浅谈全液压大角度钻机的改造设计及应用

曹佐卿

摘 要：全液压大角度钻机在使用过程中会出现移动困难、材料消耗增加等问题，影响到正常作业。所以，应针对全液压大角度钻机的组成结构进行适当地改造，提升钻机的使用性，从而提高作业效率。文章就此结合实例展开了讨论，先是介绍了某种全液压大角度钻机的结构、参数，然后分析现有全液压大角度钻机的缺陷，最后详细阐述了其改造方案及应用效果。

关键词：全液压；大角度钻机；改造设计；应用

我国大部分煤矿作业仍是以井工开采为主。在实际生产中，随着矿井开采强度的不断增大，采掘深度也会增大。这时矿井的安全性就会下降，引发各种安全事故。对于这种情况多是采用钻孔的方法加以解决。而钻孔作业必不可少的工具就是钻机。但是矿井环境越复杂，对钻机的使用性能要求越高。这就意味着很有可能出现钻机不适用于煤矿作业的情况，只能进行钻机的改造。

一、全液压大角度钻机介绍

某全液压大角度钻机主要由钻具、操控台、泵站、机架、动力头、立柱框架等部分组成。这种钻进多被应用在硬度值不足8的煤岩层作业中。而且在应用该钻机时需预留不小于6m2的工作空面，其宽度要不小于2.5米，高度要不小于2.3米。其结构如图1 所示。数字1代表的是泵站，2代表动力头，3代表机架，4代表立柱框架，5代表钻具，6代表操纵台。

该钻机的参数如下所示：钻深为150米，开孔直径为42-115mm，终孔直径为73-115mm，钻杆规格为Φ42-115mm，倾角为-90℃-90℃，外形尺寸为：2107X410X460mm，油泵压力为25MPa，油泵排量为6.4-40.6mL/r，钻机毛重为932kg，主副泵压力均为16MPa，油箱容积为60L。

二、改造的必要性

1.存在钻机摆动问题

结合实际来看，钻机动力头跑道尾部的支撑杆与钻机底座之间主要是以插销方式连接的。这种连接方式的最大缺点是存在间隙。在钻机运行过程中，钻杆在受到反作用力时，该间隙受到作用就会造成支撑杆、底座之间的松动，导致钻机跑道摆动。严重时，还有可能造成钻杆及其它构件的损坏。

2.存在钻孔角度偏差问题

该钻机底座的固定主要是依靠两个单体液压支柱。但是由于缺少必要的高压注液设备，导致底座固定不够牢靠。钻机在使用中会出现震动现象，经过长时间的应用，钻机底座难免会出现晃动问题，造成钻孔预设角度出现偏差，使得开孔位置偏移。

3.底座固定存在安全隐患

在单体液压支柱的安装中，需要两人合作。其中一人固定支柱，另一人加压支护。在不断加压过程中一旦出现顶板矸石掉落、支柱方向倾斜问题，就有可能会威胁到安装人员的安全。

4.结构设置不合理

依据该钻机结构来看，油箱、驱动电机的间距较窄，会影响到油软管的更换、驱动单机的拆装。而且液压油箱进油软管中未设置控制阀。这意味着一旦油软管出现问题，就有可能造成液压油的泄露。

5.油软管设置不合理

钻机操控台、泵站之间是用油软管连接的。若要移动钻机，就要先拆除油软管。这不仅会增加钻机的操作难度，而且还有可能造成液压系统故障。因为拆除油软管后，若不做好接头的防护工作，就有可能使外界杂质进入到油软管内，进而影响到液压系统的正常。

6.整机搬移不便

液压钻机的毛重非常大。一旦需要长距离移动，就要先拆除部分构件。然后再采用人工移动方式，进行液压的运输。达到指定地点后再进行组装。这不仅会消耗大量的人力、物力，而且还会影响到液压机的应用效率。

三、改造设计方案

1.跑道与底座的连接改造

跑道与底座存在间隙是造成钻机出现摆动问题的关键。所以，在改造中可对原有的支撑杆尺寸进行优化，并改变它与底座之间的连接方式，从而有效消除跑道、底座间隙，提高钻底座的牢固性。

具体方法是：将直径为50毫米的前座支撑杆、73毫米的后座支撑杆更换为直径为73毫米的立柱。然后采用螺栓固定的方式将立柱与底座连接在一起，可选择6颗直径为16毫米的螺栓。同时，钻机前后座也可采用立柱进行固定。需要注意的是前座可选择高度为800毫米、直径为73毫米的立柱，后座可选择高度为600毫米、直径为73毫米的立柱。通过这一系列的改造不仅能有效提升前后座的牢靠性，还能有效缩减跑道、底座的间隙。

2.钻机角度改造

在钻井角度改造中，应注意若是采用螺栓固定方式将跑道与底座固定在一起，钻机倾角是无法调节的。所以，在改造中可尝试安装倾角调节罗盘实现钻机倾角的调节。具体改造方法是：在跑道支撑位置处安装倾角调节罗盘。为了保证倾角调节罗盘的稳固性，可用12毫米厚的钢板制作罗盘，并用四颗螺栓将其与跑道连接在一起。另外，在调节罗盘上还应提前预留调节眼，并将抱箍与调节罗盘连接在一起。这样在需要调节钻机倾角时，只要通过松紧抱箍螺栓就可完成。可以说，采用这种改造方式不仅仅能灵活调整钻机倾角，而且还能消除钻机震动对钻机的影响，减少钻机的晃动。

3.底座固定改造

在底座固定改造中，应重点改造构件与底座的连接方式，提升底座的牢固性。首先，油缸、底座固定改造。对此，可将原来的单体支柱改为两个液压油缸。尽量采用最大行程能达到700毫米，最大压力能达到31MPa的液压油缸。其次，进行底座改造。考虑到各构件的需求，在底座上可增设工字钢。同时，将超出底座的液压油缸的两端部分作为液压油缸支撑点，并采用插销方式连接液压油缸、工字钢。需要注意的是在连接中应尽量保持油缸、顶板是垂直接触的。这样一旦出现跑偏现象，就可通过抱箍进行油缸固定。最后，操作台的改造。对此，可采用增设换用阀控制阀组的方式，在副泵侧安装控制阀组。这样就有有效避免油泵卸压情况。另外，还可在底座上的油缸下部增设液压锁，并用高压油管将控制阀、液压锁连接在一起。而后利用副泵压力，实现钻机固定，从而减少钻机的晃动，保证钻孔施工质量。

4.液压油泵改造

在液压油泵改造中可缩小原泵站底座，并在泵站底座后方安装驱动电机。然后再将油箱改造成为正方体，再借助托架将油箱安装在液压泵上方。接下来，再增大驱动电机、油箱的间距，方便后续油箱、电机的维修。另外，还可将冷却器、过滤器安装在油箱右上方，并在进油管上安装闸阀，胶管更换为高压管。这样既可以解决胶管损坏问题，也可以灵活控制油管。

5.供、回油路改造

对此，可采用以下方法进行改造：在操作台上设置节流阀、换压阀、压力表；采用螺栓使液压泵、操作台成为整体；缩短液压泵占、操作台之间的高压软管长度。这样即便是进行钻机的远距离运输，也不需要拆卸高压软管。

6.改造钻机移动装置

对此，可从以下几个方面入手：第一，制作绞绳器，并利用钻机动力头配件、齿轮制作减速器。第二，采用螺栓固定的方法进行绞车固定，并给绞车安装导向轮。同时，在绞车周边还可添加护罩。这样可有效保证绞车运行的安全。第三，為了方便操作绞车，可再额外增设一组控制阀。具体可选择操作控台上的多路换用阀主泵侧位置。同时，控制阀上安装防护设施。第四，为了避免钻机移动时出现泵站后倾现象，可将柱式油泵安装在泵站后方。这样在移动钻机时，就可立起支柱，缓解泵站后倾。

四、改造效果

实践证明：经过改造后的钻机，稳定性、牢固性有了显著提高。而且改造后的钻机不再需要耗费较多的人力、财力。经过详细测算发现应用改造后的钻机每年可节省上百万的作业成本。

综上所述，结合实际进行全液压大角度钻机的改造设计，不仅可以提高全液压大角度钻机的使用性能，而且还可以提升作业效率，降低作业成本，有效提高钻机的经济效益。

参考文献

[1]尹晋.全液压大角度钻机的改造设计与应用[J].机械管理开发，2019，34（04）：189-191.

[2]宋海涛，刘亦洋，姚亚峰，白稳乐，彭涛.大角度多层孔履带式全液压坑道钻机的研制与应用[J].煤炭工程，2014，46（12）：126-128.

[3]黄理辉，张庆.ZDY4000S型全液压大角度钻机改造的设计与应用[J].低碳世界，2014（15）：197-198.