ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机及其应用

张孟魁

（晋城金成矿山建筑工程有限公司，山西 晋城 048000）

1 概 况

煤矿开采过程中，水害防治和瓦斯治理工作是非常关键和重要的环节，会用到定向钻进技术。但受技术水平限制，在煤矿用钻机领域，我国很多使用的设备都是从国外引进，不仅采购时价格昂贵，后续使用维护费用也高，因此研制能够适应我国煤矿复杂环境的国产化煤矿用钻机非常必要。ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机是我国在消化吸收国外先进设备的基础上研制而成的，目前在煤矿工程实践中取得了良好的应用效果。本文以神农煤业15101工作面为例，分析研究ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机的实际应用效果。

2 钻机特点及主要技术参数

2.1 技术特点

（1）ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机采用全液压动力头，具有履带全行功能，能够在复杂的煤矿工矿环境下工作。

（2）具有低转速、大扭矩的特点，适合大直径近水平深孔钻进作业，可以轻松应对卡钻事故。

（3）拥有主轴定位功能，能显著提升钻孔精度，确保实际钻进轨迹与设计钻进轨迹保持一致。

（4）操作台、泵站和主机3大结构件全部直接在自行式履带车体上进行安装，方便对设备进行搬运。

（5）夹持器和卡盘的配合使用，极大降低了设备操作难度及劳动强度，为钻孔效率的提升奠定了良好的基础。

（6）给进过程和回转过程采用单独泵机工作，可单独对参数进行设置，设备的环境适应性强。

（7）液压系统元件性能先进的产品，工作稳定且具有良好的通用性。

2.2 主要技术参数

ZDY6000LD型钻机主要技术参数见表1。

表1 ZDY6000LD型钻机主要技术参数Table 1 Main technical parameters of ZDY6000LD drilling rig

3 钻机主要结构

3.1 整体结构

如图1所示为ZDY6000LD型钻机整体结构。从图中可以看出，钻机主要由5大部分构成，分别为履带车体、座椅、泵站、操作台和主机，后4部分结构全部安装在履带车体上，各个结构件之间主要通过高压胶管和螺栓进行连接。钻机结构紧凑，运行可靠性和稳定性高，方便在矿井中对钻机进行搬运。

图1 ZDY6000LD型钻机整体结构Fig.1 Overall structure of ZDY6000LD drilling rig

3.2 钻机关键结构分析

（1）履带主体。主要由3大部分构成，分别为履带底盘、车体平台和稳固调角油缸。利用钢制履带片加工履带底盘，不仅强度高且耐磨性较好。车体平台通过螺栓固定连接在履带底盘横梁上，主要作用是安装操作台、泵站和主机等其他结构件。车体4个角落部位设置有稳固调角油缸，每个位置有2个油缸，都可单独调节，保证设备具有很好的适应性。

（2）主机。如图2所示为ZDY6000LD型钻机主机的主要结构，可以看出，主机、主要由回转器、夹持器、给进装置3大部分构成。

图2 主机的主要结构Fig.2 Main structure of the host

①回转器。由液压卡盘、变速箱、油马达、抱紧装置等结构件构成。基于卡槽式连接方式在给进装置托盘上进行安装，在给进油缸的驱动作用下可以实现周期性的旋转运动，驱动钻具工作，达到钻孔或者起拨的目的。

②夹持器。作用是对孔内钻具进行夹持，安装固定在给进装置的前侧。为了更好适应不同环境，夹持器安装在给进机身上时设置有两组调节垫片，可根据实际情况对夹持器高度进行调整，确保夹持器中心轴与主轴中心线在同一条线上，提升装置运行的稳定性。

③给进装置。主要由机身、托板和给进油缸等部分构成，给进油缸有2个，呈并列式排布，2个油缸活塞杆分别固定在机身两端。托板挡块之间设置有卡套，缸体上设置有卡环，通过卡环卡在卡套上进行连接。在活塞杆的驱动作用下，缸体做周期性往复运动，驱动拖板沿着机身导轨做直线往复运动，安装在给进装置上的回转器随之做直线运动。

（3）泵站。泵站的作用是为钻机运行提供动力来源，主要由油箱、防爆电动机、弹性联轴器以及2个泵构成，弹性联轴器的作用是将泵与电机进行连接，泵在电机的作用下将油箱中的油排出，在操作台控制系统的作用下，实现各个机构运行的控制。2个泵均属恒压变量泵，运行时温升较慢且运行效率高。

4 钻机的工程实践应用研究

4.1 煤矿基本情况

神农煤业15号煤层勘探的可开采煤炭储量为274万t，15101工作面的斜向长度和走向长度分别为300 m和1 154 m，煤层平均厚度为4.5 m。对工作面水文地质条件进行分析发现，在作业区域内包含1个较大含水层，总储量3.78×106m3。工作面开采过程中含水层会对工作面产生影响，存在涌水的危险。为了对工作面的水害进行治理，结合实际情况现需要布置6个钻孔。

15101工作面顶板定向钻孔的设计轨迹如图1所示。由图1可知，6个定向钻孔的深度分别为456、459、480、515、594、288 m，方位角分别为142.3°、155°、161.6°、172.5°、181.2°、153.6°，对应的倾角分别为30°、25°、30°、25°、30°、30°。

图3 工作面顶板定向钻孔的设计轨迹Fig.3 Design trajectory of roof directional drilling in working face

4.2 钻机应用效果分析

此次钻孔任务使用的设备为ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机。经工程实践发现，6个钻孔全部一次成孔，成孔率为100%。最大钻孔深度为594 m，且设备具备钻进更深的能力。

6个钻孔的实际轨迹与设计轨迹之间的偏差及其偏差率统计情况，如图2所示。由图2可知，2号钻孔在左右方向上的位移偏差最大，为2.12 m，其它钻孔在上下和左右方向上的偏差较小，均在1 m范围内。偏差率方面，同样是2号钻孔左右方向的偏差率最大，为4.62‰，其他钻孔的位移偏差率均不超过3‰。通过ZDY6000LD型钻机在煤矿工程中的实践应用效果可以看出，该设备性能良好，钻孔精度高，完全能够适应煤矿复杂的工况环境。

图4 钻孔实际轨迹与设计轨迹偏差及偏差率Fig.4 Deviation and deviation rate between actual trajectory and design trajectory of borehole

5 结 语

以ZDY6000LD型煤矿用履带式全液压坑道钻机为对象，在对技术参数和主要结构进行介绍的基础上，研究了在神农煤业15101工作面水害防治工作中的具体应用情况。实践表明，ZDY6000LD型钻机具有转速低、扭矩大、结构紧凑、可靠性高等优势，钻孔精度高，在神农煤业15101工作面6个定向钻孔的应用中，实际钻孔轨迹与设计钻孔轨迹进最大偏差不超过5‰，应用效果良好，完全满足煤矿复杂的工况环境的要求。