ZDY8000S/10000S全液壓坑道鉆機的研制

一．適應范圍：

    ZDY8000S/ZDY10000S型鉆機是目前國內煤礦坑道鉆進能力最大的全液壓近水平鉆機。它具有大扭拒、給進起拔力強等特點。適用于煤礦井下大直徑瓦斯抽放鉆孔、地質勘探孔或地表工程中的大直徑近水平鉆孔的施工。

二、結構特點：

1.采用全液壓動力頭結構，由主機、泵站、操縱臺三大部分組成，解體性強。主機設有步履行走機構和轉向機構，使搬遷更方便，鉆場布置更加靈活；

2.雙泵液壓系統，使回轉與給進工藝參數可以獨立調節。變量油泵和變量馬達的有機組合使轉速和扭矩調整范圍擴大并實現了無級調速，提高了鉆機對不同鉆進工藝的適應能力；

3.液壓自動擰卸鉆具，減輕了工人的勞動強度，提高了工作效率；

4.雙油缸給進與起下鉆具，使給進、起拔能力增大，提高了鉆機處理孔內事故的能力；

5.通孔式的回轉器結構設計，通過更換不同的卡瓦組可適用不同直徑的外平鉆桿，鉆桿的長度也不受鉆機結構尺寸的限制；

6.用支撐油缸調整機身的傾角既方便省力又安全可靠；

7.通過操縱臺集中操縱，使操縱人員可遠離孔口，確保了人身安全；

8.完備的液壓保護裝置和通用性強的液壓元件，提高了鉆機運行的穩定性和可靠性。

三、應用實例

    2002年12月4日至19日，在陜西銅川礦務局陳家山煤礦415區段附近施工。試驗歷時11天，純鉆進時間為137.46小時，累計進尺1667.5m，平均時效為12.13m/h，采用一次成孔的鉆進工藝，先后完成了鉆機能力孔和試驗孔兩個鉆孔。該鉆孔已開始用于抽放瓦斯，平均瓦斯抽放量達到14m3/min，抽放瓦斯濃度為80%。其中一個鉆孔孔深865m，最高時效達到28m/h，開孔直徑Φ300mm，終孔孔徑Φ150mm，是目前我國煤礦井下最深的近水平定向鉆孔，也是目前我國煤礦最深的全煤層鉆孔。

    鉆孔地層從上至下分別為中粗粒長石英砂巖、粉砂巖、炭質泥巖、4#–1煤、淺灰–灰黑色粉砂巖、4#–2煤、炭質泥巖、細砂巖、根土巖、花斑泥巖。在4#–2煤層中含數層夾矸，夾矸層的巖性多為泥巖或炭質泥巖。4#–2煤層直接頂板穩定性差，硬度較底；4#–2煤層的底版具有松軟易碎，遇水膨脹特性。該區段地質構造主要以褶皺構造為主，屬高瓦斯地區，煤的平均厚度為10m，煤層傾角5~7°。

    鉆孔一：開孔傾角上仰6°，方位平行于415運順，孔深802.5m （其中孔深0~420m時，孔徑為φ193mm；孔深420~500m時，孔徑為φ153mm；孔深500~802.5m時，孔徑為φ113mm）。在鉆進過程中，先后穿越煤層及泥巖（其中前380m在煤層中鉆進，測斜儀對鉆孔傾角進行測量，鉆孔傾角最大為6.5°，最小為6°，與開孔傾角大致相同）。380m以后先是換用φ113mm四翼刮刀鉆頭，鉆頭后跟3個穩定器。鉆孔軌跡一直保持在泥巖中鉆進至802.5m終孔。

    鉆孔二：開孔傾角上仰5.3°，方位右偏415運順3°。終孔孔深865m（孔深 0~712m時，孔徑為φ153mm；孔深 712~865m時，孔徑為φ113mm）。鉆進施工時，先后經煤層、炭質泥巖。用造斜組合鉆具鉆進至337m時，經測斜儀對鉆孔進行傾角測量，最大傾角為-1°，最小傾角為-1.5°，鉆孔下斜。根據礦上提供的地質資料，為使鉆孔軌跡保持在煤層中，換用保直組合鉆具鉆進，鉆進至855m時，進入炭質泥巖，繼續鉆進10m，（其中855m在煤層中鉆進）。

    在此次試驗中采用由我院研制的8類金剛石復合片鉆頭：φ75mm的內凹三翼金剛石復合片鉆頭，φ113mm內凹三翼金剛石復合片鉆頭，φ113mm四翼刮刀金剛石復合片鉆頭，φ94金剛石復合片組合擴孔鉆頭，φ113mm金剛石復合片組合擴孔鉆頭，φ153mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭，φ193mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭，φ300mm金剛石復合片導向擴孔鉆頭，8類鉆頭經使用，效果良好，特別是對于4~7級中硬和軟硬互層地層有很好的適應性和鉆進性能。在煤層中鉆進時，平均時效可達18m/h以上。