ZMK5530TZJ100型车载钻机的试验研究

车载钻机可满足多种钻进工艺施工,具有钻进效率高、事故处理能力强、机动灵活和操作简单等优点,主要用于地面煤层气抽采井的施工。为检验ZMK5530TZJ100型车载钻机的性能,在山西晋城进行了实钻验证,完成了一口终孔直径171.50 mm、井深1 675.39 m的水平定向煤层气抽采井。施工过程中,采用了空气潜孔锤、泥浆正循环、孔底马达定向钻进等不同的工艺,检验了钻机对工艺的适应性;潜孔锤最高钻速达32 m/h,泥浆循环最高钻速达11.2 m/h,钻进速度快;设置的多种电液联动保护功能,避免了因误操作造成的机构损坏;试验中未发生任何机械故障并成功处理一次卡钻事故,该钻机为地面煤层气抽采井施工提供了一款实用装备。      

救援车载钻机同步自平衡式给进系统设计与应用

车载钻机是矿山事故地面钻孔救援的核心装备,在国内外历次成功救援中发挥了重要作用,给进系统是车载钻机的主要执行机构,使用过程中暴露出长工作行程制约整机通过性、定位轮系维护困难、双油缸运动同步性不强、动力头偏载引起导轨磨损、液压表显示起拔力延时等问题。研制的ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机采用基于油缸—钢丝绳倍速传动机构的伸缩桅杆式结构,实现了长工作行程和短运输尺寸;设计快换式轮系、钢丝绳防扭转张紧系统,解决一二级给进机身的辅助定位系统安全保护和维护困难的难题;采用给进系统油路同步补偿和先导控制技术,解决给进装置双油缸同步的难题;研发抽屉式调平体和测力销轴结构,实现动力头钻进过程中自平衡式调节及起拔力监测。经过静态、模态分析、应变测试和现场工业性应用,给进系统最大起拔力达1 205 kN,能够有效处理大直径救援井施工过程中卡钻、埋钻等孔内事故,配合动力头、钻杆加卸系统,具有快速起下钻具功能,可大幅度提高倒杆效率,单根起下钻效率小于3 min/根。研究结果表明:救援车载钻机伸缩桅杆式给进装置运输尺寸短,钻机机动性强,道路通过性好;现场试验中处理了多次孔内卡钻、埋钻事故隐患,稳定和可靠性较高、可维护性好、起拔力监测准确、倒杆效率高,可以满足600 m深度救援井施工需求。给进装置轻量化,以及执行系统、传动系统、动力系统之间的响应匹配优化研究是今后的重点方向。      

CYS-300型全液压地热水井钻机的研制

本文介绍了CYS300型全液压地热水井钻机的性能参数、关键机械部件结构及液压系统的设计。钻机选用齿轮泵作为液压系统动力元件,配合液压多路阀实现对动力头双液压马达和给进油缸等执行元件液压油的合流,通过液控二速阀实现动力头双液压马达的串并联工作,输出4种转速和扭矩,在满足钻机性能参数设计要求的同时,简化液压系统的设计,减少液压系统能量损耗,降低维护和使用成本。钻机采用油缸三链条倍速机构实现动力头的给进提升,具有结构简单、性能可靠、抗冲击能力强、提升平稳等优点。现场工程施工应用表明：CYS300型全液压地热水井钻机性能稳定可靠,工艺和复杂地层适用能力强,操作安全舒适,钻进效率高。     

全液压坑道钻机给进装置的设计与分析

介绍了ZDY1450LG全液压坑道钻机给进装置。该给进装置采用双杆双作用两级伸缩油缸,增加了给进行程,节省辅助时间,减少了钻机的外形尺寸。应用有限元分析软件ABAQUS对双杆双作用伸缩油缸在给进和起拔两种状态下进行应力、应变分析,实现了可靠性设计。      

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。      

YC-120型液压车装钻机

为挖掘现有设备潜力，内蒙地质局在总结各队改进经验的基础上，于81年初组织专业技术力量，对原DPP-100型汽车钻机从结构上进行了较全面的改革，即现在的YC-120型液压车装钻机。经我局系统鉴定会议通过，已正式投入生产。现将主要改革部份分述如下：一、钻机部分（一）增加了液压给进装置在原转盘箱壳上、下平面部分各增加一块支板。以最小中心距（440毫米）搪孔，安装XU-300-2型钻机给进油缸两个。其横梁部分设置一个小油缸，用以控制卡柱式不停车倒杆装置，从而达到油压给进，油压倒杆。     

顶驱车载钻机空气潜孔锤钻进用低压防喷装置的研制

在空气潜孔锤钻进时,孔口安装防喷装置可将高速返出的粉尘或泥浆导离孔口,防止喷向工作台而污染孔口工作环境。综合考虑ZMK5530TZJ60型车载钻机孔口工作台结构特点、配套的斜坡钻杆外形特征、钻进工艺特点以及装卸操作环境等因素,设计了一款适用于顶驱车载钻机的空气潜孔锤钻进用低压防喷装置。该低压防喷装置具有结构简单、安装方便;通过胶芯与钻具之间的过盈实现孔口密封,密封胶芯补偿量大,可密封外径变化较大的斜坡钻杆;可在加接钻杆时更换密封胶芯;设置了2个导流口,上返流体在此压降变化小,有利于排渣的通畅等优点。现场试验表明,该低压防喷装置能够有效密封粉尘泄漏、明显改善孔口施工环境,达到了设计的目的。     

地面救援车载钻机的研制

矿山发生事故导致人员被困井下时,通过地面钻孔进行救援是一种有效的手段。救援车载钻机可适应多种钻进工艺,具有地层适应性广、机动性高、事故处理能力强等优点,是矿山事故救援的理想机型。鉴于国产车载钻机在生命保障孔及大直径救援井施工中存在的不足,研制了ZMK5550TZJF50/120型车载钻机,开发了适应多种工艺的大能力动力头,采用大通孔主轴、大通径冲管、气举反循环气管安设接口等设计,转速转矩调节范围宽,可满足多种钻进工艺,实测最大转矩51350 N·m,具备施工大直径钻孔和处理事故能力;设计了油缸?钢丝绳伸缩式桅杆给进装置,实现长工作行程14 m,短运输尺寸13.6 m,实测最大起拔力1205 kN,具备孔内事故强力解卡的能力。将动力及电液控制系统集成至动力泵站,为车载钻机、钻杆输送系统、井口平台提供动力源和控制源,分体式布局解决了钻进能力提升与整机质量尺寸间的矛盾,满足道路运输要求,能充分发挥钻机的高机动性。为提高起下钻效率、机械化程度,减少工人数量并降低劳动强度,研制了钻具自动加卸系统,通过HG2-01型换杆装置、液压提引装置、自动拧卸装置协同作业,实现起下钻具效率小于3 min/根。钻机在宁夏梅花井矿完成了直径830 mm、深度624.1 m救援井的施工,平均机械钻速3.1 m/h,透巷井深654.1 m,具备600 m深度的钻孔救援能力,为我国矿山灾害救援提供了装备保障。      

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。      

ZDY1450LG型全液压坑道钻机及其关键技术

针对松软煤层螺旋钻进中大转矩工况下转速较低、孔内排粉不利、限制钻孔深度的问题,研制了一种高转速、长行程的ZDY1450LG型全液压履带钻机。叙述了该钻机新设计的常闭式氮气液压卡盘、伸缩缸式给进装置、防卡钻保护功能、变幅调角装置、螺旋钻杆扶正装置等关键技术。通过型式试验和工业试验验证表明,该钻机具有调整孔位和操作简单、运输方便等优点,且各关键部件设计合理,可靠性强,能提升钻机性能,提高钻进效率,减少钻孔事故。      

CYG-300型多功能全液压钻机的设计

主要介绍了CYG-300型多功能全液压钻机的总体结构和液压系统的设计及其主要功能。该钻机采用负载反馈系统,动力头双液压马达和两挡手动变速,使之输出4挡不同无级变化的扭矩和转速;在液压系统给进回路中设置相应的控制阀,增加了钻机的旋喷功能,使得钻机适用范围更广,实现功能更多。野外试钻表明,该钻机运行情况良好,钻进能力强,操作方便。     

XL-5型机械动力头、液压控制长行程给进钻机的研制

分析了机械动力头、液压控制长行程给进钻机研发的必要性,提出了新型机械动力头钻机需要解决的相关问题,介绍了XL-5型钻机的结构形式、参数、特点及生产试验情况。     

宝峨RB50型车载钻机施工工艺探讨

RB50车载钻机是德国宝峨公司生产的全液压顶驱钻机,它具有扭矩大,可施工大口径水源井、瓦斯抽放井及煤层井的能力,同时具备绳索取心、空气潜孔锤和气举反循环钻井等功能。以该钻机的装备、性能及参数为基础,着重介绍了它在空气潜孔锤正循环钻井、泥浆常规钻井、两套空气压缩机并车的空气潜孔锤钻井和双壁管气举反循环钻井方面的施工工艺,并对各工艺中钻进参数及施工中的注意问题进行了必要的说明。提出了该钻机可在水平井施工和贯通式潜孔锤气举反循环钻井方面发展的思路。     

洞穴完井工艺在寿阳地区煤层气钻井中的应用

洞穴完井工艺包括钻井、完井、排水采气等工序,为提高煤层渗透率,最大限度的保证煤层气解析与运移,洞穴完井一般要求有效井径3-4m,及一定范围的破碎带。远东能源公司为开采寿阳地区15#煤层中的煤层气,部署了4口生产井．其井身设计为三开结构。钻井主要设备为T685WS顶驱车载钻机及多台不同型号的空压机,采用潜孔锤冲击钻进．以空气、空气泡沫为冲洗介质,钻进至15#目标煤层底板以下46m处完钻,然后利用可伸缩式扩孔器进行扩孔。在扩孔至距三开井底8～10m时．开始采用空气和清水憋压,通过瞬间释放压力,使煤层坍塌,如此反复,至造穴直径达到要求。由于严格按照技术标准及操作流程作业,采取的技术措施合理,4口井均已顺利投入生产,增产效果显著。可见该种洞穴完井技术的应用,不仅可以保护煤层原生结构及环境,并且还能减少煤层气射孔、压裂等环节的费用．对于煤层气井施工具有重要的经济意义。     

矿山灾害生命保障救援通道快速安全构建关键技术与装备

矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件或易发生次生灾害时,则需先在地面快速、精准钻进小直径搜救孔,确定井下被困人员位置及身体状况,并及时输送给养,再构建大直径救援井,采用专用救援提升装备保障被困人员升井脱困。研究涵盖机械工程、钻井工程、电气工程、软件工程、流体力学、岩土力学、动力学、先进控制技术等多学科多领域,将理论分析、数值模拟、实验研究、型式试验、工程示范相结合,以“救援通道构建装备研制—生命保障通道构建技术开发—大直径救援通道构建技术开发—地面提升救援装备开发—技术与装备集成及工程试验”为主线,开发钻孔救援关键技术与装备。研制了3套应急救援集成装备,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机最大提升力1 200 kN、最大转矩50 000 N·m,开发了钻机与配套机具的一体化集中控制系统,单根起下钻效率小于3 min/根;XZJ5240JQZ30型救援提升车开发了多传感器信息融合的通信监测控制系统,提升系统最大救援深度848 m;ZDG1500型井下大直径顶管机直径1 630 mm,最大顶推力8 541.2 kN。开发了复杂地层生命保障孔快速、精准钻进技术,地面大直径救援井精准、安全、高效钻进及透巷技术,井下大断面救援通道顶管快速施工技术3项矿山应急救援通道构建技术。在宁夏宁煤梅花井矿开展了国内首次生命保障孔及大直径救援井施工、救援提升的集成研究和工程示范,完成井径215.9 mm、井深670.5 m生命保障孔,用时46.83 h,井底水平位移偏移0.27 m,满足72 h黄金救援时间内成孔要求;完成井径830 mm、井深654.1 m救援井,井底水平位移0.19 m,介质溃入井下约7.5 m3,并在救援井内成功进行了救援提升技术与装备试验。在广东省基础工程集团有限公司碎石场开展了顶管钻进工程模拟坍塌条件下的试验,施工长度102.5 m,日进尺43.92 m,顶进误差0.35 m。相关成果在湖南源江山煤矿、山东栖霞金矿、新疆丰源煤矿等5次矿山灾害应急救援中进行了应用。开发的3项救援通道施工技术及3套救援装备,构成了具有自主知识产权的矿山井上井下联合救援技术与装备体系,可满足600 m深度的矿山应急救援需求,为我国矿山灾害救援提供技术装备支撑。      

新型并置式双卷扬车载钻机的研制

介绍了STC-1000型新型并置式双卷扬车载钻机的总体结构。该钻机采用并置式双卷扬机,使钻机结构紧凑且布局合理,卷扬机可互换使用,卷扬提升、制动操纵方便可靠;可移动的天车轮组解决了双卷扬提吊时的滑车对中问题;钻塔起落回路应用了防爆阀,优化了液压系统。这几项措施的应用提高了工作效率,真正实现了搬迁转场方便快捷,省时省力,大幅缩短了辅助时间。