近水平千米定向鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國(guó)煤炭高產(chǎn)高效技術(shù)的推廣和應(yīng)用,對(duì)瓦斯抽放量和抽放效率提出了更高的要求。目前瓦斯抽采一般采用專用巷道和穿層密集鉆孔相結(jié)合的綜合瓦斯抽放技術(shù),雖然能夠增加瓦斯的抽放量,提高瓦斯抽放效率,但其鉆掘工作量大、工作面準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)、采掘成本較高,不能適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的要求。如何在順煤層中進(jìn)行定向鉆孔的施工,保證鉆孔按預(yù)期的設(shè)計(jì)軌跡進(jìn)行鉆進(jìn),提高成孔深度和成孔率,對(duì)強(qiáng)化順煤層瓦斯抽放,保證煤層的安全開(kāi)采具有重要的意義。由于我國(guó)煤層賦存條件復(fù)

2、雜,瓦斯含量大、地應(yīng)力高、構(gòu)造破壞嚴(yán)重、厚度變化劇烈,并有大量的突出危險(xiǎn)煤層,尤其是地應(yīng)力高的區(qū)域,鉆孔施工非常困難,存在垮孔卡鉆、成孔率低、成孔深度小等施工難題。因此,研發(fā)適合我國(guó)煤礦使用的近水平千米定向鉆機(jī)具有重要意義。
　　論文在國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”的子課題“井下孔底馬達(dá)鉆孔鉆進(jìn)技術(shù)與裝備”(2008ZX05041-002)的資助下,對(duì)煤礦井下近水平千米定向鉆進(jìn)全液壓鉆機(jī)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展研究。論文主要研究?jī)?nèi)

3、容如下:
　?、俳蕉ㄏ蛉簤恒@機(jī)方案研究。近水平千米定向鉆機(jī)高集成度方案研究及各功能部件方案設(shè)計(jì),包括動(dòng)力源組件、各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)組件、控制機(jī)構(gòu)組件、水路系統(tǒng)組件和油箱組件等附件。
　?、阢@機(jī)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能仿真。根據(jù)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)和功能,建立負(fù)載敏感泵、PVG32負(fù)載敏感多路閥控制給進(jìn)油缸、低壓操作控制閥、PVG100負(fù)載敏感多路閥控制馬達(dá)的數(shù)學(xué)模型,對(duì)鉆機(jī)給進(jìn)液壓回路和旋轉(zhuǎn)液壓回路進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真分析,得出鉆機(jī)液壓系統(tǒng)具有良好

4、的節(jié)能、過(guò)載保護(hù)功能和動(dòng)態(tài)特性。
　?、坫@機(jī)動(dòng)力頭傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性研究。開(kāi)展新型膠套式全液壓動(dòng)力頭及膠套液壓卡盤(pán)的設(shè)計(jì),基于彈性力學(xué)和接觸力學(xué)理論,對(duì)煤礦瓦斯抽放水平定向長(zhǎng)鉆孔千米鉆機(jī)動(dòng)力頭的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭壓入切削巖石時(shí)的接觸特性進(jìn)行分析,得到鉆機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的負(fù)載等外部激勵(lì);綜合考慮鉆機(jī)動(dòng)力頭齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各個(gè)齒輪副的時(shí)變嚙合剛度、傳遞誤差等引起的內(nèi)部激勵(lì),滾動(dòng)軸承的支撐剛度以及軸的扭轉(zhuǎn)剛度,采用集中參數(shù)法建立鉆機(jī)動(dòng)力

5、頭齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)模型,得到鉆機(jī)動(dòng)力頭切削對(duì)象時(shí)各個(gè)齒輪構(gòu)件和軸承構(gòu)件的振動(dòng)速度響應(yīng)、振動(dòng)位移響應(yīng)以及動(dòng)態(tài)嚙合力等動(dòng)態(tài)性能參數(shù),對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析。
　?、茔@機(jī)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的研究。根據(jù)隨鉆測(cè)量系統(tǒng)的原理,研制適合我國(guó)煤礦井下使用的測(cè)量探管,研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的測(cè)試軟件,并對(duì)試制樣品進(jìn)行探管耐水壓試驗(yàn)、探管標(biāo)定檢驗(yàn)和測(cè)量裝置性能試驗(yàn),驗(yàn)證設(shè)計(jì)的有效性和產(chǎn)品功能的可靠性。
　?、葶@機(jī)性能實(shí)驗(yàn)和煤礦井下工業(yè)性試驗(yàn)。為了