【正文】 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY6000S型全液壓鉆機(jī) (MK6型 ) 一．適應(yīng)范圍 ： ? ZDY6000S型全液壓鉆機(jī)是動(dòng)力頭式全液壓鉆機(jī)，具有扭矩大、給進(jìn) /起拔力強(qiáng)等特點(diǎn)。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） ? 鉆具應(yīng)用情況簡介 在此次施工中采用煤科總院西安研究院研制的 8類金剛石復(fù)合片鉆頭 ： φ75mm的內(nèi)凹三翼金剛石復(fù)合片鉆頭； φ113mm內(nèi)凹三翼金剛石復(fù)合片鉆頭； φ113mm四翼刮刀金剛石復(fù)合片鉆頭； φ94金剛石復(fù)合片組合擴(kuò)孔鉆頭； φ113mm金剛石復(fù)合片組合擴(kuò)孔鉆頭； φ153mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭； φ193mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭和 φ300mm金剛石復(fù)合片導(dǎo)向擴(kuò)孔鉆頭 ， 8類鉆頭經(jīng)使用，效果良好，特別是對(duì)于堅(jiān)固性系數(shù) f=~進(jìn)性能。鉆孔下斜。用造斜組合鉆具鉆進(jìn)至 337m時(shí)，經(jīng)測斜儀對(duì)鉆孔進(jìn)行傾角測量，最大傾角為 1176。終孔孔深 865m（孔深 0~712m段，孔徑為 φ153mm；孔深 712~865m段，孔徑為φ113mm）。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） 2鉆孔施工簡介 ： 開孔傾角上仰 176。孔深 380m以后先是換用φ113mm四翼刮刀鉆頭，鉆頭后跟 3個(gè)穩(wěn)定器。最小為 6176。方位平行于415運(yùn)順，孔深 （其中孔深 0~420m段，孔徑為 φ193mm；孔深 420~500m段，孔徑為φ153mm；孔深 500~，孔徑為φ113mm）。施工區(qū)段地質(zhì)構(gòu)造主要以褶皺構(gòu)造為主，屬高瓦斯地區(qū)，煤的平均厚度為10m，煤層傾角 5~7176。其中一個(gè)鉆孔 孔深 865m，最高時(shí)效達(dá)到 28m/h，開孔直徑 Φ300mm，終孔孔徑 Φ150mm，是當(dāng)時(shí)我國煤礦井下施工 成孔最長、孔徑最大的近水平定向全煤鉆孔。試驗(yàn)歷時(shí) 11天，純鉆進(jìn)時(shí)間約 138小時(shí)，累計(jì)進(jìn)尺 ，平均時(shí)效為 ，采用一次成孔的鉆進(jìn)工藝，先后完成了鉆機(jī)能力孔和試驗(yàn)孔兩個(gè)鉆孔。變量油泵和變量馬達(dá)的有機(jī)組合使轉(zhuǎn)速和扭矩調(diào)整范圍擴(kuò)大并實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，提高了鉆機(jī)對(duì)不同鉆進(jìn)工藝的適應(yīng)能力； ，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率； /起拔鉆具，使給進(jìn) /起拔能力增大，提高了處理孔內(nèi)事故的能力； ，通過更換不同尺寸的卡瓦組可適用不同直徑的外平鉆桿，鉆桿長度也不受鉆機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的限制； ； ，使操縱人員可遠(yuǎn)離孔口，確保了人身安全； ，提高了鉆機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) ZDY8000S/ZDY10000S全液壓鉆機(jī)（ MK7型） 二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ： ，由主機(jī)、泵站、操縱臺(tái)三大部分組成，解體性強(qiáng)。它具有大扭矩、給進(jìn) /起拔力強(qiáng)等特點(diǎn)。 該機(jī)可解體為三大模塊：控制模塊；給進(jìn)模塊）；動(dòng)力模塊。全方位全角度施鉆。 90176。 施鉆范圍大。 巷道適應(yīng)性強(qiáng)。液壓系統(tǒng)元件全部采用國際或國內(nèi)知名品牌，三聯(lián)液壓泵具有負(fù)載敏感功能。另外還具有勘探取芯功能，可完成煤層取樣工作。 可多功能鉆孔。動(dòng)力頭兩檔機(jī)械變速，輸出最大扭矩為 3500Nm，高于國內(nèi)外同類產(chǎn)品。靶向精度高，有效減少定向鉆孔的參數(shù)調(diào)整次數(shù)，提高鉆孔精度和效率。 孔位靶向性好。運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低，精度達(dá)到 176。 終孔直徑 /mm 96 額定扭矩 / 1擋最大輸出扭矩 3500 2擋最大輸出扭矩 2750 輸出轉(zhuǎn)速 /rpm 1 擋 10900 2 擋 101200 最大起拔 /給進(jìn)力 /kN 160 主油泵 額定壓力 /MPa 29 水泵 額定壓力 /MPa 7 電機(jī)功率 /kw 90 kw 1140 v/660v 油箱有效容積 /L 280 配套鉆桿直徑 /mm 70/89 總質(zhì)量 /kg 14000 主機(jī)外形尺寸（長 X寬 X高） mXmXm 4000 x 2183 x 1660mm ZDY3500F定向鉆機(jī) 特點(diǎn)： 測斜精度高。 動(dòng)力模塊(352014001200mm)重 。176。176。機(jī)身全部采用高強(qiáng)鋼板制造，保證了機(jī)身在復(fù)雜工礦下的強(qiáng)度和剛度要求。 穩(wěn)定可靠的孔底動(dòng)力，孔底螺桿馬達(dá)采用國內(nèi)和國際知名品牌，具有效率高、穩(wěn)定性好、壽命長以及輸出轉(zhuǎn)速范圍寬和扭矩大等特點(diǎn)。 前后夾持裝置，采用密閉式夾持機(jī)構(gòu)，利用強(qiáng)力彈簧和環(huán)形液壓缸來實(shí)現(xiàn)鉆桿的夾緊與放松，具有松、緊速度快，精度高，同步性好，同軸度高且夾緊可靠等特點(diǎn)。 終孔直徑 /mm 96 額定扭矩 / 1擋最大輸出扭矩 3500 2擋最大輸出扭矩 2750 輸出轉(zhuǎn)速 /rpm 1 擋 10900 2 擋 101200 最大起拔 /給進(jìn)力 /kN 160 主油泵 額定壓力 /MPa 29 額定流量 L/min 180 電機(jī)功率 /kw 90 kw 1140 v/660v 油箱有效容積 /L 280 配套鉆桿直徑 /mm 70/89 總質(zhì)量 /kg 14000 主機(jī)外形尺寸（長 X寬 X高） mXmXm 4000 x 2183 x 1660mm ZDY3500L定向鉆機(jī) 特點(diǎn)： 精確的測斜定位系統(tǒng)，對(duì)鉆進(jìn)軌跡的傾角、方位角、工具面角、溫度等參數(shù)，可進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的檢測和顯示，以便鉆手及時(shí)調(diào)整施鉆參數(shù)，確保實(shí)際鉆進(jìn)軌跡與設(shè)計(jì)相符。 ； 工具角： 177。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ⑤ 液壓步履機(jī)構(gòu) 1—— 回轉(zhuǎn)器； 2—— 給進(jìn)裝置及機(jī)架； 3—— 夾持器； 4—— 液壓步履機(jī)構(gòu) 主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) （ 1）近水平深孔 500～ 1000m全液壓坑道鉆機(jī) 型 號(hào) ZDY6000S (MK6) ZDY8000S ZDY10000S (MK7) 額定扭矩 / 6000~1600 8000~2100 10000~2600 額定轉(zhuǎn)速 / 60~210 45~160 35~130 最大起拔 /給進(jìn)力 /kN 190/250 給進(jìn) /起拔行程 /mm 1000 主軸傾角 /o 10~10 給進(jìn) /起拔速度/ 主副泵合流給進(jìn) 0~ 副泵給進(jìn) 0~ 液壓系統(tǒng)額定壓力 /MPa 主油泵 28 副油泵 21 電機(jī)功率 /kw 75 90 油箱有效容積 /L 280 配套鉆桿直徑 /mm 73/89 89 總質(zhì)量 /kg 5600 主機(jī)外形尺寸（長 X寬 X高） mXmXm 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) （ 1）近水平深孔 500～ 1000m全液壓坑道鉆機(jī) 型 號(hào) ZDY3500L定向鉆機(jī) 注 最大鉆進(jìn)深度 ＞ 1000m 測斜精度 ： 傾角： 177。在鉆機(jī)的方位調(diào)整好以后，頂緊單體液壓支柱。轉(zhuǎn)到所要求的位置后，再使整機(jī)落下。通過操縱臺(tái)控制支腿油缸和平移油缸交替動(dòng)作即可完成主機(jī)的前后步移。支腿油缸和上述主機(jī)各部件都安裝在上盤上； ? 在下盤中部裝有中心轉(zhuǎn)向油缸。 構(gòu)成及其作用： ? 液壓步履機(jī)構(gòu)由 支腿油缸 、 平移油缸、中心轉(zhuǎn)向油缸、上下底盤等部件 組成。通過調(diào)角油缸調(diào)節(jié)機(jī)身角度來滿足鉆孔傾角的要求。 機(jī)架 用于安裝給進(jìn)裝置，起支撐作用，承受鉆機(jī)給進(jìn)、起拔時(shí)的反作用力和回轉(zhuǎn)時(shí)的翻轉(zhuǎn)扭矩。 鉆機(jī)的給進(jìn)裝置 構(gòu)成 ：由 2個(gè)雙桿油缸并列安裝構(gòu)成，活塞桿固定在機(jī)身兩端的擋板上，有效地利用機(jī)身的長度和寬度，并增加了機(jī)身的剛度；缸筒沿活塞桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)，改善了缸筒的導(dǎo)向性，延長了油缸的使用壽命。松開夾持器時(shí)，副油缸已卸壓，主油缸的推力只需克服碟形彈簧的張力即可，所以開啟壓力低，有利于液壓系統(tǒng)的壓力協(xié)調(diào)，提高液壓系統(tǒng)的效率。常閉部分可保證機(jī)身在最大傾角時(shí)鉆桿秤在自重作用下不下滑。 1傳拉盤； 2后端蓋； 3端壓環(huán)； 4卡盤體； 5支撐環(huán)； 6膠筒； 7一傳扭盤； 8前端蓋； 9卡瓦； 10復(fù)位彈簧； II墊片 膠筒式液壓卡盤示意圖 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ③液壓 夾持器 — 是固定孔內(nèi)鉆具的重要部件。在膠筒的中部設(shè)有支承環(huán)，它頂住膠筒外緣形成高壓油腔的密封，并限制其變形的范圍。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ② 膠筒式液壓卡盤的工作原理 是：高壓油經(jīng)主軸及卡盤后端蓋上的小孔進(jìn)入膠筒外側(cè)的密封腔中，膠筒中部受到徑向的壓力而收縮，迫使卡瓦組向中心移動(dòng)而夾緊鉆桿。 主 機(jī) 示 意 圖 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ① 動(dòng)力頭 — 是鉆機(jī)的核心部件，采用手動(dòng)調(diào)節(jié)油流量的變量馬達(dá)（高速、小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)）配一個(gè)大速比傳動(dòng)箱（ NGW型行星齒輪機(jī)構(gòu)為第 1級(jí)傳動(dòng)），實(shí)現(xiàn)鉆速和轉(zhuǎn)矩的大范圍無級(jí)調(diào)速，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、效率高。 （ 2）定向鉆進(jìn)工藝和穩(wěn)定組合鉆具 也是實(shí)現(xiàn)長鉆孔施工成功的關(guān)鍵。煤礦瓦斯高效抽采 新技術(shù)、新工藝、新裝備 俞啟香 (教授、博導(dǎo)、國家安全生產(chǎn)專家） 中國礦業(yè)大學(xué) 國家煤礦瓦斯治理工程研究中心 主要內(nèi)容 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù)及裝備 松軟煤層抽放鉆孔關(guān)鍵技術(shù)及裝備 立體交叉鉆孔布孔增透技術(shù) 高壓水射流擴(kuò)孔技術(shù)與工藝 水力導(dǎo)噴增流提透技術(shù) 深孔預(yù)裂控制爆破增流提透技術(shù)及工藝 V錐流量計(jì) 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 1）簡介 （ 1）長鉆孔是實(shí)施“先抽后采、抽放達(dá)標(biāo)”的重要前提。近年來，西安院、重慶院等，研制成功了施工長 5001000m鉆孔系列裝備。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 特點(diǎn) ： ①分體式：整機(jī)分為主機(jī)、操作臺(tái)和泵站 3大部分； ②全液壓、雙泵，可分流、合流以滿足各種鉆進(jìn)工況要求 ③鉆速、鉆矩和給進(jìn) /起拔力范圍較大，處理孔內(nèi)事故能力較強(qiáng)。 1變量馬達(dá)； 2太陽輪； 3馬達(dá)座； 4行星輪： 5行星輪架； 6小齒輪； 7大齒輪； 8配油套； 9卡盤； 10傳動(dòng)箱體； 11主軸 圖 2 5 回轉(zhuǎn)器結(jié)構(gòu)圖 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ② 液壓卡盤 — 150m以上鉆機(jī)普遍采用膠筒式液壓卡盤， 其特點(diǎn)是 ：卡盤采用膠筒式結(jié)構(gòu)，靠液壓直接作用到機(jī)械夾緊鉆桿，幾乎沒有中間元件，夾緊可靠；油壓作用面積大，卡緊力大；不用軸承，結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?。划?dāng)卡瓦和鉆桿磨損后，夾緊力不減。回油時(shí)，卡瓦組在彈簧的作用下，自動(dòng)復(fù)位而松開鉆桿?；宓淖饔檬欠乐鼓z筒擠入卡瓦體之間。其工作原理是常開式夾持器與常閉式夾持器的結(jié)合。常開部分的副油缸可以在回轉(zhuǎn)器反轉(zhuǎn)時(shí)，通人壓力油產(chǎn)生一個(gè)附加推力，使夾緊力為碟形彈簧的張力和副油缸的推力之和，保證可靠地夾緊鉆桿。 1滑軌； 2主活塞； 3卡瓦及卡瓦座； 4復(fù)位彈簧； 5插桿； 6碟形彈簧； 7副油缸 夾持器結(jié)構(gòu)示意圖 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ④ 給進(jìn)裝置及機(jī)架 鉆機(jī)的給進(jìn)裝置 功能 ： ，完成起、下鉆具工序和在鉆進(jìn)過程中控制孔底壓力滿足鉆頭連續(xù)破巖的要求； B. 孔內(nèi)出現(xiàn)事故時(shí)能進(jìn)行強(qiáng)力起拔。油缸的擋環(huán)插入拖板的馬蹄形擋塊之間，裝拆方便。機(jī)架由前后立柱和調(diào)角油缸等部件組成。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) 主要部件簡介： ⑤ 液壓步履機(jī)構(gòu) 用途： 鉆機(jī)常常要在一個(gè)鉆場施工數(shù)個(gè)鉆孔，為便于就近搬遷，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短施工準(zhǔn)備時(shí)間，在幾種深孔鉆機(jī)上配備了帶中心轉(zhuǎn)向的液壓步履機(jī)構(gòu)。 ? 上下兩層底盤之間設(shè)有滑軌。上下盤之間裝有平移油缸，其缸筒和活塞桿分別與上盤和下盤鉸接。當(dāng)需要轉(zhuǎn)向時(shí)，可操縱中心轉(zhuǎn)向油缸使主機(jī)整體升離地面，通過人力直接推動(dòng)主機(jī)轉(zhuǎn)向。 ? 為在鉆場能牢固安裝鉆機(jī)，在上盤側(cè)面對(duì)稱布置 4個(gè)單體液壓支柱的支座。有支座的夾持即使支柱松動(dòng)也不會(huì)翻倒砸傷人。176。176。 給進(jìn)系統(tǒng)，采用液壓與鏈條結(jié)合傳動(dòng)，其具有結(jié)構(gòu)緊湊、力傳遞平穩(wěn)、進(jìn)給行程加倍等特點(diǎn)。 特殊合金鋼、特殊熱處理的柔性鉆桿，其強(qiáng)度高，韌性好，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的定向鉆進(jìn)軌跡，具有通纜結(jié)構(gòu)，結(jié)合定向鉆進(jìn)工況，鉆桿采用特殊螺紋連接，密封性好，入扣容易，不粘扣，強(qiáng)度高，可有效減少斷桿事故的發(fā)生。 高強(qiáng)度的焊接機(jī)身，采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)并經(jīng)過有限元分析 進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。 煤礦井下定向長鉆孔施工關(guān)鍵技術(shù) 2）鉆機(jī) （ 1）近水平深孔 500～ 1000m全液壓坑道鉆機(jī) 型 號(hào) ZDY3500F定向鉆機(jī) 注 最大鉆進(jìn)深度