巨靜齋 熊躍峰

摘要：在煤礦開采工程中，履帶定向鉆機是主要的機械設(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中較為常用的型號?；诖?，文章結(jié)合定向鉆機系列化開發(fā)的依據(jù)和思路進行了介紹，同時對ZDY系列履帶定向鉆機的性能參數(shù)進行了分析。

關(guān)鍵詞：ZDY系列；履帶定向鉆機；煤礦開采；瓦斯抽采施工；煤礦井下作業(yè) 文獻標識碼：A

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

對于宏華集團等石油鉆機的設(shè)計研發(fā)公司來說，了解和掌握煤礦鉆機的設(shè)計和研發(fā)不但可以增加新技術(shù)的應(yīng)用范圍，同時也可以拓展鉆機的開發(fā)和銷售范圍，提高公司的效益和抗經(jīng)濟風險的能力。而ZDY系列履帶定向鉆機作為現(xiàn)有煤礦鉆機的發(fā)展趨勢，發(fā)揮著十分重要的作用，因此應(yīng)當對其研制和應(yīng)用加以重視，從而進一步提升煤礦開采的效率。

1 ZDY系列履帶定向鉆機的性能參數(shù)

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

2 ZDY系列履帶定向鉆機的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鉆機結(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際條件因素，履帶定向鉆機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結(jié)構(gòu)布局的過程中，有很多方面的因素會對其產(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，是否需要進行大角度臨近層穿層的操作；鉆機配套的泥漿泵，采用的是液壓驅(qū)動形式還是電機驅(qū)動形式；瓦斯閉鎖開關(guān)、啟動開關(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平臺中；鉆機掉頭和轉(zhuǎn)彎的操作當中，巷道的尺寸和寬度是否能夠符合要求；鉆機設(shè)備的下井方式等。因此，對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，因此需要針對不同的施工環(huán)境，有針對性地進行鉆機結(jié)構(gòu)布局。

ZDY系列履帶定向鉆機主要有整體式和兩體式結(jié)構(gòu)，針對不同的礦井條件，不同結(jié)構(gòu)形式的鉆機都應(yīng)當對質(zhì)量、能力、功能、尺寸等方面的要求進行滿足。在整體式結(jié)構(gòu)中，緊湊型結(jié)構(gòu)中包括防爆計算機、控制電柜、外配泥漿泵；一體型結(jié)構(gòu)包括外配防爆計算機、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)、防爆計算機、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)、防爆計算機、控制電柜、帶泥漿泵，其主要的特點是機動性強、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，其中包括了防爆計算機、控制電柜、帶泥漿泵，其主要的特點是安全性高、結(jié)構(gòu)緊湊。

2.2 鉆機液壓系統(tǒng)

在ZDY系列履帶定向鉆機的液壓系統(tǒng)中，對比例先導(dǎo)控制液壓技術(shù)、恒壓變量泵控技術(shù)、負載敏感技術(shù)等進行了應(yīng)用。其功能回路能夠適應(yīng)常規(guī)鉆進工藝、孔底馬達定向鉆進工藝等要求。鉆機結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)等也能夠匹配鉆進工況。同時，能夠滿足快速搬遷穩(wěn)固位移、遠程控制、鉆機節(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、制動保護回路、鉆機回轉(zhuǎn)鉆進系統(tǒng)、履帶行走系統(tǒng)等部分，能夠確保履帶鉆機的安全行走、制動和轉(zhuǎn)彎，為鉆具提供回轉(zhuǎn)動力，提供起拔力和給進力，同時可以在鉆進中保護主軸和鉆具，從而滿足鉆機的工作需求。

2.3 鉆機安全防護

在定向鉆孔施工中，定向鉆機裝備使用、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)當裝載安全機構(gòu)和保護回路。將液控通斷閥設(shè)置在遠控比例閥供油回路中，從而避免定向鉆進過程中的回轉(zhuǎn)手把誤操作。通過對動力頭馬達的浮動，阻斷回轉(zhuǎn)手把的作用，從而避免意外動作。在運動部件、操縱臺等重要的位置，要對警示標志和安全操作注意事項等進行設(shè)置，同時對主機端部和操縱臺設(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)測儀器等，從而提升定向鉆機的可靠性和安全性。

3 ZDY系列履帶定向鉆機的零件結(jié)構(gòu)

3.1 制動裝置

為了解決孔底馬達鉆進的反轉(zhuǎn)矩問題，采用了定向制動裝置，能夠?qū)︺@桿進行任意位置的鎖定，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行。通常情況下，鉆機注重具有4000～6000N/m的轉(zhuǎn)矩，因此可以設(shè)置1000N/m轉(zhuǎn)矩的配套制動裝置，從而對孔底馬達鉆進反扭矩加以克服。在實際應(yīng)用中，主要包括摩擦盤式定向制動裝置、斜面增力式定向制動裝置等。此外，可以通過CAE軟件對定向制動裝置的安全、性能、功能等進行計算和優(yōu)化。

3.2 穩(wěn)固裝置

ZDY系列履帶定向鉆機的穩(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，對于鉆機的鉆孔施工來說，穩(wěn)固裝置的剛度和強度，有著極大的影響，同時布置穩(wěn)固裝置的位置也會對鉆機的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生直接的影響。因而在實際施工過程中，通常將鉆機自帶的穩(wěn)固裝置與頂?shù)装屙斁o，同時利用頂在機身前端煤壁的輔助支撐、落在車體平臺死角的地錨等，對鉆機進行穩(wěn)定，從而在正常鉆進的過程中或是發(fā)生埋鉆、卡鉆等問題的時候，能夠確保鉆機的穩(wěn)固

安全。

3.3 主軸夾持裝置

在ZDY系列履帶定向鉆機中，應(yīng)用了動力頭主軸通孔式結(jié)構(gòu)，通過與夾持器、全液壓卡盤的作用，能夠進行推進和回轉(zhuǎn)的操作，其中設(shè)計的動力頭主軸通孔有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)格范圍得以擴大，對于孔內(nèi)事故，鉆機也能夠更好地進行處理。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 給進和調(diào)角裝置

鉆機的給進性能參數(shù)以及鉆機的質(zhì)量，與給進裝置的結(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)或是油缸直接推進結(jié)構(gòu)。在給進裝置中，主要包括調(diào)角裝置、前后夾頭體、拖板、機身、油缸等部分，在機身前后兩端固定機身，在機身拖板上固定缸筒。通過撐桿、衡量、調(diào)角油缸等，能夠完成鉆機的調(diào)角功能，在這一過程中，通過調(diào)角油缸的動作，能夠更加省力、可靠、迅速地完成鉆機調(diào)角，有效地降低勞動強度和輔助時間。

3.5 履帶底盤和車體平臺

ZDY系列履帶定向鉆機采用的液壓式履帶底盤，采用高強度、耐磨的鋼制履帶片作為履帶總成。車體平臺主要是對操縱臺、泵站、主機等進行安裝，所以其空間位置和強度必須滿足使用要求。在設(shè)計過程中，對于礦井的運輸條件、鉆機的整體布局等，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的履帶和主機，所以可通過給進裝置的長度，對鉆機的長度進行控制。在履帶底盤總成上，通過轉(zhuǎn)盤對車體平臺進行連接，從而實現(xiàn)大角度的旋轉(zhuǎn)，能夠有效地提升鉆進施工的效率。

4 ZDY系列履帶定向鉆機的實際應(yīng)用

目前在我國很多煤礦井下，就已經(jīng)對ZDY系列履帶定向鉆機進行了應(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)十個礦井中，都對ZDY履帶定向鉆機進行了十分廣泛的應(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ZDY6000LD履帶定向鉆機及其配套裝備、配套技術(shù)工藝等進行了應(yīng)用，在施工現(xiàn)場，進行了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產(chǎn)權(quán)的裝備和技術(shù)所取得的一個非常良好的成果。在施工過程中，在煤層頂?shù)装迳线M行了梳狀鉆孔的施工，從而對很多煤礦中存在的問題進行了有效的解決，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，都需要進行定向鉆進施工，因此需要用到定向鉆機。在該領(lǐng)域中，ZDY系列履帶定向鉆機是一種應(yīng)用較為廣泛的機械設(shè)備，在實際應(yīng)用中，能夠有效地提高施工效率和施工效果。因此，結(jié)合淺層石油鉆機現(xiàn)有的技術(shù)及煤炭企業(yè)實際需求，對ZDY系列履帶定向鉆機的研制進行分析，從而實現(xiàn)其更為良好的應(yīng)用。

參考文獻

[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量定向鉆進技術(shù)與裝備[J].煤炭科學技術(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)品研究所機械工程師，研究方向：石油鉆井機械。

（責任編輯：秦遜玉）