能夠更加省力、可靠、迅速地完成鉆機(jī)調(diào)角，有效地降低勞動(dòng)強(qiáng)度和輔助時(shí)間。

3.5 履帶底盤和車體平臺(tái)

ZDY系列履帶定向鉆機(jī)采用的液壓式履帶底盤，采用高強(qiáng)度、耐磨的鋼制履帶片作為履帶總成。車體平臺(tái)主要是對(duì)操縱臺(tái)、泵站、主機(jī)等進(jìn)行安裝，所以其空間位置和強(qiáng)度必須滿足使用要求。在設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于礦井的運(yùn)輸條件、鉆機(jī)的整體布局等，都要加以考慮，在滿足這些要求的基礎(chǔ)上，盡量縮小鉆機(jī)的尺寸，從而能夠適應(yīng)更多不同的巷道條件。通常是平行布置定向鉆機(jī)的履帶和主機(jī)，所以可通過給進(jìn)裝置的長度，對(duì)鉆機(jī)的長度進(jìn)行控制。在履帶底盤總成上，通過轉(zhuǎn)盤對(duì)車體平臺(tái)進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)大角度的旋轉(zhuǎn)，能夠有效地提升鉆進(jìn)施工的效率。

4 ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

目前在我國很多煤礦井下，就已經(jīng)對(duì)ZDY系列履帶定向鉆機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，例如在神華烏海能源公司平溝煤礦、神華神東保德煤礦、神華寧煤汝箕溝煤礦等數(shù)十個(gè)礦井中，都對(duì)ZDY履帶定向鉆機(jī)進(jìn)行了十分廣泛的應(yīng)用，并且取得了十分良好的應(yīng)用效果。在陜西彬長大佛寺煤礦中，對(duì)ZDY6000LD履帶定向鉆機(jī)及其配套裝備、配套技術(shù)工藝等進(jìn)行了應(yīng)用，在施工現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行了1212m深度的定向長鉆孔施工。在施工中，定向長鉆孔的水平偏差控制在孔深的0.5%以內(nèi)，垂直偏差也控制在了孔深的0.1%以內(nèi)。在煤礦井下定向鉆孔施工領(lǐng)域中，這是利用我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的裝備和技術(shù)所取得的一個(gè)非常良好的成果。在施工過程中，在煤層頂?shù)装迳线M(jìn)行了梳狀鉆孔的施工，從而對(duì)很多煤礦中存在的問題進(jìn)行了有效的解決，例如煤層中不宜鉆孔抽放瓦斯、容易發(fā)生塌孔抱鉆、瓦斯壓力過大、煤層較軟等問題，從而有效地確保定向鉆孔施工的效率和質(zhì)量。

5 結(jié)語

在煤礦開采等很多工程中，都需要進(jìn)行定向鉆進(jìn)施工，因此需要用到定向鉆機(jī)。在該領(lǐng)域中，ZDY系列履帶定向鉆機(jī)是一種應(yīng)用較為廣泛的機(jī)械設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中，能夠有效地提高施工效率和施工效果。因此，結(jié)合淺層石油鉆機(jī)現(xiàn)有的技術(shù)及煤炭企業(yè)實(shí)際需求，對(duì)ZDY系列履帶定向鉆機(jī)的研制進(jìn)行分析，從而實(shí)現(xiàn)其更為良好的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 石智軍，董書寧，姚寧平，李泉新，田東莊，姚克.煤礦井下近水平隨鉆測(cè)量定向鉆進(jìn)技術(shù)與裝備[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，（3）.

作者簡介：巨靜齋（1979-），男（回族），青海西寧人，四川宏華石油設(shè)備有限公司產(chǎn)品研究所機(jī)械工程師，研究方向：石油鉆井機(jī)械。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）