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ZDY4000S型全液壓鉆機的設計與應用
來(lái)源：www.yiyundesign.com 作者：admin 日期：2014-03-13 01:34:32 熱度：807 ℃
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(xué)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(guò)程 ，簡(jiǎn)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(jīng)多家用戶(hù)使用后反應非常好，被
證明是一種性能可靠、鉆進(jìn)效率高、應用廣泛的設備，一定會(huì )促進(jìn)煤礦瓦斯預抽技術(shù)水平的提
高，為煤礦安全生產(chǎn)提供 必要保障。
關(guān)鍵詞：全液壓鉆機 ；大直徑鉆孔 ；瓦斯抽放
中圖分類(lèi)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(zhù) “監測監控，先抽后采，以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字方
針的貫徹落實(shí)，煤礦企業(yè)正在努力提高瓦斯抽放技術(shù)水平 ，
應用多樣化的抽放方式解決瓦斯抽放問(wèn)題，而且許多煤礦
有鉆進(jìn)大直徑中深孔進(jìn)行瓦斯抽放的地層條件。經(jīng)市場(chǎng)調
研發(fā)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(shí)提供適用的設備，并且使其具有應用的廣泛性和較高
的性?xún)r(jià)比，我們研制了新型 ZD Y 4000s 型全液壓鉆機，同
時(shí)對 M K 系列鉆機進(jìn)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(guò)
了由國家安全監督管理局組織召開(kāi)的鑒定，成果達到了國
際先進(jìn)水平 。
鉆機的性能參數的同時(shí)將鉆機的安裝穩固作為重點(diǎn)設計。
2) 采用優(yōu)化的雙泵系統，實(shí)現分流、合流以及多種液
壓聯(lián)動(dòng)操縱控制，以滿(mǎn)足不同鉆進(jìn)工況的要求。
3) 針對 地層 、鉆 孔和工藝 的特 點(diǎn) ，設計 的鉆 機無(wú)級調
速范圍更大，轉矩大、轉速高、給進(jìn)起拔力大 ，處理孔內
事故能力強。鉆機的主要技術(shù)性能參數見(jiàn)表 1。
表 I
鉆機的主要技術(shù)性 能參 數
1 總體方案設計
2
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(shù)經(jīng) 驗 ，有針 對性 地應 用優(yōu)化 設計方 法
進(jìn)行鉆機設計，使鉆機具有與復合片鉆進(jìn)工藝、螺旋鉆進(jìn)
工藝和牙輪鉆頭鉆進(jìn)工藝相適應 的結構和技術(shù)性能參數 ，
提高了性?xún)r(jià)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(yōu)化
2 ．1
主機
主機主要 由動(dòng)力頭 、給進(jìn) 裝置 、機架 等 部件構 成 。鉆
機主機見(jiàn) 圖 1。
1) 動(dòng)力頭。動(dòng)力頭是鉆機的核心部件，具有較強的獨
立性和解體性，可滿(mǎn)足煤礦井下特殊環(huán)境施工要求。動(dòng)力
頭設計時(shí)傳動(dòng)箱采用了空 間三軸式結構 ，結構緊湊實(shí)用，
收稿 日期 ：2005 —05 —31
作者簡(jiǎn)介：姚
克(1973 一)，男，寧夏中寧人，工程師，現在煤炭科學(xué)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(jìn)方法和長(cháng)螺旋鉆進(jìn)
的工藝參數要求的需要 ，設計的動(dòng)力頭的輸出轉矩和轉速
調節范 圍寬 ，工藝適應性 強。
2) 給進(jìn)裝置。給進(jìn)裝置結構設計中采用一個(gè)雙桿雙作
用油缸帶動(dòng)拖板上的動(dòng)力頭實(shí)現前后往復運動(dòng)，避免 了單
作用油缸由于有桿腔和無(wú)桿腔兩端面積差引起的液壓 回路
局部超壓 ，結構簡(jiǎn)單實(shí)用。無(wú)論是鉆進(jìn)大直徑中深孔還是
近水平長(cháng)螺旋鉆孔，鉆機均具備可靠加壓和處理發(fā)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(dòng)化的重要組成部
分。利用鉆機的液壓聯(lián)動(dòng)功能進(jìn)行機械化擰卸鉆桿，可以
縮短輔助時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率，減輕工人勞動(dòng)強度。
夾持器結構為浮動(dòng)——復合常閉式結構，簡(jiǎn)單實(shí)用，
靈活可靠，并且可以實(shí)現翻轉讓開(kāi)孔 口，以便粗徑鉆具通
過(guò)。夾持器左右浮動(dòng)的結構可以減少鉆孔跑偏后卡瓦和鉆
桿之間的相互過(guò)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(shí)際使用中是一
個(gè)重點(diǎn)也是一個(gè)難點(diǎn)，鉆機的固定要求快捷、可靠、省力 ，
防止鉆進(jìn)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(jìn) ，嚴重時(shí)會(huì )導致無(wú)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(cháng)桿的
方法簡(jiǎn)單實(shí)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(jìn)行固定、扶正，現場(chǎng)根據條件和需
要可選擇性 的安裝三個(gè)或 四個(gè) ，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(jīng)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(lián)兩片板
翹式冷卻器，油液不易發(fā)熱，強制冷卻的效果明顯，提高
了系統 效能。
3
液壓系統
液壓系統采用回轉和給進(jìn)分別供油的雙泵開(kāi)式循環(huán)系
統 ?；剞D參數和給進(jìn)參數可以獨立調節而不相互干擾，當
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主副油泵油液合流時(shí)還可實(shí)現快速強力給進(jìn)起拔。由變量
泵和變量馬達構成的調速系統可進(jìn)行無(wú)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(shí)采用溢流給進(jìn)
或卡盤(pán)增壓減壓給進(jìn)方式，以滿(mǎn)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
4
加工與型式試驗
為保證鉆機的性能質(zhì)量 ，提高可靠性，主要液壓元件
均選用國內專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)廠(chǎng)家性能最好的產(chǎn)品，外協(xié)加工件與
技術(shù)力量強 、信譽(yù)好的加工單位協(xié)作完成。
鉆機總裝后進(jìn)行了綜合調試 ，之后整機在鉆機性能綜
合檢測實(shí)驗臺上進(jìn)行了包括空載試驗、負載試驗和過(guò)載試
驗的室內型式試驗，并測試了包括轉矩、轉速、給進(jìn)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(shù)指標達到了設計要求，測試數據與設計要
求 比較見(jiàn)表 2 。
表 2
測試數據與設計 要求比較表
5
應用情況
ZD Y 4000S 型鉆機在全 國多個(gè)礦務(wù) 局進(jìn)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(wù)局木沖溝礦曾為恢復生產(chǎn)對采空區進(jìn)
行瓦斯抽放 ，經(jīng)過(guò)半個(gè)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(jìn)三個(gè)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(shí)效大于 60m ~ h 班，鉆機鉆進(jìn) 至 324m
時(shí)能力還很富余，回轉壓力為 15M Pa。木沖溝礦利用這三
個(gè)瓦斯抽放孔對采空區進(jìn)行抽放 ，解決了當時(shí)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(xué) 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(yōu)越性能。該 系統對設計工作有推廣和借鑒作用。
關(guān)鍵詞：液壓 支架；立柱 ；控制 系統 ；插裝閥
中圖分類(lèi)號 ：T D 355 ．4
文獻標識碼 ：B
文章編號 ：1671 —0959 (2006)02—0079—02
1
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(guò)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(jìn)行了
分析，對其優(yōu)越性能進(jìn)行了闡述。
2
立柱 控制 系統
現代液壓支架是靠立柱實(shí)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(jiàn)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(shí)，壓力液進(jìn)入立柱下腔 ，同時(shí)也
經(jīng)管路 6 和 5 同初撐力保持閥的 A 、B 口相連，并使其中的
q
、≈
高不下的問(wèn)題。
液控二位二通閥的閥芯下移。直接來(lái) 自供液管的壓力液經(jīng)
C 口和閥 2 中二 位二 通 閥 的上 位 和單 向 閥進(jìn) 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
l
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(yáng)泉煤業(yè)集團新景礦 ，配合使用高強度大直徑
螺旋鉆桿進(jìn)行大直徑救援鉆孔的試驗，試驗鉆場(chǎng)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(jīng)過(guò) 12d 施工，共完成 ~ 00m m 的全煤層試驗孔 4
個(gè)。實(shí)際試鉆時(shí)間 72h (包 括鉆進(jìn)輔助時(shí) 間)，累計進(jìn) 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(jìn)工作面采用
ll3 ～250ra m 的塔式鉆頭和高壓風(fēng)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(lái)提高了一倍 以上，瓦斯突出區掘進(jìn)速度
由原來(lái) 的 30 ～40m ／~ 提高 到 90m ／~ 。
6
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(jìn) 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(jìn)行瓦斯抽放和大直徑工程孔施工，以及其它行
業(yè)中管道鋪設等特殊工程提供了設備保障和技術(shù)支持。
Z
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