近水平千米定向鉆機關鍵技術研究.pdf

1、隨著我國煤炭高產高效技術的推廣和應用,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合的綜合瓦斯抽放技術,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,不能適應高產高效綜采技術的要求。如何在順煤層中進行定向鉆孔的施工,保證鉆孔按預期的設計軌跡進行鉆進,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

2、雜,瓦斯含量大、地應力高、構造破壞嚴重、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鍵技術開展研究。論文主要研究內

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計,包括動力源組件、各個執(zhí)行機構組件、控制機構組件、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)學模型,對鉆機給進液壓回路和旋轉液壓回路進行動態(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。
　　③鉆機動力頭傳動系統(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計,基于彈性力學和接觸力學理論,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部激勵,滾動軸承的支撐剛度以及軸的扭轉剛度,采用集中參數(shù)法建立鉆機動力

5、頭齒輪傳動系統(tǒng)的耦合動力學模型,得到鉆機動力頭切削對象時各個齒輪構件和軸承構件的振動速度響應、振動位移響應以及動態(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)具有自主知識產權的測試軟件,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,驗證設計的有效性和產品功能的可靠性。
　　⑤鉆機性能實驗和煤礦井下工業(yè)性試驗。為了