張孟魁

（晉城金成礦山建筑工程有限公司，山西 晉城 048000）

1 概 況

煤礦開采過程中，水害防治和瓦斯治理工作是非常關(guān)鍵和重要的環(huán)節(jié)，會用到定向鉆進(jìn)技術(shù)。但受技術(shù)水平限制，在煤礦用鉆機(jī)領(lǐng)域，我國很多使用的設(shè)備都是從國外引進(jìn)，不僅采購時(shí)價(jià)格昂貴，后續(xù)使用維護(hù)費(fèi)用也高，因此研制能夠適應(yīng)我國煤礦復(fù)雜環(huán)境的國產(chǎn)化煤礦用鉆機(jī)非常必要。ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)是我國在消化吸收國外先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上研制而成的，目前在煤礦工程實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果。本文以神農(nóng)煤業(yè)15101工作面為例，分析研究ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的實(shí)際應(yīng)用效果。

2 鉆機(jī)特點(diǎn)及主要技術(shù)參數(shù)

2.1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)采用全液壓動力頭，具有履帶全行功能，能夠在復(fù)雜的煤礦工礦環(huán)境下工作。

（2）具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩的特點(diǎn)，適合大直徑近水平深孔鉆進(jìn)作業(yè)，可以輕松應(yīng)對卡鉆事故。

（3）擁有主軸定位功能，能顯著提升鉆孔精度，確保實(shí)際鉆進(jìn)軌跡與設(shè)計(jì)鉆進(jìn)軌跡保持一致。

（4）操作臺、泵站和主機(jī)3大結(jié)構(gòu)件全部直接在自行式履帶車體上進(jìn)行安裝，方便對設(shè)備進(jìn)行搬運(yùn)。

（5）夾持器和卡盤的配合使用，極大降低了設(shè)備操作難度及勞動強(qiáng)度，為鉆孔效率的提升奠定了良好的基礎(chǔ)。

（6）給進(jìn)過程和回轉(zhuǎn)過程采用單獨(dú)泵機(jī)工作，可單獨(dú)對參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。

（7）液壓系統(tǒng)元件性能先進(jìn)的產(chǎn)品，工作穩(wěn)定且具有良好的通用性。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

ZDY6000LD型鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 ZDY6000LD型鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main technical parameters of ZDY6000LD drilling rig

3 鉆機(jī)主要結(jié)構(gòu)

3.1 整體結(jié)構(gòu)

如圖1所示為ZDY6000LD型鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)。從圖中可以看出，鉆機(jī)主要由5大部分構(gòu)成，分別為履帶車體、座椅、泵站、操作臺和主機(jī)，后4部分結(jié)構(gòu)全部安裝在履帶車體上，各個(gè)結(jié)構(gòu)件之間主要通過高壓膠管和螺栓進(jìn)行連接。鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性高，方便在礦井中對鉆機(jī)進(jìn)行搬運(yùn)。

圖1 ZDY6000LD型鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)Fig.1 Overall structure of ZDY6000LD drilling rig

3.2 鉆機(jī)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)分析

（1）履帶主體。主要由3大部分構(gòu)成，分別為履帶底盤、車體平臺和穩(wěn)固調(diào)角油缸。利用鋼制履帶片加工履帶底盤，不僅強(qiáng)度高且耐磨性較好。車體平臺通過螺栓固定連接在履帶底盤橫梁上，主要作用是安裝操作臺、泵站和主機(jī)等其他結(jié)構(gòu)件。車體4個(gè)角落部位設(shè)置有穩(wěn)固調(diào)角油缸，每個(gè)位置有2個(gè)油缸，都可單獨(dú)調(diào)節(jié)，保證設(shè)備具有很好的適應(yīng)性。

（2）主機(jī)。如圖2所示為ZDY6000LD型鉆機(jī)主機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，可以看出，主機(jī)、主要由回轉(zhuǎn)器、夾持器、給進(jìn)裝置3大部分構(gòu)成。

圖2 主機(jī)的主要結(jié)構(gòu)Fig.2 Main structure of the host

①回轉(zhuǎn)器。由液壓卡盤、變速箱、油馬達(dá)、抱緊裝置等結(jié)構(gòu)件構(gòu)成?；诳ú凼竭B接方式在給進(jìn)裝置托盤上進(jìn)行安裝，在給進(jìn)油缸的驅(qū)動作用下可以實(shí)現(xiàn)周期性的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，驅(qū)動鉆具工作，達(dá)到鉆孔或者起撥的目的。

②夾持器。作用是對孔內(nèi)鉆具進(jìn)行夾持，安裝固定在給進(jìn)裝置的前側(cè)。為了更好適應(yīng)不同環(huán)境，夾持器安裝在給進(jìn)機(jī)身上時(shí)設(shè)置有兩組調(diào)節(jié)墊片，可根據(jù)實(shí)際情況對夾持器高度進(jìn)行調(diào)整，確保夾持器中心軸與主軸中心線在同一條線上，提升裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性。

③給進(jìn)裝置。主要由機(jī)身、托板和給進(jìn)油缸等部分構(gòu)成，給進(jìn)油缸有2個(gè)，呈并列式排布，2個(gè)油缸活塞桿分別固定在機(jī)身兩端。托板擋塊之間設(shè)置有卡套，缸體上設(shè)置有卡環(huán)，通過卡環(huán)卡在卡套上進(jìn)行連接。在活塞桿的驅(qū)動作用下，缸體做周期性往復(fù)運(yùn)動，驅(qū)動拖板沿著機(jī)身導(dǎo)軌做直線往復(fù)運(yùn)動，安裝在給進(jìn)裝置上的回轉(zhuǎn)器隨之做直線運(yùn)動。

（3）泵站。泵站的作用是為鉆機(jī)運(yùn)行提供動力來源，主要由油箱、防爆電動機(jī)、彈性聯(lián)軸器以及2個(gè)泵構(gòu)成，彈性聯(lián)軸器的作用是將泵與電機(jī)進(jìn)行連接，泵在電機(jī)的作用下將油箱中的油排出，在操作臺控制系統(tǒng)的作用下，實(shí)現(xiàn)各個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)行的控制。2個(gè)泵均屬恒壓變量泵，運(yùn)行時(shí)溫升較慢且運(yùn)行效率高。

4 鉆機(jī)的工程實(shí)踐應(yīng)用研究

4.1 煤礦基本情況

神農(nóng)煤業(yè)15號煤層勘探的可開采煤炭儲量為274萬t，15101工作面的斜向長度和走向長度分別為300 m和1 154 m，煤層平均厚度為4.5 m。對工作面水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在作業(yè)區(qū)域內(nèi)包含1個(gè)較大含水層，總儲量3.78×106m3。工作面開采過程中含水層會對工作面產(chǎn)生影響，存在涌水的危險(xiǎn)。為了對工作面的水害進(jìn)行治理，結(jié)合實(shí)際情況現(xiàn)需要布置6個(gè)鉆孔。

15101工作面頂板定向鉆孔的設(shè)計(jì)軌跡如圖1所示。由圖1可知，6個(gè)定向鉆孔的深度分別為456、459、480、515、594、288 m，方位角分別為142.3°、155°、161.6°、172.5°、181.2°、153.6°，對應(yīng)的傾角分別為30°、25°、30°、25°、30°、30°。

圖3 工作面頂板定向鉆孔的設(shè)計(jì)軌跡Fig.3 Design trajectory of roof directional drilling in working face

4.2 鉆機(jī)應(yīng)用效果分析

此次鉆孔任務(wù)使用的設(shè)備為ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)。經(jīng)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，6個(gè)鉆孔全部一次成孔，成孔率為100%。最大鉆孔深度為594 m，且設(shè)備具備鉆進(jìn)更深的能力。

6個(gè)鉆孔的實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡之間的偏差及其偏差率統(tǒng)計(jì)情況，如圖2所示。由圖2可知，2號鉆孔在左右方向上的位移偏差最大，為2.12 m，其它鉆孔在上下和左右方向上的偏差較小，均在1 m范圍內(nèi)。偏差率方面，同樣是2號鉆孔左右方向的偏差率最大，為4.62‰，其他鉆孔的位移偏差率均不超過3‰。通過ZDY6000LD型鉆機(jī)在煤礦工程中的實(shí)踐應(yīng)用效果可以看出，該設(shè)備性能良好，鉆孔精度高，完全能夠適應(yīng)煤礦復(fù)雜的工況環(huán)境。

圖4 鉆孔實(shí)際軌跡與設(shè)計(jì)軌跡偏差及偏差率Fig.4 Deviation and deviation rate between actual trajectory and design trajectory of borehole

5 結(jié) 語

以ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)為對象，在對技術(shù)參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹的基礎(chǔ)上，研究了在神農(nóng)煤業(yè)15101工作面水害防治工作中的具體應(yīng)用情況。實(shí)踐表明，ZDY6000LD型鉆機(jī)具有轉(zhuǎn)速低、扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高等優(yōu)勢，鉆孔精度高，在神農(nóng)煤業(yè)15101工作面6個(gè)定向鉆孔的應(yīng)用中，實(shí)際鉆孔軌跡與設(shè)計(jì)鉆孔軌跡進(jìn)最大偏差不超過5‰，應(yīng)用效果良好，完全滿足煤礦復(fù)雜的工況環(huán)境的要求。