zdy1000g型全液壓坑道鉆機的設計

1、第39卷第1期煤田地質與勘探Vol.39No.12011年2月COALGEOLOGYexplationtunnelallhydraulic坑道勘探是利用地下井、巷進行勘探，相對于地表勘探能節(jié)省大量的鉆探工作量，并方便實現坑道內多角度鉆探施工，達到沿礦床層帶鉆探的目的，是在老礦區(qū)對深部資源進行勘探的理想方法。目前坑道勘探施工的鉆機主要有Atlas公司的Diamec系列鉆機和國產的XY系列巖心鉆機。Diamec系列鉆機采用分體式和全液壓動力

2、頭的結構，結構緊湊、性能可靠，并可滿足坑道內多角度的鉆進要求，但其售價昂貴、配件服務周期長，限制了其在國內的大規(guī)模推廣應用；XY系列巖心鉆機采用機械回轉、液壓給進的傳動方式和整體式的結構，傳動效率高、性價比高，是目前國內巖心鉆機的主導機型，但其鉆進角度范圍有限、坑道中起下鉆具困難制約了其在坑道勘探中的應用。因此，目前國內缺乏性價比合理、施工效率高的的坑道勘探專用鉆機。為此研制了ZDY1000G型全液壓坑道鉆機，主要用于坑道勘探領域，還可

3、用于煤礦瓦斯抽放孔、探放水孔和其他工程鉆孔的施工。1總體方案設計ZDY1000G型全液壓坑道鉆機主要用于坑道勘探孔的施工。為了更好地滿足在坑道狹小空間內施工勘探孔的要求，確定鉆機的總體結構特征如下：a.鉆機采用液壓傳動方式。全液壓鉆機結構緊湊，布局靈活，解體性好，還可以實現遠距離操作。b.鉆機采用適宜坑道狹小空間使用的分體式結構。整機由主機、泵站和操縱臺3部分組成，各部分之間用軟管連接，擺布靈活，便于搬遷運輸，在運輸條件較差的地區(qū)，主機

4、還可以進一步解體。c.主機采用動力頭式結構。動力頭式結構具有立軸式和轉盤式鉆機的優(yōu)點，其動力頭可以在給進機構帶動下沿桅桿(或導向架)移動，并可進行加減壓鉆進，具有給進行程長、起下鉆速度快、可以滿足全方位鉆進要求[1]，是坑道勘探鉆機的理想結構類型。根據目前坑道勘探孔施工要求和類比目前坑道勘探施工的鉆機，確定ZDY1000G型坑道勘探鉆機的主要能力參數參數如下：鉆孔深度450m；終孔直徑78.5mm；最大轉矩1000Nm；80煤田地質與勘

5、探第39卷2.4夾持裝置鉆機的夾持裝置包括卡盤與夾持器。卡盤設置在動力頭上，負責將動力頭和給進裝置輸出的回轉和給進運動傳遞給鉆具。夾持器用于夾持孔內鉆具防止孔內鉆具滑移，還可與動力頭配合進行鉆桿的自動擰卸?？ūP選用膠囊式結構，具有夾持力大、體積緊湊、反應快速等優(yōu)點。夾持器選用復合式夾持器，起下鉆速度快在突然斷電時可以有效地避免跑鉆事故特別是在鉆機反轉擰卸鉆桿時夾持力大的優(yōu)點十分突出[2]。3液壓系統(tǒng)的設計3.1鉆探工藝對液壓系統(tǒng)的要求該

6、機在施工坑道勘探孔外，還可用于煤礦瓦斯抽放孔、探放水孔和其他工程用孔的施工。因此，不僅要求滿足高轉速低轉矩的金剛石取心鉆進，還要能滿足低轉速、高轉矩的PDC或硬質合金鉆頭的全面鉆進。這就要求鉆機最高轉速高，轉速和轉矩調節(jié)范圍寬，調節(jié)方便。由于鉆機要滿足勘探孔的施工工藝，在具備坑道鉆機加壓鉆進功能的基礎上還應具備減壓鉆進功能，并且要求壓力調節(jié)方便。3.2液壓回路設計鉆機液壓系統(tǒng)(圖3)由回轉和給進兩個基本回路和輔助功能回路組成。其中回轉回

7、路主要為鉆具提供回轉動力，在給進回路提供的給進力的配合作用下，實現鉆具的鉆進。液壓系統(tǒng)采用雙泵系統(tǒng)，回轉和給進獨立供油，回轉參數和給進參數可以獨立調節(jié)，節(jié)能效果好；雙泵合流還可用于快速起下鉆具和強力起拔處理孔內事故。圖3ZDY1000G型全液壓坑道鉆機液壓系統(tǒng)Fig.3HydraulicsystemofZDY1000Gtunneldrillingrig1——電動機；2——主油泵；3——主吸油濾油器；4——主截止閥；5——副油泵；6——副

8、截止閥；7——副吸油濾油器；8——回油濾油器；9——冷卻器；10——空氣濾清器；11——油箱；12——主回油壓力表；13——主泵系統(tǒng)壓力表；14——多路換向閥；15——主泵安全溢流閥；16——液壓鎖；17——調角油缸；18——單向減壓閥；19——調壓溢流閥；20——副泵安全溢流閥；21——副泵功能轉換閥；22——起下鉆功能轉換閥；23、27、28——單向節(jié)流閥；24——單向閥組；25——卡盤回油閥；26——夾持器功能轉換閥；29——起拔

9、壓力表；30——給進壓力表；31——補油閥組；32——油馬達；33——精濾油器；34——液壓卡盤；35——截至閥；36——夾持器；37——給進起拔油缸；38——單向閥組；39——安全溢流閥；40——張緊油缸回轉回路主要用于克服鉆具的負載轉矩，要求其轉速可調、剛性高，其壓力與回轉負載的變化相適應。回轉回路主要由變量泵、換向閥和變量馬達組成。變量泵和變量馬達的組合在充分利用功率的基礎上，達到了最大的轉速和轉矩調節(jié)范圍。換向閥用于控制回轉運動

10、的轉向。給進回路主要用于提供鉆進的給進、起拔力，結合鉆探工藝實現加壓、減壓鉆進，主要有變量泵、換向閥、減壓閥、手動溢流閥、節(jié)流閥和油缸組成。減壓閥和手動溢流閥用于控制加壓鉆進的給進力，而減壓鉆進依靠節(jié)流閥控制給進油缸起拔端的系統(tǒng)背壓來實現。4結論ZDY1000G型全液壓坑道鉆機在“國家安全生產西安鉆機檢測檢驗中心”的性能測試臺上整機進行負載運行，對主要性能參數進行了測試，運轉正常。測試結果表明，其各項技術指標達到了設計要求。ZDY100