淺談全液壓大角度鉆機的改造設計及應用

曹佐卿

摘 要：全液壓大角度鉆機在使用過程中會出現移動困難、材料消耗增加等問題，影響到正常作業。所以，應針對全液壓大角度鉆機的組成結構進行適當地改造，提升鉆機的使用性，從而提高作業效率。文章就此結合實例展開了討論，先是介紹了某種全液壓大角度鉆機的結構、參數，然后分析現有全液壓大角度鉆機的缺陷，最后詳細闡述了其改造方案及應用效果。

關鍵詞：全液壓；大角度鉆機；改造設計；應用

我國大部分煤礦作業仍是以井工開采為主。在實際生產中，隨著礦井開采強度的不斷增大，采掘深度也會增大。這時礦井的安全性就會下降，引發各種安全事故。對于這種情況多是采用鉆孔的方法加以解決。而鉆孔作業必不可少的工具就是鉆機。但是礦井環境越復雜，對鉆機的使用性能要求越高。這就意味著很有可能出現鉆機不適用于煤礦作業的情況，只能進行鉆機的改造。

一、全液壓大角度鉆機介紹

某全液壓大角度鉆機主要由鉆具、操控臺、泵站、機架、動力頭、立柱框架等部分組成。這種鉆進多被應用在硬度值不足8的煤巖層作業中。而且在應用該鉆機時需預留不小于6m2的工作空面，其寬度要不小于2.5米，高度要不小于2.3米。其結構如圖1 所示。數字1代表的是泵站，2代表動力頭，3代表機架，4代表立柱框架，5代表鉆具，6代表操縱臺。

該鉆機的參數如下所示：鉆深為150米，開孔直徑為42-115mm，終孔直徑為73-115mm，鉆桿規格為Φ42-115mm，傾角為-90℃-90℃，外形尺寸為：2107X410X460mm，油泵壓力為25MPa，油泵排量為6.4-40.6mL/r，鉆機毛重為932kg，主副泵壓力均為16MPa，油箱容積為60L。

二、改造的必要性

1.存在鉆機擺動問題

結合實際來看，鉆機動力頭跑道尾部的支撐桿與鉆機底座之間主要是以插銷方式連接的。這種連接方式的最大缺點是存在間隙。在鉆機運行過程中，鉆桿在受到反作用力時，該間隙受到作用就會造成支撐桿、底座之間的松動，導致鉆機跑道擺動。嚴重時，還有可能造成鉆桿及其它構件的損壞。

2.存在鉆孔角度偏差問題

該鉆機底座的固定主要是依靠兩個單體液壓支柱。但是由于缺少必要的高壓注液設備，導致底座固定不夠牢靠。鉆機在使用中會出現震動現象，經過長時間的應用，鉆機底座難免會出現晃動問題，造成鉆孔預設角度出現偏差，使得開孔位置偏移。

3.底座固定存在安全隱患

在單體液壓支柱的安裝中，需要兩人合作。其中一人固定支柱，另一人加壓支護。在不斷加壓過程中一旦出現頂板矸石掉落、支柱方向傾斜問題，就有可能會威脅到安裝人員的安全。

4.結構設置不合理

依據該鉆機結構來看，油箱、驅動電機的間距較窄，會影響到油軟管的更換、驅動單機的拆裝。而且液壓油箱進油軟管中未設置控制閥。這意味著一旦油軟管出現問題，就有可能造成液壓油的泄露。

5.油軟管設置不合理

鉆機操控臺、泵站之間是用油軟管連接的。若要移動鉆機，就要先拆除油軟管。這不僅會增加鉆機的操作難度，而且還有可能造成液壓系統故障。因為拆除油軟管后，若不做好接頭的防護工作，就有可能使外界雜質進入到油軟管內，進而影響到液壓系統的正常。

6.整機搬移不便

液壓鉆機的毛重非常大。一旦需要長距離移動，就要先拆除部分構件。然后再采用人工移動方式，進行液壓的運輸。達到指定地點后再進行組裝。這不僅會消耗大量的人力、物力，而且還會影響到液壓機的應用效率。

三、改造設計方案

1.跑道與底座的連接改造

跑道與底座存在間隙是造成鉆機出現擺動問題的關鍵。所以，在改造中可對原有的支撐桿尺寸進行優化，并改變它與底座之間的連接方式，從而有效消除跑道、底座間隙，提高鉆底座的牢固性。

具體方法是：將直徑為50毫米的前座支撐桿、73毫米的后座支撐桿更換為直徑為73毫米的立柱。然后采用螺栓固定的方式將立柱與底座連接在一起，可選擇6顆直徑為16毫米的螺栓。同時，鉆機前后座也可采用立柱進行固定。需要注意的是前座可選擇高度為800毫米、直徑為73毫米的立柱，后座可選擇高度為600毫米、直徑為73毫米的立柱。通過這一系列的改造不僅能有效提升前后座的牢靠性，還能有效縮減跑道、底座的間隙。

2.鉆機角度改造

在鉆井角度改造中，應注意若是采用螺栓固定方式將跑道與底座固定在一起，鉆機傾角是無法調節的。所以，在改造中可嘗試安裝傾角調節羅盤實現鉆機傾角的調節。具體改造方法是：在跑道支撐位置處安裝傾角調節羅盤。為了保證傾角調節羅盤的穩固性，可用12毫米厚的鋼板制作羅盤，并用四顆螺栓將其與跑道連接在一起。另外，在調節羅盤上還應提前預留調節眼，并將抱箍與調節羅盤連接在一起。這樣在需要調節鉆機傾角時，只要通過松緊抱箍螺栓就可完成。可以說，采用這種改造方式不僅僅能靈活調整鉆機傾角，而且還能消除鉆機震動對鉆機的影響，減少鉆機的晃動。

3.底座固定改造

在底座固定改造中，應重點改造構件與底座的連接方式，提升底座的牢固性。首先，油缸、底座固定改造。對此，可將原來的單體支柱改為兩個液壓油缸。盡量采用最大行程能達到700毫米，最大壓力能達到31MPa的液壓油缸。其次，進行底座改造。考慮到各構件的需求，在底座上可增設工字鋼。同時，將超出底座的液壓油缸的兩端部分作為液壓油缸支撐點，并采用插銷方式連接液壓油缸、工字鋼。需要注意的是在連接中應盡量保持油缸、頂板是垂直接觸的。這樣一旦出現跑偏現象，就可通過抱箍進行油缸固定。最后，操作臺的改造。對此，可采用增設換用閥控制閥組的方式，在副泵側安裝控制閥組。這樣就有有效避免油泵卸壓情況。另外，還可在底座上的油缸下部增設液壓鎖，并用高壓油管將控制閥、液壓鎖連接在一起。而后利用副泵壓力，實現鉆機固定，從而減少鉆機的晃動，保證鉆孔施工質量。

4.液壓油泵改造

在液壓油泵改造中可縮小原泵站底座，并在泵站底座后方安裝驅動電機。然后再將油箱改造成為正方體，再借助托架將油箱安裝在液壓泵上方。接下來，再增大驅動電機、油箱的間距，方便后續油箱、電機的維修。另外，還可將冷卻器、過濾器安裝在油箱右上方，并在進油管上安裝閘閥，膠管更換為高壓管。這樣既可以解決膠管損壞問題，也可以靈活控制油管。

5.供、回油路改造

對此，可采用以下方法進行改造：在操作臺上設置節流閥、換壓閥、壓力表；采用螺栓使液壓泵、操作臺成為整體；縮短液壓泵占、操作臺之間的高壓軟管長度。這樣即便是進行鉆機的遠距離運輸，也不需要拆卸高壓軟管。

6.改造鉆機移動裝置

對此，可從以下幾個方面入手：第一，制作絞繩器，并利用鉆機動力頭配件、齒輪制作減速器。第二，采用螺栓固定的方法進行絞車固定，并給絞車安裝導向輪。同時，在絞車周邊還可添加護罩。這樣可有效保證絞車運行的安全。第三，為了方便操作絞車，可再額外增設一組控制閥。具體可選擇操作控臺上的多路換用閥主泵側位置。同時，控制閥上安裝防護設施。第四，為了避免鉆機移動時出現泵站后傾現象，可將柱式油泵安裝在泵站后方。這樣在移動鉆機時，就可立起支柱，緩解泵站后傾。

四、改造效果

實踐證明：經過改造后的鉆機，穩定性、牢固性有了顯著提高。而且改造后的鉆機不再需要耗費較多的人力、財力。經過詳細測算發現應用改造后的鉆機每年可節省上百萬的作業成本。

綜上所述，結合實際進行全液壓大角度鉆機的改造設計，不僅可以提高全液壓大角度鉆機的使用性能，而且還可以提升作業效率，降低作業成本，有效提高鉆機的經濟效益。

參考文獻

[1]尹晉.全液壓大角度鉆機的改造設計與應用[J].機械管理開發，2019，34（04）：189-191.

[2]宋海濤，劉亦洋，姚亞峰，白穩樂，彭濤.大角度多層孔履帶式全液壓坑道鉆機的研制與應用[J].煤炭工程，2014，46（12）：126-128.

[3]黃理輝，張慶.ZDY4000S型全液壓大角度鉆機改造的設計與應用[J].低碳世界，2014（15）：197-198.