ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機及其應用

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鍵和重要的環(huán)節(jié)，會用到定向鉆進技術。但受技術水平限制，在煤礦用鉆機領域，我國很多使用的設備都是從國外引進，不僅采購時價格昂貴，后續(xù)使用維護費用也高，因此研制能夠適應我國煤礦復雜環(huán)境的國產(chǎn)化煤礦用鉆機非常必要。ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機是我國在消化吸收國外先進設備的基礎上研制而成的，目前在煤礦工程實踐中取得了良好的應用效果。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的實際應用效果。

2 鉆機特點及主要技術參數(shù)

2.1 技術特點

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

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

（3）擁有主軸定位功能，能顯著提升鉆孔精度，確保實際鉆進軌跡與設計鉆進軌跡保持一致。

（4）操作臺、泵站和主機3大結構件全部直接在自行式履帶車體上進行安裝，方便對設備進行搬運。

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

（6）給進過程和回轉過程采用單獨泵機工作，可單獨對參數(shù)進行設置，設備的環(huán)境適應性強。

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

2.2 主要技術參數(shù)

ZDY6000LD型鉆機主要技術參數(shù)見表1。

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

3 鉆機主要結構

3.1 整體結構

如圖1所示為ZDY6000LD型鉆機整體結構。從圖中可以看出，鉆機主要由5大部分構成，分別為履帶車體、座椅、泵站、操作臺和主機，后4部分結構全部安裝在履帶車體上，各個結構件之間主要通過高壓膠管和螺栓進行連接。鉆機結構緊湊，運行可靠性和穩(wěn)定性高，方便在礦井中對鉆機進行搬運。

圖1 ZDY6000LD型鉆機整體結構Fig.1 Overall structure of ZDY6000LD drilling rig

3.2 鉆機關鍵結構分析

（1）履帶主體。主要由3大部分構成，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、泵站和主機等其他結構件。車體4個角落部位設置有穩(wěn)固調(diào)角油缸，每個位置有2個油缸，都可單獨調(diào)節(jié)，保證設備具有很好的適應性。

（2）主機。如圖2所示為ZDY6000LD型鉆機主機的主要結構，可以看出，主機、主要由回轉器、夾持器、給進裝置3大部分構成。

圖2 主機的主要結構Fig.2 Main structure of the host

①回轉器。由液壓卡盤、變速箱、油馬達、抱緊裝置等結構件構成。基于卡槽式連接方式在給進裝置托盤上進行安裝，在給進油缸的驅動作用下可以實現(xiàn)周期性的旋轉運動，驅動鉆具工作，達到鉆孔或者起撥的目的。

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

③給進裝置。主要由機身、托板和給進油缸等部分構成，給進油缸有2個，呈并列式排布，2個油缸活塞桿分別固定在機身兩端。托板擋塊之間設置有卡套，缸體上設置有卡環(huán)，通過卡環(huán)卡在卡套上進行連接。在活塞桿的驅動作用下，缸體做周期性往復運動，驅動拖板沿著機身導軌做直線往復運動，安裝在給進裝置上的回轉器隨之做直線運動。

（3）泵站。泵站的作用是為鉆機運行提供動力來源，主要由油箱、防爆電動機、彈性聯(lián)軸器以及2個泵構成，彈性聯(lián)軸器的作用是將泵與電機進行連接，泵在電機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，實現(xiàn)各個機構運行的控制。2個泵均屬恒壓變量泵，運行時溫升較慢且運行效率高。

4 鉆機的工程實踐應用研究

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)條件進行分析發(fā)現(xiàn)，在作業(yè)區(qū)域內(nèi)包含1個較大含水層，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。為了對工作面的水害進行治理，結合實際情況現(xiàn)需要布置6個鉆孔。

15101工作面頂板定向鉆孔的設計軌跡如圖1所示。由圖1可知，6個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計軌跡Fig.3 Design trajectory of roof directional drilling in working face

4.2 鉆機應用效果分析

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

6個鉆孔的實際軌跡與設計軌跡之間的偏差及其偏差率統(tǒng)計情況，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型鉆機在煤礦工程中的實踐應用效果可以看出，該設備性能良好，鉆孔精度高，完全能夠適應煤礦復雜的工況環(huán)境。

圖4 鉆孔實際軌跡與設計軌跡偏差及偏差率Fig.4 Deviation and deviation rate between actual trajectory and design trajectory of borehole

5 結 語

以ZDY6000LD型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機為對象，在對技術參數(shù)和主要結構進行介紹的基礎上，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用情況。實踐表明，ZDY6000LD型鉆機具有轉速低、扭矩大、結構緊湊、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個定向鉆孔的應用中，實際鉆孔軌跡與設計鉆孔軌跡進最大偏差不超過5‰，應用效果良好，完全滿足煤礦復雜的工況環(huán)境的要求。