ZDY4000型全液壓鉆機(jī)定向化改造研究及應(yīng)用分析

王鵬斐

（西山煤電馬蘭礦，山西太原030205）

在煤礦生產(chǎn)中，對安全有很大威脅的是瓦斯，可是在生產(chǎn)時(shí)，經(jīng)過通風(fēng)措施來稀釋工作面中的瓦斯，且通風(fēng)措施是比較合理的，進(jìn)而使瓦斯?jié)舛纫取睹禾堪踩?guī)程》中的有關(guān)要求低；于此同時(shí)，當(dāng)未開采時(shí)，還能夠使用全液壓鉆機(jī)鉆孔來預(yù)抽采瓦斯，將其瓦斯涌出量降低。用全液壓定向鉆機(jī)來抽采瓦斯，在實(shí)際使用定向鉆機(jī)時(shí)，因?yàn)橛斜容^大的工作量并且使用時(shí)間比較長，就會經(jīng)常發(fā)生故障。由于要對瓦斯抽采的效率進(jìn)行保證，在本文中，將以ZDY4000型全液壓鉆機(jī)當(dāng)作案例，來定向化改造該鉆機(jī)實(shí)際生產(chǎn)內(nèi)發(fā)生的問題與不足，還驗(yàn)證了改造之后的最終效果。

1 簡述ZDY4000型全液壓鉆機(jī)

鉆孔效率比較高、較短的輔助工作時(shí)間、較高的鉆機(jī)使用率等是ZDY4000 型全液壓鉆機(jī)所具有的優(yōu)勢。ZDY4000 型全液壓鉆機(jī)能夠自主行走、輔助功能比較齊全、結(jié)構(gòu)布置比較合理。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，主機(jī)、油箱、行走裝置、動力源、操作臺、移動沙箱及開關(guān)等構(gòu)成了ZDY4000 型全液壓鉆機(jī)，所對應(yīng)的有關(guān)參數(shù)有行走參數(shù)、機(jī)架參數(shù)、回轉(zhuǎn)參數(shù)等，表1就是ZDY400全液壓鉆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。

表1 ZDY400全液壓鉆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)

由于其行走裝置所具有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，能夠很好地對實(shí)際障礙物進(jìn)行避免，將液壓支柱安裝在行走裝置的側(cè)面，且數(shù)量是4個，有液壓鎖存在于液壓支柱中；彈性連接器會將電機(jī)的動力直接傳遞到鉆頭，且彈性連接器是梅花形的，與此同時(shí)，將板翅式冷卻器進(jìn)行了配備，該冷卻器可以強(qiáng)制冷卻液壓油；將鱗化結(jié)構(gòu)使用到設(shè)備的油箱中，該結(jié)構(gòu)可以確保液壓油所具有的清潔度。與此同時(shí)，將雙油泵使用到ZDY4000 型液壓鉆機(jī)中，使回轉(zhuǎn)、給進(jìn)的控制功率不變；按照實(shí)際狀況來調(diào)節(jié)其傾角。

在對該全液壓鉆機(jī)進(jìn)行使用時(shí)，存在的問題主要就是因?yàn)橛信芷l(fā)生在鉆桿中而造成不能準(zhǔn)確控制鉆孔軌跡。所以，要馬上定向改造該問題。在本文中，需要做定向化改造的是ZDY4000型全液壓鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)、抱緊機(jī)構(gòu)與相配套的鉆桿[1]。

2 定向化改造ZDY4000型全液壓鉆機(jī)

在本文中，主要改造的是其液壓系統(tǒng)與抱緊機(jī)構(gòu)。

2.1 定向化改造抱緊機(jī)構(gòu)

由于要使其定向功能得以保證，那么就要馬上改造抱緊結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在，反應(yīng)及時(shí)及較大夾緊力就是抱緊機(jī)構(gòu)所具有的優(yōu)勢；可是，因?yàn)槭褂脮r(shí)間比較長就造成抱緊機(jī)構(gòu)的卡瓦有嚴(yán)重的磨損，在更換相應(yīng)零部件時(shí)不但費(fèi)力而且耗時(shí)。所以，與其結(jié)構(gòu)所具有特點(diǎn)相結(jié)合，用濕式摩擦盤式定向抱緊機(jī)構(gòu)取代之前的斜面增力式抱緊機(jī)構(gòu)，圖1 就是濕式摩擦盤式定向抱緊機(jī)構(gòu)圖。

圖1 濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)

從圖1 中，對比兩種抱緊機(jī)構(gòu)，由于油壓的不斷作用，而擠壓被動摩擦片與主動摩擦片，進(jìn)而使抱緊功能得以實(shí)現(xiàn)，所具有的優(yōu)勢是比較大的制動力矩與可靠性更高的性能。

2.2 定向化改造液壓系統(tǒng)

由于改變了抱緊機(jī)構(gòu)，若要正常發(fā)揮抱緊機(jī)構(gòu)的所有功能，就要改造液壓系統(tǒng)，且改造的量比較大，改造的主要著手點(diǎn)就是將抱緊裝置鎖增加與主軸抱緊功能來對油路進(jìn)行控制。下面就是改造的路徑：

將定向鉆進(jìn)操作閥新增到液壓系統(tǒng)中，定向鉆進(jìn)操作閥主要將高壓油提供給定向抱緊機(jī)構(gòu)，進(jìn)而可以定向控制鉆機(jī)的主軸；于此同時(shí)，將馬達(dá)浮動截止閥新增到液壓系統(tǒng)中，防止有突然的動作出現(xiàn)在鉆機(jī)工作中。

由于要確保定向鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的鉆進(jìn)效率與穩(wěn)定性，還和以上所講的改造方案相結(jié)合來將三機(jī)螺桿馬達(dá)進(jìn)行了配置，該馬達(dá)的型號是?73mm 且是國產(chǎn)的，使定向鉆進(jìn)方面的有關(guān)要求得以滿足；與此同時(shí)，由于要防止有沖擊載荷與負(fù)載振動不斷作用，就會有卡鉆發(fā)生，將設(shè)備對渣的排除效果提高，將寬翼片螺旋鉆桿進(jìn)行了配備，且該鉆桿是整體式的、型號是?73mm；還擴(kuò)大了鉆頭直徑，從96mm擴(kuò)大到153mm。

3 改造成效

由于要對其改造成效進(jìn)行驗(yàn)證，把ZDY4000 型全液壓鉆機(jī)使用至西山煤電集團(tuán)某礦22302軌道巷，來驗(yàn)證其主要性能。

3.1 簡述22302工程狀況

靠近乙點(diǎn)的鉆場就是22302軌道巷鉆場，右手幫與鉆場的正前方的交叉處就是鉆孔開孔點(diǎn)進(jìn)行測試的點(diǎn)（底板和開孔點(diǎn)的距離是1.6m），22300皮順繞道和22300膠帶巷的交叉處就是貫穿點(diǎn)（底板和貫穿點(diǎn)的距離是2m）。貫穿點(diǎn)、開孔點(diǎn)所對應(yīng)的的X坐標(biāo)是37594 554.9603、37594609.7522，對 應(yīng) 的Y坐 標(biāo) 是4195706.5840、4195864.16743，對應(yīng)的Z坐標(biāo)分別是794.06、792.6（按照實(shí)際狀況，來適當(dāng)調(diào)整其坐標(biāo)參數(shù)），在鉆孔時(shí)，會使用的鉆進(jìn)模式是繞頂，就是鉆孔直接鉆進(jìn)2號煤等的頂板，然后一直向上爬升，在爬升至指定高度之后，在改變鉆進(jìn)方向，向下，一直鉆進(jìn)，貫通點(diǎn)就是鉆進(jìn)終點(diǎn)，在進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，會有正斷層被鉆孔通過，且數(shù)量是2條，在過斷層時(shí)，會將鉆進(jìn)的速度降低，防止有卡鉆發(fā)生。水平方向上的鉆孔貫通投影有166.84m的距離[2]。表2就是此次試驗(yàn)所使用到的設(shè)備。

表2 施工設(shè)備

下面幾項(xiàng)就是施工步驟：①準(zhǔn)備鉆場。②設(shè)計(jì)鉆孔。③鉆機(jī)的穩(wěn)固。④注漿至開孔（將封孔管進(jìn)行安裝）。⑤孔口瓦斯管理裝置的安裝。⑥鉆進(jìn)施工。⑦洗孔。⑧將鉆桿退出來。

3.2 施工的效果

在22302軌道巷中，其乙點(diǎn)硐室中的右手幫有拐角的位置就是開孔點(diǎn)，其P3點(diǎn)之前的47.98m處就是貫通點(diǎn)，巷道底板和高差有2.1m的距離。在鉆孔時(shí)，其開孔的方位角與傾角分別是185.63°、9.23°，鉆孔開孔之后，一直向上爬升，在爬升到6.95m之后，在向下鉆進(jìn)，并鉆進(jìn)到預(yù)計(jì)的貫穿點(diǎn)，在施工期間，3 號煤、細(xì)砂巖、1 號煤、砂質(zhì)泥巖被鉆孔所穿過，在結(jié)束鉆孔之后，終孔與P3 點(diǎn)的距離是48.18m，有0.2m 的左右偏差，與巷道底板有0.7m 的高差，在施工過程中，若鉆進(jìn)數(shù)據(jù)有0.4m的向下偏差，那么軌跡就會有1m 的偏移量，總的鉆孔軌跡長度是177.48m。表3就是其鉆進(jìn)結(jié)果。

表3 鉆進(jìn)結(jié)果

貫穿點(diǎn)的實(shí)際距離在向右、向下分別偏移0.2m、1m。按照實(shí)際鉆進(jìn)的結(jié)果來進(jìn)行計(jì)算，會有±0.3 的方位誤差與0.1%的傾角誤差出現(xiàn)在此測量系統(tǒng)中。按照結(jié)果得知，在誤差的計(jì)算范圍中包含貫穿點(diǎn)，其測量系統(tǒng)具有比較穩(wěn)定的性能，使定向鉆進(jìn)這一功能得以實(shí)現(xiàn)。

4 結(jié)論

在煤礦瓦斯抽采中，最關(guān)鍵的設(shè)備就是全液壓鉆機(jī)，全液壓鉆機(jī)的鉆進(jìn)準(zhǔn)確度、鉆進(jìn)速度等都能對瓦斯抽采效果所有參數(shù)進(jìn)行保證。由于要對其實(shí)際鉆進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的問題進(jìn)行解決，用濕式摩擦式定向抱緊機(jī)構(gòu)取代之前的斜面增力式抱緊機(jī)構(gòu)，并把浮動截止閥與定向鉆進(jìn)操作閥增加到該液壓系統(tǒng)中，來使抱緊機(jī)構(gòu)的定向化改造方面的要求得以滿足。通過實(shí)踐得知，在實(shí)施定向化改造ZDY4000 型全液壓鉆進(jìn)機(jī)之后，其測量系統(tǒng)具有比較穩(wěn)定的性能，使定向鉆進(jìn)這一功能得以實(shí)現(xiàn)。