近水平千米定向鉆機關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著我國煤炭高產(chǎn)高效技術(shù)的推廣和應(yīng)用,對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、工作面準備時間長、采掘成本較高,不能適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采技術(shù)的要求。如何在順煤層中進行定向鉆孔的施工,保證鉆孔按預(yù)期的設(shè)計軌跡進行鉆進,提高成孔深度和成孔率,對強化順煤層瓦斯抽放,保證煤層的安全開采具有重要的意義。由于我國煤層賦存條件復(fù)

2、雜,瓦斯含量大、地應(yīng)力高、構(gòu)造破壞嚴重、厚度變化劇烈,并有大量的突出危險煤層,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)適合我國煤礦使用的近水平千米定向鉆機具有重要意義。
　　論文在國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)”的子課題“井下孔底馬達鉆孔鉆進技術(shù)與裝備”(2008ZX05041-002)的資助下,對煤礦井下近水平千米定向鉆進全液壓鉆機關(guān)鍵技術(shù)開展研究。論文主要研究內(nèi)

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

4、的節(jié)能、過載保護功能和動態(tài)特性。
　?、坫@機動力頭傳動系統(tǒng)動態(tài)特性研究。開展新型膠套式全液壓動力頭及膠套液壓卡盤的設(shè)計,基于彈性力學(xué)和接觸力學(xué)理論,對煤礦瓦斯抽放水平定向長鉆孔千米鉆機動力頭的聚晶金剛石復(fù)合片鉆頭壓入切削巖石時的接觸特性進行分析,得到鉆機在實際運行過程中的負載等外部激勵;綜合考慮鉆機動力頭齒輪傳動系統(tǒng)中各個齒輪副的時變嚙合剛度、傳遞誤差等引起的內(nèi)部激勵,滾動軸承的支撐剛度以及軸的扭轉(zhuǎn)剛度,采用集中參數(shù)法建立鉆機動力

5、頭齒輪傳動系統(tǒng)的耦合動力學(xué)模型,得到鉆機動力頭切削對象時各個齒輪構(gòu)件和軸承構(gòu)件的振動速度響應(yīng)、振動位移響應(yīng)以及動態(tài)嚙合力等動態(tài)性能參數(shù),對其動態(tài)特性進行分析。
　?、茔@機隨鉆測量系統(tǒng)的研究。根據(jù)隨鉆測量系統(tǒng)的原理,研制適合我國煤礦井下使用的測量探管,研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的測試軟件,并對試制樣品進行探管耐水壓試驗、探管標定檢驗和測量裝置性能試驗,驗證設(shè)計的有效性和產(chǎn)品功能的可靠性。
　?、葶@機性能實驗和煤礦井下工業(yè)性試驗。為了