ZDY4000型全液壓鉆機定向化改造研究及應用分析

王鵬斐

（西山煤電馬蘭礦，山西太原030205）

在煤礦生產中，對安全有很大威脅的是瓦斯，可是在生產時，經過通風措施來稀釋工作面中的瓦斯，且通風措施是比較合理的，進而使瓦斯濃度要比《煤炭安全規程》中的有關要求低；于此同時，當未開采時，還能夠使用全液壓鉆機鉆孔來預抽采瓦斯，將其瓦斯涌出量降低。用全液壓定向鉆機來抽采瓦斯，在實際使用定向鉆機時，因為有比較大的工作量并且使用時間比較長，就會經常發生故障。由于要對瓦斯抽采的效率進行保證，在本文中，將以ZDY4000型全液壓鉆機當作案例，來定向化改造該鉆機實際生產內發生的問題與不足，還驗證了改造之后的最終效果。

1 簡述ZDY4000型全液壓鉆機

鉆孔效率比較高、較短的輔助工作時間、較高的鉆機使用率等是ZDY4000 型全液壓鉆機所具有的優勢。ZDY4000 型全液壓鉆機能夠自主行走、輔助功能比較齊全、結構布置比較合理。對結構進行分析，主機、油箱、行走裝置、動力源、操作臺、移動沙箱及開關等構成了ZDY4000 型全液壓鉆機，所對應的有關參數有行走參數、機架參數、回轉參數等，表1就是ZDY400全液壓鉆機關鍵參數指標。

表1 ZDY400全液壓鉆機關鍵參數指標

由于其行走裝置所具有的結構特點，能夠很好地對實際障礙物進行避免，將液壓支柱安裝在行走裝置的側面，且數量是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，將板翅式冷卻器進行了配備，該冷卻器可以強制冷卻液壓油；將鱗化結構使用到設備的油箱中，該結構可以確保液壓油所具有的清潔度。與此同時，將雙油泵使用到ZDY4000 型液壓鉆機中，使回轉、給進的控制功率不變；按照實際狀況來調節其傾角。

在對該全液壓鉆機進行使用時，存在的問題主要就是因為有跑偏發生在鉆桿中而造成不能準確控制鉆孔軌跡。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型全液壓鉆機的液壓系統、抱緊機構與相配套的鉆桿[1]。

2 定向化改造ZDY4000型全液壓鉆機

在本文中，主要改造的是其液壓系統與抱緊機構。

2.1 定向化改造抱緊機構

由于要使其定向功能得以保證，那么就要馬上改造抱緊結構。現在，反應及時及較大夾緊力就是抱緊機構所具有的優勢；可是，因為使用時間比較長就造成抱緊機構的卡瓦有嚴重的磨損，在更換相應零部件時不但費力而且耗時。所以，與其結構所具有特點相結合，用濕式摩擦盤式定向抱緊機構取代之前的斜面增力式抱緊機構，圖1 就是濕式摩擦盤式定向抱緊機構圖。

圖1 濕式摩擦式定向抱緊機構

從圖1 中，對比兩種抱緊機構，由于油壓的不斷作用，而擠壓被動摩擦片與主動摩擦片，進而使抱緊功能得以實現，所具有的優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

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

將定向鉆進操作閥新增到液壓系統中，定向鉆進操作閥主要將高壓油提供給定向抱緊機構，進而可以定向控制鉆機的主軸；于此同時，將馬達浮動截止閥新增到液壓系統中，防止有突然的動作出現在鉆機工作中。

由于要確保定向鉆機鉆進時的鉆進效率與穩定性，還和以上所講的改造方案相結合來將三機螺桿馬達進行了配置，該馬達的型號是?73mm 且是國產的，使定向鉆進方面的有關要求得以滿足；與此同時，由于要防止有沖擊載荷與負載振動不斷作用，就會有卡鉆發生，將設備對渣的排除效果提高，將寬翼片螺旋鉆桿進行了配備，且該鉆桿是整體式的、型號是?73mm；還擴大了鉆頭直徑，從96mm擴大到153mm。

3 改造成效

由于要對其改造成效進行驗證，把ZDY4000 型全液壓鉆機使用至西山煤電集團某礦22302軌道巷，來驗證其主要性能。

3.1 簡述22302工程狀況

靠近乙點的鉆場就是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進行測試的點（底板和開孔點的距離是1.6m），22300皮順繞道和22300膠帶巷的交叉處就是貫穿點（底板和貫穿點的距離是2m）。貫穿點、開孔點所對應的的X坐標是37594 554.9603、37594609.7522，對 應 的Y坐 標 是4195706.5840、4195864.16743，對應的Z坐標分別是794.06、792.6（按照實際狀況，來適當調整其坐標參數），在鉆孔時，會使用的鉆進模式是繞頂，就是鉆孔直接鉆進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，在改變鉆進方向，向下，一直鉆進，貫通點就是鉆進終點，在進行鉆進時，會有正斷層被鉆孔通過，且數量是2條，在過斷層時，會將鉆進的速度降低，防止有卡鉆發生。水平方向上的鉆孔貫通投影有166.84m的距離[2]。表2就是此次試驗所使用到的設備。

表2 施工設備

下面幾項就是施工步驟：①準備鉆場。②設計鉆孔。③鉆機的穩固。④注漿至開孔（將封孔管進行安裝）。⑤孔口瓦斯管理裝置的安裝。⑥鉆進施工。⑦洗孔。⑧將鉆桿退出來。

3.2 施工的效果

在22302軌道巷中，其乙點硐室中的右手幫有拐角的位置就是開孔點，其P3點之前的47.98m處就是貫通點，巷道底板和高差有2.1m的距離。在鉆孔時，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，并鉆進到預計的貫穿點，在施工期間，3 號煤、細砂巖、1 號煤、砂質泥巖被鉆孔所穿過，在結束鉆孔之后，終孔與P3 點的距離是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，若鉆進數據有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就是其鉆進結果。

表3 鉆進結果

貫穿點的實際距離在向右、向下分別偏移0.2m、1m。按照實際鉆進的結果來進行計算，會有±0.3 的方位誤差與0.1%的傾角誤差出現在此測量系統中。按照結果得知，在誤差的計算范圍中包含貫穿點，其測量系統具有比較穩定的性能，使定向鉆進這一功能得以實現。

4 結論

在煤礦瓦斯抽采中，最關鍵的設備就是全液壓鉆機，全液壓鉆機的鉆進準確度、鉆進速度等都能對瓦斯抽采效果所有參數進行保證。由于要對其實際鉆進時所產生的問題進行解決，用濕式摩擦式定向抱緊機構取代之前的斜面增力式抱緊機構，并把浮動截止閥與定向鉆進操作閥增加到該液壓系統中，來使抱緊機構的定向化改造方面的要求得以滿足。通過實踐得知，在實施定向化改造ZDY4000 型全液壓鉆進機之后，其測量系統具有比較穩定的性能，使定向鉆進這一功能得以實現。