ZDY4000 全液壓鉆機(jī)定向化改造技術(shù)應(yīng)用

趙 磊

（山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司屯蘭礦，山西 古交 030200）

引言

瓦斯是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅，在實(shí)際生產(chǎn)中通過(guò)合理的通風(fēng)措施對(duì)工作面的瓦斯進(jìn)行稀釋，以使得瓦斯?jié)舛鹊陀凇睹禾堪踩?guī)程》的要求；同時(shí)，在開(kāi)采前還可通過(guò)全液壓鉆機(jī)鉆孔對(duì)瓦斯進(jìn)行預(yù)抽采，降低工作面煤層的瓦斯涌出量。針對(duì)瓦斯抽采的鉆機(jī)以全液壓定向鉆機(jī)為主，定向鉆機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中由于工作量大且年代久遠(yuǎn)故障頻發(fā)[1]。為保證瓦斯抽采效率，本文以ZDY4000 全液壓鉆機(jī)為例，對(duì)其實(shí)際生產(chǎn)中存在的不足和問(wèn)題進(jìn)行定向化改造，并對(duì)改造后的效果進(jìn)行驗(yàn)證。

1 ZDY4000 全液壓鉆機(jī)概述

ZDY4000 全液壓鉆機(jī)具有高鉆孔效率、鉆機(jī)、輔助工作時(shí)間短以及鉆機(jī)利用率高的優(yōu)勢(shì)。該型全液壓鉆機(jī)可自主行走、結(jié)構(gòu)布置合理輔助功能齊全。從結(jié)構(gòu)上分析，ZDY4000 全液壓鉆機(jī)由開(kāi)關(guān)、移動(dòng)沙箱、操作臺(tái)、動(dòng)力源、行走裝置、油箱以及主機(jī)等組成，設(shè)備對(duì)應(yīng)的參數(shù)包括有回轉(zhuǎn)參數(shù)、給進(jìn)參數(shù)、機(jī)架參數(shù)、行走參數(shù)等，各項(xiàng)參數(shù)的具體指標(biāo)如表1 所示。

表1 ZDY4000 全液壓鉆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

ZDY4000 全液壓鉆機(jī)行走裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可有效避免現(xiàn)場(chǎng)的障礙物，并在其側(cè)面安裝了4 個(gè)具備液壓鎖的液壓支柱；設(shè)備通過(guò)梅花形彈性連接器實(shí)現(xiàn)電機(jī)動(dòng)力至鉆頭動(dòng)力的傳遞，同時(shí)配有板翅式冷卻器對(duì)液壓油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻；設(shè)備油箱內(nèi)部采用鱗化結(jié)構(gòu)保證箱體內(nèi)液壓油的清潔度[2]。同時(shí)，ZDY4000 液壓鉆機(jī)采用雙油泵的模式，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)和給進(jìn)相對(duì)獨(dú)立的恒功率控制；可根據(jù)工作面情況對(duì)設(shè)備傾角進(jìn)行方便調(diào)節(jié)。

目前，ZDY4000 全液壓鉆機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中的主要問(wèn)題是由于鉆桿跑偏導(dǎo)致鉆孔的軌跡無(wú)法精確控制。因此，急需對(duì)其進(jìn)行定向化改造。本文將主要對(duì)其抱緊機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)并配套相應(yīng)的鉆桿完成定向化改造。

2 ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的定向化改造

本小節(jié)主要對(duì)ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的抱緊機(jī)構(gòu)和液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造。

2.1 抱緊機(jī)構(gòu)

為保證ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的定向功能，急需對(duì)其抱緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行改造。目前，抱緊機(jī)構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)為夾緊力大且反應(yīng)及時(shí)；但是，由于長(zhǎng)時(shí)間的應(yīng)用導(dǎo)致其卡瓦磨損嚴(yán)重，對(duì)應(yīng)的更換零部件耗時(shí)且費(fèi)力[3]。因此，結(jié)合ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將原斜面增力式抱緊機(jī)構(gòu)替換為濕式摩擦盤(pán)式定向抱緊機(jī)構(gòu)，摩擦盤(pán)式定向抱緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)

如圖1 所示的濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)與斜面增力式抱緊機(jī)構(gòu)相比，其在油壓作用下主動(dòng)摩擦片和被動(dòng)摩擦片之間被擠壓實(shí)現(xiàn)抱緊功能，具有制動(dòng)力矩大且性能更加可靠的優(yōu)勢(shì)。

2.2 液壓系統(tǒng)

鑒于抱緊機(jī)構(gòu)改造為濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)，為保證抱緊機(jī)構(gòu)功能的正常發(fā)揮，需對(duì)其液壓系統(tǒng)進(jìn)行大量改造，具體從對(duì)主軸抱緊功能控制油路和增加抱緊裝置鎖緊控制油路兩方面著手改造。具體改造路徑如下：

為液壓系統(tǒng)新增定向鉆進(jìn)操作閥，該項(xiàng)裝置主要為定向抱緊機(jī)構(gòu)提供高壓油，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)主軸的定向控制；同時(shí)，為液壓系統(tǒng)新增馬達(dá)浮動(dòng)截止閥，避免鉆機(jī)的正常工作受到意外動(dòng)作的影響[4]。

為保證定向鉆機(jī)在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程的穩(wěn)定性和鉆進(jìn)效率，并結(jié)合上述改造方案為其配置國(guó)產(chǎn)Φ73 mm 的三機(jī)螺桿馬達(dá)，保證定向鉆進(jìn)的需求；同時(shí)，為了避免在實(shí)際過(guò)程中受到負(fù)載振動(dòng)、沖擊載荷作用而經(jīng)常發(fā)生的卡鉆事故，提高設(shè)備的排渣效果，為其配置Φ73 mm 的整體式寬翼片螺旋鉆桿；對(duì)應(yīng)的將直徑為96 mm 的鉆頭擴(kuò)大為153 mm。

3 ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的定向化改造效果

為驗(yàn)證ZDY4000 全液壓鉆機(jī)的定向化改造效果，將其應(yīng)用到西山煤電屯蘭礦22302 軌道巷中對(duì)其性能進(jìn)行驗(yàn)證。

3.1 22302 工程概況

22302 軌道巷鉆場(chǎng)位于Z4點(diǎn)附近，測(cè)試鉆孔開(kāi)孔點(diǎn)位于鉆場(chǎng)正前與右手幫相交處（開(kāi)孔點(diǎn)距底板1.6 m），貫穿點(diǎn)位于22300 膠帶巷與22300皮順繞道相交處（貫通點(diǎn)距底板2 m）。開(kāi)孔點(diǎn)X 坐標(biāo)37 594 609.752 3，Y 坐標(biāo)4 195 864.167 4，Z 坐標(biāo)792.7；貫穿點(diǎn)X 坐標(biāo)37 594 554.960 4，Y 坐標(biāo)4 195 706.584 1，Z 坐標(biāo)794.07。（屆時(shí)，根據(jù)鉆進(jìn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工情況，鉆進(jìn)坐標(biāo)參數(shù)將作適當(dāng)微調(diào)），鉆孔將采取繞頂鉆進(jìn)方式，即鉆孔將進(jìn)入2 號(hào)煤頂板鉆進(jìn)，爬升到一定高度后，鉆孔再向下鉆進(jìn)，直至鉆進(jìn)至貫通點(diǎn)，鉆進(jìn)期間鉆孔會(huì)通過(guò)2 條正斷層，過(guò)斷層期間，放慢鉆進(jìn)速度，以防卡鉆。鉆孔貫通水平投影距離為166.84 m。本次試驗(yàn)涉及的設(shè)備如表2 所示。

表2 施工設(shè)備

施工工序如下：鉆場(chǎng)準(zhǔn)備→鉆孔設(shè)計(jì)→穩(wěn)固鉆機(jī)→開(kāi)孔注漿（安裝封孔管）→安裝孔口瓦斯管理裝置→鉆進(jìn)施工→洗孔→退鉆桿[5]。

3.2 施工效果

開(kāi)孔點(diǎn)位于22302 軌道巷Z4點(diǎn)硐室內(nèi)右手幫拐角處，貫通點(diǎn)位于22300 皮帶順槽P3點(diǎn)前47.98 m，高差距離巷道底板2.1 m。實(shí)際鉆孔開(kāi)孔傾角9.23°，方位角185.63°，鉆孔開(kāi)孔后向上爬升至6.95 m 再向下鉆進(jìn)至預(yù)計(jì)貫穿點(diǎn)，施工途中，鉆孔分別穿過(guò)砂質(zhì)泥巖、1 號(hào)煤、細(xì)砂巖、3 號(hào)煤，鉆孔施工完畢后，終孔位置距P3點(diǎn)前48.18 m，左右偏差為0.2 m，高差距巷道底板0.7 m，施工期間實(shí)鉆數(shù)據(jù)向下偏移0.4 m，故上下軌跡實(shí)際偏移量為1 m，鉆孔軌跡總長(zhǎng)177.48 m。鉆進(jìn)結(jié)果如表3 所示。

表3 鉆進(jìn)結(jié)果

貫穿點(diǎn)距離向右偏移0.2 m，向下偏移1 m。根據(jù)實(shí)鉆結(jié)果計(jì)算，該測(cè)量系統(tǒng)傾角誤差為±0.3%，方位角誤差為±0.1%。根據(jù)結(jié)果顯示，實(shí)際貫穿點(diǎn)位于計(jì)算誤差范圍內(nèi)，測(cè)量系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了定向鉆進(jìn)的功能。

4 結(jié)語(yǔ)

全液壓鉆機(jī)為煤礦瓦斯抽采的主要設(shè)備，該設(shè)備的鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)精度等均為保證瓦斯抽采效果的主要參數(shù)。為解決ZDY4000 全液壓鉆機(jī)在實(shí)際鉆進(jìn)過(guò)程中存在的問(wèn)題，將原斜面增力式抱緊機(jī)構(gòu)替換為濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)，并在其液壓系統(tǒng)增加定向鉆進(jìn)操作閥和浮動(dòng)截止閥以滿足抱緊機(jī)構(gòu)改造的使用要求。實(shí)踐表明，ZDY4000 全液壓鉆進(jìn)機(jī)實(shí)施定向化改造后測(cè)量系統(tǒng)性能較為穩(wěn)定且實(shí)現(xiàn)了定向鉆進(jìn)的功能。