ZDY1000G型全液压坑道钻机的设计

ZDY1000G型全液压坑道钻机是一款主要面向坑道勘探而设计的装备,可用于煤矿瓦斯抽放孔、探放水孔和其他工程钻孔的施工。介绍了该钻机的设计思路、机械系统和液压系统,并对具有复合缓冲张紧装置的双油缸链条倍速给进机构和具有减压钻进功能的双泵液压系统进行了详细描述。      

完善岩心钻机液压给进系统性能的探讨

通过分析现用液压钻机的压力控制回路与节流控制回路,提出采用双联泵供油给进或用节流阀组成联合调速回路的方案。     

ZDY6000L型履带式全液压坑道钻机液压系统设计

提高全液压坑道钻机液压系统的技术水平,对于改善钻机整机性能及提高瓦斯抽采孔的成孔率具有重要意义。在对全液压坑道钻机液压系统现状分析的基础上,根据钻探工艺和液压传动控制系统节能的要求,设计了ZDY6000L型覆带式全液压坑道钻机液压系统,其功能主要包括行走回路、回转回路、给进回路和辅助回路。经型式试验和现场工业性试验表明,该液压系统设计合理、先进可靠,具备良好的机动性,且节能增效。      

“煤矿用履带式全液压坑道钻机”研制成功并投入生产

煤炭科学研究总院西安分院日前推出新产品“煤矿用履带式全液压坑道钻机（简称ZDY6000L型全液压履带钻机）”。该钻机是国家科技部科研院所技术开发研究专项资金项目“ZDY6000L型履带自行式水平深孔瓦斯抽放钻机”的科研成果，主要解决了煤矿井下钻机搬迁运输难的问题，而且在技术上有新突破。与以往MK系列钻机所采用的手动控制、手动变量的液压系统相比，该钻机采用了负载传感变量控制技术和液压反馈控制等先进技术，整体技术水平迈上了一个新台阶。     

冲击钻进、回转钻进和冲击回转钻进的比较

冲击钻进需要的给进压力不大,但是钻进速度很低。回转钻进可以达到很高的钻进速度,可是在坚硬岩石特别是在坚硬砂岩中,即使想达到较高的钻进速度亦需要很大的给进压力。采用冲击回转钻进在较小的给进压力下亦能达到很好的钻进速度;钻进泥质页岩时,当钻进速度超过一定限度,这种钻进方法所需的给进压力较回转钻进要大。所以,冲击回转钻进不适用于这种岩石。图1表示使用这三种方法钻进三种岩石时钻进速度与给进压力的关系曲线,这三种岩石是较软而富有摩擦性的达尔里-吉尔砂岩(英国),最坚硬的石炭纪平南特砂岩和柯尔奴艾尔花岗岩。图1上曲线     

ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机钻压自适应电液系统研究

车载钻机机动性强、工艺适应范围广,是救援钻孔施工的理想机型,传统的车载钻机均采用液控、液驱的方式,存在控制参数显示不直观、管线较多、难以实现闭环控制等难题,钻遇复杂地层时,司钻人员的反应速度往往难以适应工况的变化,不利于钻孔安全。为满足救援钻孔施工安全、自动化程度高的需求,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用电控、液驱的方式。根据回转和给进两大主要执行机构的负载特性,设计具有无级调速和防吸空特性的回转驱动系统、具有防坠落功能的给进驱动回路;根据系统的控制、监控和驱动要求,设计集中操控和显示的救援钻机电控系统,实现分布式总线协议部署以及具有优先级的闭环散热调节;选取对钻压控制有影响的7个参数,采用BP神经网络技术对历史数据进行了训练、验证和测试,获取钻进参数与钻压控制的连接权值矩阵,实现对钻压的自适应控制(Weight on Bit,WOB)。该钻机在宁夏梅花井现场工业性试验中完成了预定的钻孔工作,电液系统运行稳定,温度控制系统可保证液压系统油温保持在40~60℃区间,柴油机冷却液温度保持在70~90℃区间,验证了温度闭环自适应控制系统的工作效果。ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机初步建立了钻压自适应控制模式,但由于地层的多样性和复杂性,还需要不断丰富样本数量、提高系统计算速度,使钻压自适应控制系统对地层的适应性更强。      

ZDY1200L型履带式全液压坑道钻机的研制

为适应当前煤矿井下小直径浅孔瓦斯抽放钻进的需要,研制了ZDY1200L型履带式全液压坑道钻机。钻机带有履带行走机构,机动性强;液压系统为开式循环双泵系统,采用负载敏感技术,降低系统功耗;具有可快速方便地调整钻孔方位角的转盘;自带电磁起动器及照明灯,使用方便,安全性强,便于钻孔作业和钻机维修。现场试验表明:该钻机操作简单,移动性好,钻进效率高,性能可靠,钻孔定位和稳固快捷方便。      

坑道钻机模块化双泵站功率匹配实验研究

为解决坑道钻机动力泵站重量大、搬迁运输难题,提出通过模块设计,将泵站进行拆分,采用小排量双动力双泵合流解决方案。化整为零,可有效减小单个泵站的运输尺寸及重量,并可根据工况需求选择单泵站或双泵合流提高钻机使用的灵活性,同时降低能耗。负载敏感系统具有节能、负载适应性好、调速方便等优点,然而双负载敏感泵系统合流时,2个泵的输出功率不平衡,钻机输出参数不符合设计要求是亟需解决的难题。理论分析指出,两个负载敏感泵与负载敏感阀之间的反馈管路差异影响2个泵的功率平衡,然后建立双动力双泵负载敏感系统动态模型。基于该模型,动态分析双负载敏感泵系统压力流量特性,重点分析反馈管路以及压力补偿器对双泵站功率平衡的影响,并提出双负载敏感泵系统功率匹配方法。通过台架实验对理论分析结果进行验证,结果表明, 管路差异对双泵双动力负载敏感泵合流系统输出特性有较大的影响。在反馈管路中设置阻尼并根据管路匹配阻尼参数,可实现双泵输出参数的基本平衡。通过微调压力补偿器弹簧预压缩量,可使系统达到较好平衡,消除管路差异影响。该方法解决了2个泵站输出功率不平衡问题,该方法有较强的普适性和应用价值,对坑道钻机液压泵站的模块化设计具有重要的参考意义。      

“MK系列钻机产业化”项目列入2006年度西安市重大科技产业化项目

煤炭科学研究总院西安分院“MK系列钻机产业化”项目近日得到西安市科技局的支持，列入2006年度西安市重大科技产业化项目之一（共有5项）。该项目通过开发全液压系列钻机的派生机型，研制高性能孔底动力转动系统，进一步完善近水平长钻孔的施工工艺，为煤矿瓦斯抽放钻孔安全、高效施工提供了强有力的施工设备和技术方法，也对煤矿降低工作面瓦斯浓度，提高瓦斯抽放效率和安全生产水平具有重要意义。项目的实施，将全面提高我国国产全液压坑道钻机的设计和制造水平。     

轻量化坑道钻机的研制及应用

为解决坑道钻机质量大，在巷道中搬迁运输困难的问题，采用轻型结构设计与模块化组装思路，结合轻质材料应用，研制了由5052-H38态高强度铝合金作为主材的ZDY1200G型轻量化坑道钻机，钻机快速拆解后单部件最大质量292.5 kg。采用三维DIC散斑变系统对钻机铝合金给进机身在极限载荷下的应变与位移进行了测量分析，测得最大回转负载工况最大主应变为0.87%，最大起拔工况机身关键部位最大位移6.317 mm，未产生塑性变形，满足使用需求。钻机研制成功后在云南省沧源县某矿进行了现场工业性试验，完成了斜向下43°、深度512.68 m的取心钻孔。试验结果表明，采用铝合金的坑道钻机在强度、刚度、可靠性上与碳钢为主材的坑道钻机相当，并且具有搬迁运输方便的优点，能较好地应用于坑道钻探施工。      

全液压车载钻机给进回路负载特性分析及设计

给进装置是车载钻机的主要执行机构之一,其性能直接影响钻机技术性能的发挥。目前,全液压车载钻机的给进装置大多采用的是两根油缸通过钢丝绳带动动力头运动的伸缩桅杆式结构,结构紧凑,给进行程长。在分析全液压车载钻机给进装置主要工序和负载特性的基础上,ZMK5530TZJ100型车载钻机设计了双泵、双回路控制的液压控制系统,满足快速起下钻及精确钻压控制的正常钻进需求;通过油缸无杆腔贴装防爆阀实现给进装置的可靠悬停功能,避免管路破裂或误操作时钻具自由下落造成的顿钻事故,两个防爆阀可以同步控制油口,并联在一起使两个给进油缸的无杆腔压力相等,保证两油缸同步运行。ZMK5530TZJ100型车载钻机在晋城寺河矿完成了1 675 m的“L”形试验钻孔,验证了给进回路设计的合理性和可靠性。      

瓦斯抽采履带式坑道钻机的研制与应用

目前煤矿井下瓦斯抽采用全液压动力头式钻机以分体式为主,钻机搬迁费时费力,钻孔施工效率较低,履带式钻机的研制有效地解决了这一问题。从4种新型履带式坑道钻机的研制及现场应用情况看,采用整体式履带车载结构,可在井下自行搬迁,方便快捷,工人劳动强度低;机身倾角调整方便省力,钻机固定安全可靠;钻机设计参数合理,配套高强度钻杆处理卡钻事故的能力强;采用全液压驱动,各执行机构既可实现联动,又可单独控制工作;液压系统采用多泵系统,可独立调节各机构工作参数、转速和扭矩无级调整;采用具有节能效果的负载敏感技术,泵控变量便于实现远程控制,符合钻进工况特性要求,可满足煤矿坑道不同孔深钻探施工需求。     

全液压式岩心钻机——国外岩心钻机的发展

一般岩心钻机均由回转、给进和升降三大主要机构组成.这三大机构实现了液压传动即为全液压式岩心钻机.目前,地质岩心钻机已经发展到第三代,即所谓全液压式岩心钻机.第一代钻机是手把给进式的;第二代钻机是油压给进式的.纵观地质岩心钻机的演变过程可以看出,地质岩心钻机是随着钻井工艺水平的发展而发展的.钻井工艺的中心问题就是在保证钻孔符合地质设计要求的前提下,最大限度地提高钻进效率.因此,首先要求钻机的回转机构和给进机构能满足一定钻进方法和适应不同岩层钻进的需要,其次还要求这些机构特别是升降机构能最大限度地减少辅助作业时间.近百年来,岩心钻机的结构基本上是围绕着如何完善回转、给进、升降这三大问题在演进着的.四     

我国煤矿水平深孔施工设备及技术取得重大突破

20 0 2年 12月 4日至 19日 ,煤炭科学研究总院西安分院利用自行研制的MK - 7型坑道钻机 ,与铜川矿务局合作 ,在该局陈家山煤矿联合开展科技部专项资金项目“坑道大直径水平深孔钻机及定向钻进钻具”的工业性试验。在平均厚度10m的煤层中完成两个钻孔 ,总进尺 16 6 7 5m ,其中一个钻孔孔深 86 5m ,最高时效达到 2 8m h ,开孔倾角 5°,开孔孔径Φ30 0mm ,终孔孔径Φ15 0mm ,是目前我国煤矿井下最深的近水平定向钻孔 ,也是目前我国煤矿最深的全煤层钻孔。两个试验孔于 2 0 0 2年 12月 19日开始连孔抽放 ,混合流量 70m3/min ,平均混合浓度 2 8%…     

国家科技部科研院所技术开发研究专项资金项目验收会在煤科总院西安分院隆重召开

7月 1 1日至 1 2日 ,国家科技部科研院所技术开发研究专项资金项目验收会在煤科总院西安分院隆重召开 ,会议对煤科总院系统各院所的 6个项目进行了验收。参加会议的有国家科技部、科技评估中心、国家煤矿安全监察局、煤科总院和相关院所院校、煤业集团 (矿务局 )的领导和专家。专家们通过认真评议 ,一致同意“坑道大直径水平深孔钻机及定向钻进钻具”、“建场法多测站探测系统”等 6个项目通过验收。同时 ,会议期间召开了“坑道大直径水平深孔钻机及定向钻进钻具”项目的鉴定会 ,与会领导和专家听取了项目组的汇报 ,一致认为项目组研制的钻…     

人造金刚石钻探技术:(7)钻机和水泵

人造金刚石钻探用的钻机和一般岩心钻机的结构原理基本上是一样的,都是由三大系统所组成:即传给钻具回转力矩的回转系统,调节轴心压力的给进系统和升降钻具的升降系统.但是,由于人造金刚石钻头在钻进工艺上与钢粒或硬质合金钻进有很大的不同,所以,对钻机的性能也有不同的要求.1.人造金刚石钻进工艺对钻机的要求首先是高转速.实战证明,用人造金刚石钻头钻进时,转速愈高,效率愈高.这是因为目前使用的人造金刚石颗粒细小,在钻头上的出刃很有限,钻进时吃入岩石的深度就更小了,所以只有高转速才能充分发挥其破碎岩石的效能.在现有技术条件下,正常钻进转速可达1000～1500转/分左右.     

15000Nm钻机试验台测试系统设计与应用

由于煤矿坑道钻机钻进能力的提高,原有的钻机试验台已不能满足测试转矩超过6 000 Nm钻机的需要,为此,新建了煤矿坑道钻机试验台。新系统包括硬件和软件2部分,其最大测试转矩达到15 000 Nm,最大给进力/起拔力达到300 kN;采用智能化仪器,减少了计算量,提高了工作效率;软件系统具有扩展性强、复用性高、可进行灵活控制的特点;系统具有断电保护功能。新测试台与原试验台的比对试验表明,2个试验台得出的结果一致。     

煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术

煤矿坑道钻进施工环境恶劣、复杂的煤层结构和繁杂的操作工序造成钻进效率低、钻进成本高。开展煤矿坑道钻进过程优化与控制技术的研究势在必行。围绕煤矿坑道钻进控制过程关键技术，从含煤地层岩性智能识别、钻进参数智能优化和智能控制3方面展开。首先，为了准确判断含煤地层类型，建立基于BP-Adaboost的含煤地层岩性智能识别模型。然后，在不同含煤地层条件下，建立基于机械比能和钻速的智能优化模型，为司钻人员提供最优给进压力和转速参考值。进而，提出一种基于模糊PID的给进压力控制策略，实现给进压力的有效控制。最后，基于煤矿坑道钻机智能钻进系统在淮南矿区某煤矿井下进行了现场试验。试验结果表明：所提含煤地层岩性智能识别方法的识别准确率达到96.75%；智能优化方法显著提升现场钻速，消耗的机械比能降低，在提高钻进效率的同时降低了钻进成本；给进压力控制策略使给进压力稳定运行在最优值附近，减小给进系统超调的同时，提升系统的响应速度，使给进压力的动态响应更加平稳。煤矿坑道钻进过程智能优化与控制技术能够保障钻进过程安全高效运行，促进煤矿坑道钻进技术智能化发展。     

承德M24矿区深孔钻探钻进参数的选择分析

结合承德M24矿区深孔钻探工程,对钻进参数的选择情况进行了分析。分析认为,深孔钻进中,钻进压力的选择要综合考虑钻进的口径大小,岩石的硬度、强度、研磨性、完整性;在一定范围内,金刚石钻头的钻速和转速成正比例关系;冲冼液的选择应根据钻头类型与规格,胎体性能,钻孔深度,岩石研磨性、完整程度等来选择;适当扩大金刚石钻头的外径尺寸,能有效地避免高泵压的危害;可通过观察钻机主电机的电流指示表数值变化,判断孔内钻杆工况,电流的变化反映出钻机回转扭矩的变化。     

ZDY6000LD (B)履带式全液压坑道钻机

为满足煤矿对整体式钻机提出的更高要求,采用新技术和工业设计方法,研制出ZDY6000LD (B)履带式全液压坑道钻机。该钻机布局紧凑合理,结构新颖,机动性强,井下移动快捷方便,钻进效率高,工艺适应性强,可用于瓦斯抽采穿层钻孔、瓦斯抽采顺层钻孔和探放水以及底板注浆等钻孔施工。介绍了该钻机的主要技术参数、钻机结构、液压系统与型式试验。