zdy1000g型全液壓坑道鉆機(jī)的設(shè)計(jì)

1、第39卷第1期煤田地質(zhì)與勘探Vol.39No.12011年2月COALGEOLOGYexplationtunnelallhydraulic坑道勘探是利用地下井、巷進(jìn)行勘探，相對(duì)于地表勘探能節(jié)省大量的鉆探工作量，并方便實(shí)現(xiàn)坑道內(nèi)多角度鉆探施工，達(dá)到沿礦床層帶鉆探的目的，是在老礦區(qū)對(duì)深部資源進(jìn)行勘探的理想方法。目前坑道勘探施工的鉆機(jī)主要有Atlas公司的Diamec系列鉆機(jī)和國(guó)產(chǎn)的XY系列巖心鉆機(jī)。Diamec系列鉆機(jī)采用分體式和全液壓動(dòng)力

2、頭的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠，并可滿足坑道內(nèi)多角度的鉆進(jìn)要求，但其售價(jià)昂貴、配件服務(wù)周期長(zhǎng)，限制了其在國(guó)內(nèi)的大規(guī)模推廣應(yīng)用；XY系列巖心鉆機(jī)采用機(jī)械回轉(zhuǎn)、液壓給進(jìn)的傳動(dòng)方式和整體式的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)效率高、性價(jià)比高，是目前國(guó)內(nèi)巖心鉆機(jī)的主導(dǎo)機(jī)型，但其鉆進(jìn)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(yīng)用。因此，目前國(guó)內(nèi)缺乏性價(jià)比合理、施工效率高的的坑道勘探專用鉆機(jī)。為此研制了ZDY1000G型全液壓坑道鉆機(jī)，主要用于坑道勘探領(lǐng)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(shè)計(jì)ZDY1000G型全液壓坑道鉆機(jī)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(nèi)施工勘探孔的要求，確定鉆機(jī)的總體結(jié)構(gòu)特征如下：a.鉆機(jī)采用液壓傳動(dòng)方式。全液壓鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，布局靈活，解體性好，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作。b.鉆機(jī)采用適宜坑道狹小空間使用的分體式結(jié)構(gòu)。整機(jī)由主機(jī)、泵站和操縱臺(tái)3部分組成，各部分之間用軟管連接，擺布靈活，便于搬遷運(yùn)輸，在運(yùn)輸條件較差的地區(qū)，主機(jī)

4、還可以進(jìn)一步解體。c.主機(jī)采用動(dòng)力頭式結(jié)構(gòu)。動(dòng)力頭式結(jié)構(gòu)具有立軸式和轉(zhuǎn)盤(pán)式鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，其動(dòng)力頭可以在給進(jìn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下沿桅桿(或?qū)蚣?移動(dòng)，并可進(jìn)行加減壓鉆進(jìn)，具有給進(jìn)行程長(zhǎng)、起下鉆速度快、可以滿足全方位鉆進(jìn)要求[1]，是坑道勘探鉆機(jī)的理想結(jié)構(gòu)類型。根據(jù)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(jī)，確定ZDY1000G型坑道勘探鉆機(jī)的主要能力參數(shù)參數(shù)如下：鉆孔深度450m；終孔直徑78.5mm；最大轉(zhuǎn)矩1000Nm；80煤田地質(zhì)與勘

5、探第39卷2.4夾持裝置鉆機(jī)的夾持裝置包括卡盤(pán)與夾持器?？ūP(pán)設(shè)置在動(dòng)力頭上，負(fù)責(zé)將動(dòng)力頭和給進(jìn)裝置輸出的回轉(zhuǎn)和給進(jìn)運(yùn)動(dòng)傳遞給鉆具。夾持器用于夾持孔內(nèi)鉆具防止孔內(nèi)鉆具滑移，還可與動(dòng)力頭配合進(jìn)行鉆桿的自動(dòng)擰卸?？ūP(pán)選用膠囊式結(jié)構(gòu)，具有夾持力大、體積緊湊、反應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)。夾持器選用復(fù)合式夾持器，起下鉆速度快在突然斷電時(shí)可以有效地避免跑鉆事故特別是在鉆機(jī)反轉(zhuǎn)擰卸鉆桿時(shí)夾持力大的優(yōu)點(diǎn)十分突出[2]。3液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1鉆探工藝對(duì)液壓系統(tǒng)的要求該

6、機(jī)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(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的金剛石取心鉆進(jìn)，還要能滿足低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩的PDC或硬質(zhì)合金鉆頭的全面鉆進(jìn)。這就要求鉆機(jī)最高轉(zhuǎn)速高，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍寬，調(diào)節(jié)方便。由于鉆機(jī)要滿足勘探孔的施工工藝，在具備坑道鉆機(jī)加壓鉆進(jìn)功能的基礎(chǔ)上還應(yīng)具備減壓鉆進(jìn)功能，并且要求壓力調(diào)節(jié)方便。3.2液壓回路設(shè)計(jì)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)(圖3)由回轉(zhuǎn)和給進(jìn)兩個(gè)基本回路和輔助功能回路組成。其中回轉(zhuǎn)回

7、路主要為鉆具提供回轉(zhuǎn)動(dòng)力，在給進(jìn)回路提供的給進(jìn)力的配合作用下，實(shí)現(xiàn)鉆具的鉆進(jìn)。液壓系統(tǒng)采用雙泵系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)和給進(jìn)獨(dú)立供油，回轉(zhuǎn)參數(shù)和給進(jìn)參數(shù)可以獨(dú)立調(diào)節(jié)，節(jié)能效果好；雙泵合流還可用于快速起下鉆具和強(qiáng)力起拔處理孔內(nèi)事故。圖3ZDY1000G型全液壓坑道鉆機(jī)液壓系統(tǒng)Fig.3HydraulicsystemofZDY1000Gtunneldrillingrig1——電動(dòng)機(jī)；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(diào)角油缸；18——單向減壓閥；19——調(diào)壓溢流閥；20——副泵安全溢流閥；21——副泵功能轉(zhuǎn)換閥；22——起下鉆功能轉(zhuǎn)換閥；23、27、28——單向節(jié)流閥；24——單向閥組；25——卡盤(pán)回油閥；26——夾持器功能轉(zhuǎn)換閥；29——起拔

9、壓力表；30——給進(jìn)壓力表；31——補(bǔ)油閥組；32——油馬達(dá)；33——精濾油器；34——液壓卡盤(pán)；35——截至閥；36——夾持器；37——給進(jìn)起拔油缸；38——單向閥組；39——安全溢流閥；40——張緊油缸回轉(zhuǎn)回路主要用于克服鉆具的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，要求其轉(zhuǎn)速可調(diào)、剛性高，其壓力與回轉(zhuǎn)負(fù)載的變化相適應(yīng)。回轉(zhuǎn)回路主要由變量泵、換向閥和變量馬達(dá)組成。變量泵和變量馬達(dá)的組合在充分利用功率的基礎(chǔ)上，達(dá)到了最大的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)范圍。換向閥用于控制回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

10、的轉(zhuǎn)向。給進(jìn)回路主要用于提供鉆進(jìn)的給進(jìn)、起拔力，結(jié)合鉆探工藝實(shí)現(xiàn)加壓、減壓鉆進(jìn)，主要有變量泵、換向閥、減壓閥、手動(dòng)溢流閥、節(jié)流閥和油缸組成。減壓閥和手動(dòng)溢流閥用于控制加壓鉆進(jìn)的給進(jìn)力，而減壓鉆進(jìn)依靠節(jié)流閥控制給進(jìn)油缸起拔端的系統(tǒng)背壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。4結(jié)論ZDY1000G型全液壓坑道鉆機(jī)在“國(guó)家安全生產(chǎn)西安鉆機(jī)檢測(cè)檢驗(yàn)中心”的性能測(cè)試臺(tái)上整機(jī)進(jìn)行負(fù)載運(yùn)行，對(duì)主要性能參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。測(cè)試結(jié)果表明，其各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。ZDY100