ZDY4000型全液压钻机定向化改造研究及应用分析

王鹏斐

（西山煤电马兰矿，山西太原030205）

在煤矿生产中，对安全有很大威胁的是瓦斯，可是在生产时，经过通风措施来稀释工作面中的瓦斯，且通风措施是比较合理的，进而使瓦斯浓度要比《煤炭安全规程》中的有关要求低；于此同时，当未开采时，还能够使用全液压钻机钻孔来预抽采瓦斯，将其瓦斯涌出量降低。用全液压定向钻机来抽采瓦斯，在实际使用定向钻机时，因为有比较大的工作量并且使用时间比较长，就会经常发生故障。由于要对瓦斯抽采的效率进行保证，在本文中，将以ZDY4000型全液压钻机当作案例，来定向化改造该钻机实际生产内发生的问题与不足，还验证了改造之后的最终效果。

1 简述ZDY4000型全液压钻机

钻孔效率比较高、较短的辅助工作时间、较高的钻机使用率等是ZDY4000 型全液压钻机所具有的优势。ZDY4000 型全液压钻机能够自主行走、辅助功能比较齐全、结构布置比较合理。对结构进行分析，主机、油箱、行走装置、动力源、操作台、移动沙箱及开关等构成了ZDY4000 型全液压钻机，所对应的有关参数有行走参数、机架参数、回转参数等，表1就是ZDY400全液压钻机关键参数指标。

表1 ZDY400全液压钻机关键参数指标

由于其行走装置所具有的结构特点，能够很好地对实际障碍物进行避免，将液压支柱安装在行走装置的侧面，且数量是4个，有液压锁存在于液压支柱中；弹性连接器会将电机的动力直接传递到钻头，且弹性连接器是梅花形的，与此同时，将板翅式冷却器进行了配备，该冷却器可以强制冷却液压油；将鳞化结构使用到设备的油箱中，该结构可以确保液压油所具有的清洁度。与此同时，将双油泵使用到ZDY4000 型液压钻机中，使回转、给进的控制功率不变；按照实际状况来调节其倾角。

在对该全液压钻机进行使用时，存在的问题主要就是因为有跑偏发生在钻杆中而造成不能准确控制钻孔轨迹。所以，要马上定向改造该问题。在本文中，需要做定向化改造的是ZDY4000型全液压钻机的液压系统、抱紧机构与相配套的钻杆[1]。

2 定向化改造ZDY4000型全液压钻机

在本文中，主要改造的是其液压系统与抱紧机构。

2.1 定向化改造抱紧机构

由于要使其定向功能得以保证，那么就要马上改造抱紧结构。现在，反应及时及较大夹紧力就是抱紧机构所具有的优势；可是，因为使用时间比较长就造成抱紧机构的卡瓦有严重的磨损，在更换相应零部件时不但费力而且耗时。所以，与其结构所具有特点相结合，用湿式摩擦盘式定向抱紧机构取代之前的斜面增力式抱紧机构，图1 就是湿式摩擦盘式定向抱紧机构图。

图1 湿式摩擦式定向抱紧机构

从图1 中，对比两种抱紧机构，由于油压的不断作用，而挤压被动摩擦片与主动摩擦片，进而使抱紧功能得以实现，所具有的优势是比较大的制动力矩与可靠性更高的性能。

2.2 定向化改造液压系统

由于改变了抱紧机构，若要正常发挥抱紧机构的所有功能，就要改造液压系统，且改造的量比较大，改造的主要着手点就是将抱紧装置锁增加与主轴抱紧功能来对油路进行控制。下面就是改造的路径：

将定向钻进操作阀新增到液压系统中，定向钻进操作阀主要将高压油提供给定向抱紧机构，进而可以定向控制钻机的主轴；于此同时，将马达浮动截止阀新增到液压系统中，防止有突然的动作出现在钻机工作中。

由于要确保定向钻机钻进时的钻进效率与稳定性，还和以上所讲的改造方案相结合来将三机螺杆马达进行了配置，该马达的型号是∅73mm 且是国产的，使定向钻进方面的有关要求得以满足；与此同时，由于要防止有冲击载荷与负载振动不断作用，就会有卡钻发生，将设备对渣的排除效果提高，将宽翼片螺旋钻杆进行了配备，且该钻杆是整体式的、型号是∅73mm；还扩大了钻头直径，从96mm扩大到153mm。

3 改造成效

由于要对其改造成效进行验证，把ZDY4000 型全液压钻机使用至西山煤电集团某矿22302轨道巷，来验证其主要性能。

3.1 简述22302工程状况

靠近乙点的钻场就是22302轨道巷钻场，右手帮与钻场的正前方的交叉处就是钻孔开孔点进行测试的点（底板和开孔点的距离是1.6m），22300皮顺绕道和22300胶带巷的交叉处就是贯穿点（底板和贯穿点的距离是2m）。贯穿点、开孔点所对应的的X坐标是37594 554.9603、37594609.7522，对 应 的Y坐 标 是4195706.5840、4195864.16743，对应的Z坐标分别是794.06、792.6（按照实际状况，来适当调整其坐标参数），在钻孔时，会使用的钻进模式是绕顶，就是钻孔直接钻进2号煤等的顶板，然后一直向上爬升，在爬升至指定高度之后，在改变钻进方向，向下，一直钻进，贯通点就是钻进终点，在进行钻进时，会有正断层被钻孔通过，且数量是2条，在过断层时，会将钻进的速度降低，防止有卡钻发生。水平方向上的钻孔贯通投影有166.84m的距离[2]。表2就是此次试验所使用到的设备。

表2 施工设备

下面几项就是施工步骤：①准备钻场。②设计钻孔。③钻机的稳固。④注浆至开孔（将封孔管进行安装）。⑤孔口瓦斯管理装置的安装。⑥钻进施工。⑦洗孔。⑧将钻杆退出来。

3.2 施工的效果

在22302轨道巷中，其乙点硐室中的右手帮有拐角的位置就是开孔点，其P3点之前的47.98m处就是贯通点，巷道底板和高差有2.1m的距离。在钻孔时，其开孔的方位角与倾角分别是185.63°、9.23°，钻孔开孔之后，一直向上爬升，在爬升到6.95m之后，在向下钻进，并钻进到预计的贯穿点，在施工期间，3 号煤、细砂岩、1 号煤、砂质泥岩被钻孔所穿过，在结束钻孔之后，终孔与P3 点的距离是48.18m，有0.2m 的左右偏差，与巷道底板有0.7m 的高差，在施工过程中，若钻进数据有0.4m的向下偏差，那么轨迹就会有1m 的偏移量，总的钻孔轨迹长度是177.48m。表3就是其钻进结果。

表3 钻进结果

贯穿点的实际距离在向右、向下分别偏移0.2m、1m。按照实际钻进的结果来进行计算，会有±0.3 的方位误差与0.1%的倾角误差出现在此测量系统中。按照结果得知，在误差的计算范围中包含贯穿点，其测量系统具有比较稳定的性能，使定向钻进这一功能得以实现。

4 结论

在煤矿瓦斯抽采中，最关键的设备就是全液压钻机，全液压钻机的钻进准确度、钻进速度等都能对瓦斯抽采效果所有参数进行保证。由于要对其实际钻进时所产生的问题进行解决，用湿式摩擦式定向抱紧机构取代之前的斜面增力式抱紧机构，并把浮动截止阀与定向钻进操作阀增加到该液压系统中，来使抱紧机构的定向化改造方面的要求得以满足。通过实践得知，在实施定向化改造ZDY4000 型全液压钻进机之后，其测量系统具有比较稳定的性能，使定向钻进这一功能得以实现。