ZFYD系列低矮型反井鉆機

ZFY（D）系列反井鉆機適用于井下煤倉、暗立（斜）井，管路孔、電纜孔、溜煤孔、通風(fēng)孔等施工作業(yè)。該系列產(chǎn)品具有品種齊全、結構新穎、操作簡(jiǎn)單、運輸方便等特點(diǎn)。鉆機鉆擴孔直徑為1000～2500mm,其中ZFY（D）2500（低矮型）反井鉆機為國內自主研發(fā)的擴孔直徑最大的反井鉆機，可一次鉆擴直徑為2.5m的各種暗立井，鉆擴孔深度可達500m以上。鉆機技術(shù)創(chuàng )新點(diǎn)在于機型結構緊湊，工作高度低，小機型的工作高度≤2500mm，大機型的工作高度≤2960mm，在煤礦井下施工時(shí)不用開(kāi)挖專(zhuān)用峒室；整機運搬重量輕，其中ZFYD1200（低矮型）反井鉆機的主機重量?jì)H3.61噸，比國內同類(lèi)鉆機重量輕55%左右，井下運輸十分方便；ZFYD系列低矮型反井鉆機的主要技術(shù)指標設計十分合理，能量利用率高。鉆機的擴孔直徑、整機重量等指標達到國內領(lǐng)先水平，鉆機的技術(shù)性能處于國內先進(jìn)水平。

用    途：適用于井下煤倉、暗立（斜）井，管路孔、電纜孔、溜煤孔、通風(fēng)孔等施工作業(yè)。
技術(shù)特點(diǎn)：工作高度低、整體搬運、剛性好、承載能力大、穩定性好、裝卸鉆桿機械化。
型號：ZFYD1200  ZFYD1500  ZFYD2500
技術(shù)指標：

鉆 機 型 號	原 型 號	ZFYD1200	ZFYD1200	ZFYD1500	ZFYD2000	ZFYD2500	ZFYD3000
	新煤安型號	ZFY1.2/20 /200D	ZFY1.2/40 /300D	ZFY1.5/40 /100D	ZFY2.0/100 /300D	ZFY2.5/100/100D	ZFY3.0/180 /150D
導孔直徑 (mm)		200	250	250	250	250 （270、 311 ）	311
擴孔直徑 (mm)		1200	1200 ~1500	1500 ～ 1800	2000	2000~2500	3000
鉆孔深度 (m)		200	300	100	300	100	150
鉆桿直徑 (mm)		150	176	200	200	200 （ 228、 250 ）	250
導孔鉆速 (r/min)		0 ～ 52	0 ～35	0 ～ 35	0 ～ 33	0 ～ 33	0 ～ 18
擴孔鉆速 (r/min)		0 ～ 26	0 ～17	0 ～ 17	0 ～ 12	0 ～ 12	0 ～ 9
擴孔額定扭矩 (kN·m)		14.9	22	22	68.5	68.5	137.7
擴孔最大扭矩 (kN·m)		21.5	44	44	98	98	180
鉆頭許用最大推力 (kN)		196	222.5	222.5	222.5	222.5	264
擴孔最大拉力 (kN)		440	1154	1154	2200	1470 （ 1800 ）	2200
鉆孔傾角 ( o )		60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o
適用巖石硬度		F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 14	F ≤ 10 （ F ≤ 14 ）	F ≤ 14
主機運搬重量 ( 包括搬運車(chē) ) （ t ）		3.65	6.5	6.5	9.41	9.41	10.2
主機搬運尺寸 （長(cháng)寬高）（ mm ）		2160×940 ×1543	2309×1142 ×1704	2309×1142 ×1704	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089
主機工作尺寸 （長(cháng)寬高）（ mm ）		1915×1020 ×2700	2265×1245 ×3000	2265×1245 ×3000	2690×1590 ×3800	2690×1590 ×3100 （ 3800 ）	2690×1590 ×3800
鉆桿有效長(cháng)度（ mm ）		1000	1000	1000	1000	1000	1000
鉆孔偏斜率（ % ）		≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1
電機功率（ kW ）		66	86	86 、 121	161	161	161
驅動(dòng)方式		全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)

獲    獎：ZFYD1200型、ZFYD2500型反井鉆機分別獲得1994、1997年度煤炭科技進(jìn)步三等獎。

鉆 機 型 號	ZFYD-1200	ZFYD-1500	ZFYD-2500	ZFBPY1000
導孔直徑/mm	200	250	250	200
擴孔直徑/mm	1 200	1 500～1 800	2 500	1 000
鉆孔深度/mm	200	100	100	400
鉆桿直徑/mm	150	200	200	150
導孔鉆速/r·min-1	0～51	0～35	0～33	0～25
擴孔鉆速/r·min-1	0～25	0～17	0～12	0～20
主軸扭矩/kN·m-1	10.7～21.5	22～44	68.5～98	8.53～17.05
推力/kN	196	338	745	170
拉力/Kn	440	1 154	1 470	882
鉆孔傾角/(º)	60～90	60～90	60～90	60～90
主機重量(包括搬運車(chē))/t	3.65	6.5	9.41	5.23
主機搬運尺寸/mm×mm×mm	2 160×940×1543	2 309×1 142×1 704	2 473×1 420×2 089	2 104×970×1 643
主機工作尺寸/mm×mm×mm	1 915×1 020×2 500	2 265×1 245×2 764	2 690×1 590×2 900	1 981×1 099×3 490
鉆桿有效長(cháng)度/mm	1 000	1 000	1 000	1 000
鉆孔偏斜率/%	≤1	≤1	≤1	≤1
電機功率/kW	58	118.5	166.5	46.5
驅動(dòng)方式	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	全液壓驅動(dòng)	電液驅動(dòng)
隨機鉆桿長(cháng)度/m	30	30	30	30

低矮型系列反井鉆機簡(jiǎn)介

一、國產(chǎn)反井鉆機類(lèi)型及其特點(diǎn)

反井鉆機是一種機械化程度高、安全高效的反井施工設備。尤其是用它鉆鑿煤礦的反井、井下煤倉、溜煤眼、延伸井筒及各種暗立井時(shí)可大大提高建設速度。它還具有減輕工人勞動(dòng)強度、作業(yè)安全、成井質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。受到廣大礦工們的歡迎。國外六十年代就開(kāi)始生產(chǎn)使用反井鉆機進(jìn)行反井施工，反井鉆機鉆井工藝不斷得到完善和發(fā)展，目前在工業(yè)發(fā)達的國家中使用反井鉆機鉆鑿反井的比重已超過(guò) 60%以上，有的達到90%。

圖 1 （ a ） LM120 型反井鉆機 （ b ） TYZ1000 型天井鉆機

1-鉆架 2-搬運車(chē) 3-油箱車(chē) 4-動(dòng)力車(chē) 5-操作臺 6-起吊裝置

我國研制反井鉆機 1967年開(kāi)始，由長(cháng)沙礦山研究院負責設計研究槽形框架拼裝結構、全液壓傳動(dòng)反井鉆機，由于礦山生產(chǎn)的需要使其發(fā)展較迅速，并形成了TYZ天井鉆機系列，1986年初到1994年煤科總院建井所根據煤礦的生產(chǎn)建設的具體情況，設計了LM系列反井鉆機。以上二個(gè)系列機型屬于同一類(lèi)型，即為槽形框架拼裝結構，此類(lèi)機型代表見(jiàn)圖1。這種反井鉆機在主機機架上部設計了一對（或二對）支撐油缸，在安裝使用時(shí)支撐油缸支撐在峒室的頂板上，鉆機機架下端設計了帶下支撐油缸的四連桿滑塊機構，這上、下支撐油缸的作用是：（1）調平找正鉆機機架；（2）承重并防止鉆機機架在鉆孔時(shí)松動(dòng)；（3）克服來(lái)自鉆頭的反扭矩和反作用力。

這種機型的特點(diǎn)是鉆機安裝、拆卸方便，下支承設計成四連桿滑塊機構，便于鉆鑿 60°～90°斜孔，裝卸鉆桿機械化，自帶運搬車(chē)，可以整體運搬。但這種拼裝成框架，支承式安裝形式使鉆機剛性差，承載能力小，只適用于小機型，又由于上支撐是頂在峒室頂板上，故要求頂板強度高。在生產(chǎn)制造中由于槽型框架拼裝結構復雜，加工制造和裝配精度難以保證，往往影響鉆機的制造質(zhì)量和加工成本。

二、我所研制的反井鉆機類(lèi)型及其特點(diǎn)

我所從 86年開(kāi)始，對國內外反井鉆機的結構及使用中的情況進(jìn)行調查研究，結合我國煤礦生產(chǎn)實(shí)際，參考了國外先進(jìn)的大型機型，吸取國內機型的優(yōu)點(diǎn)，設計了兩柱三缸剛性框架結構形式的反井鉆機，十幾年來(lái)，我所設計研制的反井鉆機有八個(gè)品種，主要類(lèi)型有普通型、低矮型、移動(dòng)式和變頻調速電液傳動(dòng)型。這些機型與國內其他廠(chǎng)、院所設計的機型不同，我們吸收了國內外其他反井鉆機的優(yōu)點(diǎn)，并結合我國煤礦生產(chǎn)中的具體情況，研究設計了兩柱三缸剛性基礎的結構形式。上述類(lèi)型反井鉆機在煤礦生產(chǎn)實(shí)際使用中得到了用戶(hù)的一致好評。我所開(kāi)發(fā)研制反井鉆機的特點(diǎn)如下：

1．兩柱三缸普通型反井鉆機

從 87年到91年，我所參考了美國羅賓斯機型，即兩柱三缸結構形式，并吸收了國產(chǎn)鉆機的優(yōu)點(diǎn)，結合現場(chǎng)使用要求，設計了ATY1500型和ZFY2500型反井鉆機，這兩種鉆機結構特點(diǎn)是由兩個(gè)圓形導向立柱導向，三只對稱(chēng)布置的推進(jìn)油缸沿兩導向柱上、下移動(dòng)實(shí)現鉆機的推拉力，鉆機機架不需用支撐油缸支撐在峒室頂板上，而直接用錨桿定在地基基巖上。這種普通型的反井鉆機在使用中具有剛性好，承載能力大（ATY1500型反井鉆機一次成井Φ1.5米，ZFY2500型反井鉆機一次成井Φ2.5米），穩定性好，導向精度高，錨桿裝卸、鉆機運輸方便等優(yōu)點(diǎn)，具體結構見(jiàn)圖2。

圖 2 ATY1500、ZFY2500反井鉆機

1-主機 2-搬運車(chē) 3-油箱車(chē) 4-泵站 5-操作臺

6-吊掛裝置 7-鉆機（包括三牙輪鉆頭、鉆桿、擴孔刀盤(pán)）

2．ZFYD系列低矮型反井鉆機

在反井鉆機的研制過(guò)程中，我所技術(shù)人員經(jīng)常到生產(chǎn)現場(chǎng)，聽(tīng)取用戶(hù)的意見(jiàn)，不斷的改進(jìn)使產(chǎn)品更完美。通過(guò)使用和實(shí)踐，發(fā)現以上兩種結構型式的反井鉆機工作高度過(guò)高（ 3600mm和4030mm），運輸尺寸大，在井下使用時(shí)需要人工挑頂，開(kāi)挖較大的峒室，增加了施工成本，延長(cháng)了工期，尤其是較淺的暗立井施工中，應用反井鉆機施工其經(jīng)濟效益不明顯。為了適應生產(chǎn)需要，從1992年起，我所又研制了低矮型反井鉆機（見(jiàn)圖3），并形成了以ZFYD1200型為代表的

ZFYD系列低矮型反井鉆機。該機型的特點(diǎn)：（1）采用兩柱三缸結構形式，鉆機機架直接錨固在地基基巖上，使鉆機整體剛性好，承載能力大。（2）鉆機的推進(jìn)油缸采用伸縮式套筒油缸，使鉆機工作高度大大降低，一般在2500～2900mm（詳見(jiàn)附表），用低矮型反井鉆機施工暗立井時(shí)，開(kāi)挖峒室工作量?。ɑ虿婚_(kāi)挖），降低了人、財、物的消耗，縮短了施工前期的準備工期。（3）三只推進(jìn)油缸對稱(chēng)布置，其中心連線(xiàn)為一等邊三角形，這三角形的重心就是鉆機回轉中心，這是鉆機運轉平穩因素之一，鉆擴孔精度高。（4）裝卸鉆桿機械化，自帶運搬車(chē)整體運搬。ZFYD系列低矮型反井鉆機研制成功，為我國暗立井施工提供了一種先進(jìn)、高效而安全的施工設備，在現場(chǎng)使用中得到了用戶(hù)的一致好評。

圖 3 ZFYD系列低矮型反井鉆機

1-主機 2-搬運車(chē) 3-泵站 4-鉆具 5-主機基礎

6-吊掛裝置 7-液壓操作臺 8-電氣開(kāi)關(guān)盒

3．滾刀的研究

我所對滾刀破巖機理、受力分析做了大量的工作，還積累了滾刀國內外的結構設計、材料選擇及熱處理、各種合金焊接工藝和滾刀生產(chǎn)制造工藝等大量試驗資料。設計的大型豎井鉆機楔齒滾刀獲機械工業(yè)部二等獎，工程鉆機用 DXP-1鑲齒盤(pán)形滾刀（課題號88-146）在生產(chǎn)使用中壽命達550米。我們還和洛陽(yáng)九久公司共同研制了適合于各類(lèi)地下工程的高耐磨性焊齒破巖滾刀和球齒破巖滾刀。目前我們正在設計研究地鐵及隧道工程用的盤(pán)形滾刀和遁構用的刮刀。

三、我所設計研制的反井鉆機與國內同類(lèi)機型比較

我所設計研制的反井鉆機與國內其它院所反井鉆機的不同點(diǎn)：

1．鉆機的工作高度低

小機型馬達上表面至軌道上表面的工作高度＜2700mm，大機型馬達上表面至軌道上表面的工作高度＜3100mm

2．鉆機整體運搬重量及鉆桿重量輕

同樣性能參數的反井鉆機主機重量（包括運搬車(chē)重量）相比，我所的鉆機重量輕55%（如ZFYD1200主機重量3.61t，LM120主機重8t，TYZ1000主機重8.4t），由于采用了高強度合金鋼，鉆桿直徑細重量輕，井下搬運十分輕便。

3．鉆擴孔直徑目前最大達Φ2.5米，鉆擴孔深度可達500米以上。

4．采用國際上較為先進(jìn)的三缸兩柱式結構，整體剛性較強，穩定性好，同時(shí)三只油缸對稱(chēng)布置，對鉆具施加的力均勻，從而保證了鉆機鉆孔時(shí)的工作穩定性。

5． 將雙伸縮推進(jìn)油缸更換成隨機自帶的普通單級油缸就可使低矮型成為普通機型，可使得最大鉆井深度大大提高，鉆孔深度可達到 300 米 以上。其最大擴孔拉力是國內其它機型的 1.5 倍。

其綜合性能比較請看附表

四、ZFYD系列反井鉆機的工作原理與結構特點(diǎn)

ZFYD系列反井鉆機的工作原理與其它反井鉆機大致相同，即將鉆機安裝在上水平，先由上往下鉆一個(gè)先導孔，然后在下水平巷道卸去先導孔鉆頭，安裝上擴孔鉆頭，再由下往上擴孔，直到把擴孔鉆頭打到上水平，完成反井施工。

該鉆機主要由主機、運搬車(chē)、液壓泵站、鉆具（包括鉆桿、穩定鉆桿、三牙輪鉆頭及擴孔鉆頭等）液壓操作臺、鉆機基礎、鉆桿起吊裝置等組成。

主機由兩臺液壓馬達通過(guò)齒輪減速箱、驅動(dòng)頭構成鉆機回轉系統，驅動(dòng)頭與鉆桿聯(lián)接，帶動(dòng)鉆桿與鉆頭進(jìn)行鉆孔所需的回轉運動(dòng)，并給鉆機提供所需的扭矩。三只對稱(chēng)布置的推進(jìn)油缸帶動(dòng)減速箱、驅動(dòng)頭及鉆具上、下移動(dòng)構成鉆機的推進(jìn)系統，并給鉆機提供鉆孔所需的鉆壓。在扭矩及鉆壓的聯(lián)合作用下，三牙輪鉆頭或擴孔鉆頭破碎巖石。在先導孔鉆進(jìn)中，被破碎下來(lái)的巖石屑用洗井液采用正循環(huán)方式排至井口上部，再擴孔時(shí)，巖石屑靠自重落到下水平巷道。

ZFYD系列反井鉆機的結構特點(diǎn)如下：

⑴在回轉系統中，選用了兩臺并聯(lián)的低速大扭矩液壓馬達，簡(jiǎn)化了減速箱的設計同時(shí)還可以獲得兩種不同的轉速和扭矩。

⑵采用國際上較為先進(jìn)的三缸兩柱式結構，整體鋼性較強，穩定性好，同時(shí)三只油缸對稱(chēng)布置，對鉆具施加的力均勻，從而保證了鉆機鉆孔時(shí)的工作穩定性。

⑶采用帶浮動(dòng)量的驅動(dòng)頭，裝卸鉆桿時(shí)使鉆桿上、下浮動(dòng)，以免由于主軸的升降速度與螺距不一致而損壞螺紋，且在驅動(dòng)頭的外齒套上設計了反向棘輪，配合輔助卸桿器拆卸鉆桿。

⑷液壓系統的主回路小機型采用開(kāi)式回路，掖壓系統簡(jiǎn)單可靠；大機型采用閉式回路，從而大大減小了鉆機上液壓泵站的油箱體積，保證了主系統中工作油液的清潔度，有效提高了液壓元件的使用壽命。

⑸鉆機采用全液壓傳動(dòng)，動(dòng)力單一，便于管理。

五、結束語(yǔ)

二十多年來(lái)我所反井鉆機組的技術(shù)人員深入現場(chǎng)，根據用戶(hù)的要求開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，研制出一臺又一臺新型的反井鉆機，這些鉆機在兗州礦務(wù)局、窯街礦務(wù)局、棗莊礦務(wù)局、肥城礦務(wù)局、鐵法礦務(wù)局、六枝礦務(wù)局、豐城礦務(wù)局、龍煤集團下屬四大礦務(wù)局、阜新礦務(wù)局、內蒙古平莊煤電集團、重慶能源集團、川煤集團等幾十個(gè)煤礦，進(jìn)行了數萬(wàn)米反井工程施工，表明鉆機性能好，成井質(zhì)量高，得到了現場(chǎng)領(lǐng)導和施工人員的歡迎，其鉆機的綜合性能在國內處于領(lǐng)先地位。同時(shí)通過(guò)多年來(lái)的研制工作，鍛煉出一支較強的設計隊伍，在反井鉆機的結構設計、反井施工工藝及性能參數的研究方面也做出了不少的成績(jì)。目前我所正對反井鉆機的參數優(yōu)化、多用綜合型鉆機（包括水平鉆擴孔）的研究及零部件的可靠性方面做了大量的研究工作，我所的目標是將我們設計的反井鉆機技術(shù)水平在國內處于領(lǐng)先水平并打入國際市場(chǎng)。

南京研究所研制的反井鉆機在技術(shù)方面處于國內領(lǐng)先地位。近年來(lái)，南京所在反井鉆機方面獲得的多項獎勵如下：

（ 1 ） ATY1500 反井鉆機獲 1991 年國家能源部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。

（ 2 ） ZFYD1200 低矮型煤礦用反井鉆機獲 1992 年煤炭工業(yè)部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。

（ 3 ） ZFYD2500 低矮型煤礦用反井鉆機獲 1997 年煤炭工業(yè)部科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。

（ 4 ） ZFYD 系列低矮型煤礦用反井鉆機 1993 年被評為國家級新產(chǎn)品。

（ 5 ） ZFBPY 變頻調速電液傳動(dòng)反井鉆機獲 2001 年江蘇省科學(xué)技術(shù)進(jìn)步三等獎。

六、部分客戶(hù)名單：