反井鉆機結構、特點(diǎn)及工作原理
 

一、反井鉆機的結構和性能特點(diǎn)

如圖1，RBM—200型反井鉆機主要由鉆機車(chē)1、泵車(chē)2、操作車(chē)3和鉆具4(包括鉆桿，鉆頭)以及輔助工具等組成。

1. 鉆機車(chē)      2. 操作車(chē)     3. 泵車(chē)     4. 鉆具
圖1  RBM—200型反井鉆機 1． 鉆機車(chē)
鉆機車(chē)（如圖2）是鉆機的主機，它由鉆架9、動(dòng)力水龍頭7、主液壓缸5、上（下）支撐6（10）、輔助卸扣裝置16和輸送鉆桿的機械手13等組成。
5. 主推力缸   6. 上支撐    7. 動(dòng)力水龍頭    8. 滑軌    9. 鉆架    10. 下支撐 
11. 鉆機平車(chē)   12. 轉盤(pán)吊    13. 機械手   14. 后拉桿   15. 前拉桿   16. 輔助卸扣裝置

(1)鉆架
采用兩個(gè)槽形架作立柱，上下用蓋板通過(guò)高強螺栓連成框形機架。架內兩側有導向軌供動(dòng)力水龍頭滑動(dòng)用，底盤(pán)可固定鉆桿，還可同扶正套相配。
(2)動(dòng)力水龍頭
它是鉆機的核心部件，包括液壓馬達、齒輪箱和軌襯。動(dòng)力水龍頭機頭部位既承受拉力又傳遞扭矩。 
(3)主液壓油缸
采用雙作用主液壓油缸。工作時(shí)缸筒運動(dòng)?；钊麠U不動(dòng) 為避免高壓油管經(jīng)常運動(dòng)造成磨損，進(jìn)油口不設在缸筒上，而由活塞桿中心供油。
(4)上、下支撐
上支撐由兩個(gè)液壓油缸和加長(cháng)桿組成，用以頂住巷道頂板。下支撐根據地面、并在不同使用條件設計了不同結構，前者用固定式下支承板結構，可與基礎直接用地腳螺拴連接，并在使用時(shí)采用液壓油缸支承螺桿承壓。上下支撐分別安裝在鉆架兩側，上下支撐實(shí)際上是兩個(gè)的液壓千斤頂，它們都是用螺栓和銷(xiāo)軸與鉆架相接，他們的作用是調平找正鉆架、防止鉆架松動(dòng)和克服來(lái)自鉆頭的反扭矩和反作用。
(5)輔助卸扣裝置（卡盤(pán)）
鉆機拆卸鉆桿靠動(dòng)力水龍頭的反扭矩，為滿(mǎn)足拆卸鉆桿的需要，本機設計一個(gè)輔助卸扣裝置。它是一個(gè)油缸，導向滑道和棘爪組成。該裝置的扭矩大于液壓馬達的扭矩，將鉆桿抱死， 使用時(shí)液壓馬達和卸扣裝置共同起作用。
(6)轉盤(pán)吊及機械手
轉盤(pán)吊是由液壓油缸控制起升和下放的小型起重設備，可在360度范圍內吊運鉆桿。機械手將由轉盤(pán)吊送來(lái)的鉆桿送至鉆架中間，它由鉆桿抱卡、翻轉板及液壓油缸組成。
其中鉆架是鉆機的一個(gè)重要部件，它不僅支撐動(dòng)力水龍頭，承受數十噸的拉力，還要承受來(lái)自鉆頭的反扭矩，要求它具有足夠的強度和剛度，一般情況下不允許自行拆卸鉆架。
動(dòng)力水龍頭、滑軌和主推力缸用焊接的方式結合在一起，主推力缸放在滑軌的導向筒里，上端用螺母鎖緊，這樣三大部件便成為一個(gè)整體，主推力缸的活塞頭與鉆架底座鉸接，當主推力缸伸縮時(shí)便帶動(dòng)動(dòng)力水龍頭升降，從而產(chǎn)生鉆進(jìn)所需的拉力和推力。動(dòng)力水龍頭是鉆機的核心部分，它是動(dòng)作的執行機構，液壓馬達將回轉運動(dòng)通過(guò)兩級齒輪傳動(dòng)傳遞給中心管和機頭，機頭由棘輪套、活動(dòng)套和承載接頭等構成。動(dòng)力水龍頭止端有洗井液接頭，與洗井液高壓軟管連接，旋轉與固定部分的密封采用石棉盤(pán)根。
 
2． 泵車(chē)
泵車(chē)由油箱、主液壓泵、輔液壓泵、驅動(dòng)電機、冷卻器、吸回油過(guò)濾器和平車(chē)等組成，它將電能轉化為液壓能(即壓力油)，不斷的提供給操作臺及各執行機構，完成鉆進(jìn)工作，其外形尺寸為
 
3．操作車(chē)
操作車(chē)由操作臺、座椅和平車(chē)組成，操作臺為一框架結構，里面安裝了許多控制閥和壓力表，除轉盤(pán)吊在鉆機車(chē)上外，其他所有機構的動(dòng)作均在此操作臺上控制，其外形尺寸為。在該車(chē)上裝有操作臺和液壓系統的全部控制元件。
(1)回轉系統
該系統由主液壓泵提供壓力油，通過(guò)一組多路換向閥分配給液壓馬達，由換向閥控制馬達正、反轉。
(2)給進(jìn)系統
該系統由輔助液壓泵供壓力油，通過(guò)另一組多路換向閥將壓力油分配給主液壓油缸。利用背壓閥調節鉆壓(或擴孔時(shí)的拉力)以保證恒壓鉆進(jìn)。
(3)動(dòng)力水龍頭快速升降系統
利用主液壓泵的大流量，通過(guò)控制液壓馬達的多路換向閥將壓力油分配給主液壓油缸實(shí)現快速提升和下放鉆具。
(4)輔助系統
包括轉盤(pán)吊液壓油缸，卸扣液壓缸、機械手液壓缸及上下支撐用的液壓缸的控制回路。
(5)濾油裝置和油冷卻裝置
在油箱的回油口與吸油口之間、在主液壓泵與輔助液壓泵的吸油口上分別裝有濾油器。另外，在主液壓泵的吸油口還裝有高壓濾油器。在冷卻器進(jìn)油口設有低壓濾油器。
 
4． 鉆具
鉆具包括普通鉆桿、開(kāi)孔鉆桿、穩定鉆桿、導孔鉆頭和擴孔鉆頭。 普通鉆桿有效長(cháng)度lm，外徑182mm，材質(zhì)為36CrMoA優(yōu)質(zhì)臺金結構鋼。開(kāi)孔鉆桿的外徑加工精度和同心度要求比普通鉆桿高， 以保證開(kāi)孔時(shí)鉆孔的垂直度。穩定鉆桿的外徑略小于導孔鉆頭直徑，其作用是保證導孔鉆進(jìn)的垂直度。
本機具有下列特點(diǎn)：
（1）鉆機能力大，鉆井工藝簡(jiǎn)單，能滿(mǎn)足煤礦等不同地質(zhì)條件以及多種孔徑的施工要求。
（2）采用全液壓驅動(dòng)，結構緊湊，重量輕，功率省。
（3） 安裝運輸簡(jiǎn)單省力，迅速安全，主機的豎立、放躺以及調整不需要輔助設備。
（4）主機液壓系統簡(jiǎn)單可靠，操作容易，大部分液壓元件以及密封元件與井下綜采設備液壓元件通用，便于維修更換。
（5）鉆桿絲扣采用API國際通用標準，可靠安全，互換性好，壽命長(cháng)，鉆機還配有多種特制的開(kāi)孔鉆桿和穩定鉆桿，能有效的防止井孔偏斜。
（6）鉆機工序實(shí)現了機械化作業(yè)，操作簡(jiǎn)單安全，輔助時(shí)間短，改善了勞動(dòng)條件，減輕了勞動(dòng)強度。
（7）鉆機適用性強，可在較復雜地媒系巖層，如膨脹性巖層，斷層以及涌水量大的地址條件下施工。
（8） 鉆機時(shí)防爆型的，使用于各種瓦斯礦，擴孔有噴水裝置，可以降塵及冷卻刀具。

二、反井鉆機工作原理

反井鉆機采用由上向下鉆導孔,由下向上擴孔,需要上下水平都形成生產(chǎn)系統,其中上水平主要是主機和導孔洗井液循環(huán)系統、冷卻系統等。下水平主要是出渣系統,包括裝巖機和運輸設備。鉆具部分包括鉆桿、鉆頭和破巖滾刀。RBM-200型反井鉆機,其工作原理為,液壓馬達驅動(dòng)動(dòng)力水龍頭,將扭矩傳遞給鉆具系統,帶動(dòng)鉆具旋轉,破巖采用鑲齒盤(pán)形滾刀,滾刀在鉆壓的作用下沿井底滾動(dòng),從而對巖石產(chǎn)生沖擊,擠壓和剪切作用,使其破碎。導孔時(shí)巖屑沿鉆桿與孔壁間的環(huán)行空間由洗井液提升到上水平,擴孔時(shí)巖屑靠自重落到下水平。
改造后的新液壓系統為雙回路結構，左側為動(dòng)力頭旋轉回路和主推力缸快速運動(dòng)回路，右側為輔助系統供油回路和動(dòng)力頭工進(jìn)供油回路。 
動(dòng)力頭在導孔和擴孔時(shí)由變量泵2供油，電磁換向閥17用來(lái)控制液壓馬達的正轉或反轉。電液比例流量閥16是液壓馬達調速閥，它通過(guò)控制液壓馬達的供油量對液壓馬達進(jìn)行調速。主推力缸有兩路供油回路，在工進(jìn)時(shí)由輔泵4供油，溢流閥12控制供油壓力。輔助系統供油回路上的電磁換向閥19控制主推力缸的運動(dòng)方向，液壓鎖21用來(lái)對液壓缸進(jìn)行固定，使其停留在一個(gè)工作位置。單向順序閥22使主推力缸保持一定的背壓，防止工進(jìn)結束時(shí)發(fā)生前沖；主推力缸還可由主泵供油，滿(mǎn)足裝卸鉆桿時(shí)快速升降的要求，主泵供油回路上的電磁換向閥19控制供油方向。液壓馬達和主推力缸的主泵供油回路上都設置了電液比例流量閥，用來(lái)對油路上的壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以確保反井鉆機正常運轉。其他輔助油缸都由輔泵供油。

三、反井鉆機的基本操作

1、接鉆桿
（1）導孔鉆進(jìn)時(shí)每鉆完一根鉆桿上提鉆具200毫米，沖洗井底2～5分鐘，然后停轉，將下卡瓦卡住鉆桿下方扁?？刂瓢粹o使動(dòng)力頭慢轉以使下卡瓦外齒對正卡座內齒，然后停止轉動(dòng)?？刂瓢粹o下放動(dòng)力頭，將下卡瓦進(jìn)入卡座。
（2）控制按鈕使輔助卸扣裝置的棘爪扣住并推動(dòng)棘輪，一旦松動(dòng)則收回輔助卸扣裝置。
（3）控制按鈕進(jìn)行卸扣，同時(shí)控制按鈕向上慢慢提起動(dòng)力水龍頭使動(dòng)力頭活動(dòng)套指標桿處于中間位置，卸開(kāi)后將動(dòng)力頭上升至最高位置。
（4）在鉆桿公扣上均勻涂抹絲扣油。
（5）操作轉盤(pán)吊控制閥，將鉆桿車(chē)上的鉆桿吊放到機械手上?？刂瓢粹o把鉆桿送入鉆機中心。
（6）控制按鈕下放動(dòng)力頭，使活動(dòng)套指示桿處于最上位置?？刂瓢粹o正轉動(dòng)力頭，待上端絲扣接好后立即停轉，上升動(dòng)力頭，使指示桿處于最低位置。松開(kāi)機械手并返回原位，然后接下端絲扣。最后上升動(dòng)力頭，取出卡瓦，使可能轉入鉆進(jìn)。
2、卸鉆桿
（1）擴孔鉆進(jìn)一根鉆桿后，動(dòng)力頭停轉。用下卡瓦卡住下一根鉆桿的下方扁，下放動(dòng)力學(xué)水龍頭，將下卡瓦進(jìn)入卡座。
（2）操作輔助卸扣裝置和馬達反轉松扣，使鉆桿上端絲扣松動(dòng)。
（3）上升動(dòng)力水龍頭使活動(dòng)套指示桿處于最低位置，用上卡瓦卡住鉆桿上方扁，下放動(dòng)力頭使上卡瓦進(jìn)入動(dòng)力頭內齒圈，反轉馬達，并慢慢上升動(dòng)力頭，使上卡瓦始終在內齒圈里直到下端絲扣卸開(kāi)。
（4）上升動(dòng)力水龍頭，卸下上卡瓦，操作機械手，抱住鉆桿，馬達反轉，卸下上端絲扣。
（5）將動(dòng)力水龍頭上升至最高位置，收回機械手并用轉盤(pán)吊將鉆桿吊放到鉆桿車(chē)上。
（6）在鉆桿公扣上均勻涂抹絲扣油?！咀ⅲ涸趫绦胁襟E2時(shí)，若首先使下端絲扣松動(dòng)，則應先將絲扣重新擰緊，取出下卡瓦，下放動(dòng)力頭，用下卡瓦卡住所卸鉆桿的下方扁，并使之進(jìn)入卡座。用步驟2使絲扣松動(dòng)（注意松開(kāi)不能超過(guò)1/2轉），提起動(dòng)力頭，將下卡瓦重新卡住下一根鉆桿的下方扁，并放入卡座，執行步驟3，4，5?！?br /> （7）下放動(dòng)力頭，使活動(dòng)套指示桿處于最高位置，馬達正轉接扣，上緊絲扣后，提升動(dòng)力頭，取出下卡瓦，進(jìn)行擴孔鉆進(jìn)。
3、開(kāi)孔鉆進(jìn)
（1）調整動(dòng)力水龍頭出軸轉速為額定值。
（2）將動(dòng)力水龍頭升至最高位置，把事先與異型鉆桿相連接的導孔鉆頭移入鉆架底孔并用下卡瓦卡住異型鉆桿的下方扁，設法將卡瓦放入卡座。
（3）鉆桿放入機械手，卡住鉆桿，操作機械手，將開(kāi)孔鉆桿送入鉆架。
（4）接開(kāi)孔鉆桿，收回機械手。
（5）上升動(dòng)力水龍頭，取出下卡瓦，將扶正器裝在開(kāi)孔鉆桿上，下放動(dòng)力水龍頭，使之進(jìn)入卡座。
（6）開(kāi)泵供洗井液和冷卻器用水。
（7）控制按鈕，使動(dòng)力水龍頭正轉，同時(shí)控制按鈕，使動(dòng)力水龍頭向下推進(jìn)，同時(shí)調節閥<11>、閥<12>使之為所需鉆壓，開(kāi)始開(kāi)孔鉆進(jìn)。
（8）開(kāi)孔一般為5～8米，開(kāi)孔結束后，拆去扶正器，換下開(kāi)孔鉆桿，接上正常鉆進(jìn)時(shí)的鉆具組合，進(jìn)入正常的導孔鉆進(jìn)。
4、導孔鉆進(jìn)
（1）一般情況下，導孔鉆進(jìn)轉速應高于開(kāi)孔鉆進(jìn)轉速，所以應調節動(dòng)力水龍頭出軸轉速，可以用Ⅱ檔或Ⅲ檔。
（2）鉆壓控制。一般情況下，對于松軟地層和過(guò)渡地層應采用低鉆壓，對于硬巖和穩定地層宜采用高鉆壓。
（3）在鉆透下水平左右，應逐漸降低鉆壓。
5、Φ1.4米擴孔鉆進(jìn)
（1）導孔鉆透后,在下巷道用卸扣器將導孔鉆頭和異型鉆桿卸下,接上米擴孔鉆頭。
（2）調節動(dòng)力水龍頭出軸轉速為預定值,可用Ⅱ檔或Ⅰ檔。
（3）拆去沖洗液軟管，用一個(gè)三通將冷卻水泵的水分出一部分供擴孔鉆頭以冷卻鉆頭、消塵。
（4）在擴孔鉆頭全部進(jìn)入鉆孔時(shí)，為防止鉆頭劇烈晃動(dòng)而損壞刀刀具，應就使用低鉆壓、低轉速，待鉆頭全部進(jìn)入后方可加壓鉆進(jìn)。
（5）擴孔鉆壓的大小是根據地層的具體情況而定的。從刀具的使用壽命來(lái)看，一般不宜超過(guò)300千牛頓，即30噸。
6、Φ2.0米擴孔鉆進(jìn)
（1）1.4米擴到上水平后,將鉆頭中心與鉆桿連接絲扣卸松,并再輕微緊上,然后將鉆頭下放到下水平,拆下1.4米擴孔鉆頭,換上2.0米擴孔鉆頭。
（2）調節動(dòng)力水龍頭出軸轉速為Ⅰ檔（即最低速）。
（3）同1.4米擴孔一樣，用小鉆壓開(kāi)孔，待鉆頭整個(gè)進(jìn)入空內后，方可加壓鉆進(jìn)。鉆壓一般不宜超過(guò)300千牛頓，即30噸。
（4）鉆進(jìn)到穩定器露出停鉆，將鉆頭卡在井口位置，鉆機拆離井口，采用放小炮松動(dòng)巖石，用人工方法去掉上部巖石，露出擴孔鉆頭，以便將鉆頭提出井孔。

四、本反井鉆機研究的特點(diǎn)

本反井鉆機在分析研究國外反井鉆機基礎上，結合我國的實(shí)際，在國產(chǎn)反井鉆機基礎上，作了以下改進(jìn)：
1、 采用電液比例流量閥、電磁換向閥等對液壓控制系統進(jìn)行了改進(jìn)，操作靈活、方便；
2、 對擴孔鉆頭巖石切削工作原理進(jìn)行了深入研究，對擴孔鉆頭結構作了改進(jìn)，使滾刀布局更加科學(xué)、高效；
3、 研究了反井鉆機鉆壓、鉆進(jìn)速度與圍巖類(lèi)型、液壓系統流量等參數之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系；開(kāi)發(fā)了一個(gè)反井鉆機參數選擇計算機輔助決策支持原型系統；
4、 對擴孔鉆頭滾刀滾齒材料作了試驗研究，在硬度相近的情況下，采用碳化鎢鐵鋁合金成本將減少約1/3。

反井鉆機結構、特點(diǎn)及工作原理