基于煤矿用全液压坑道钻机的设计研究

ZDY1000G型全液压坑道钻机的设计凡东;殷新胜;常江华;王贺剑【摘要】The demand of deep and peripheral resource exploration on crisis mine is more and more along with the decrease of lower resource.Tunnel exploration is a kind of method with high efficiency and economy, but special tunnel exploration drilling rigs are scarce.ZDY1000G type all hydraulic tunnel drilling rig is a kind of equipment designed for tunnel exploration, also can be used to drill gas drainage holes, water exploration holes and other engineering holes.The design approach, mechanical system and hydraulic system for the drilling rig were introduced,double-pump hydraulic system with the function of pressure reductiondrilling.Dual-cylinder and chain speed multiple mechanism with compound cushioning and tension device were described in detailed.%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.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2011(039)001【总页数】3页(P78-80)【关键词】钻机;勘探;坑道;全液压【作者】凡东;殷新胜;常江华;王贺剑【作者单位】煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710077;煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710077;煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710077;煤炭科学研究总院西安研究院,陕西,西安,710077【正文语种】中文【中图分类】P634坑道勘探是利用地下井、巷进行勘探，相对于地表勘探能节省大量的钻探工作量，并方便实现坑道内多角度钻探施工，达到沿矿床层带钻探的目的，是在老矿区对深部资源进行勘探的理想方法。

摘要履带式全液压掘进钻车是一种先进的凿岩机械，主要适用于煤矿、冶金、水电、铁路、公路等部门的巷道、隧道、涵洞的掘进工程，该钻车采用全液压凿钻系统，双臂凿岩，凿岩速度快，工作效率高，凿岩速度可达0.8-2.0米/分；履带式全液压掘进钻车有多种优点：机车车身小、结构紧凑、功能多、效率高、重心低、机动灵活，采用履带行走方式，工作稳定，爬坡能力强，可用于斜巷作业。

灵活的液压凿岩机构对巷道的工作面、顶板、侧帮、底板均能凿岩作业。

该机不仅能钻凿掘进炮孔，根据断面大小情况，装上适当的推进器后，还能很方便的钻凿锚杆孔。

液压系统先进，采用高压系统、油路左右对称、系统保护齐全。

凿岩系统采用逐步打眼结构，当开始凿孔时可缓慢冲击，当凿岩终止时可自动停止，卡杆时也可自动停止凿岩和推进，待故障排除后可继续凿孔作业。

在系统保护中有液位控制器，防止油位过低,油温控制器防止油温过高，有回油过滤和凿岩机高压过滤等装置。

本论文详细地叙述了履带式全液压掘进钻车冲击系统，回油系统及其总图的设计过程。

它全程介绍了掘进钻车开发的可行性；使用维护说明等。

关键词：钻车,冲击,设计,结构,布置,维护AbstractThe marching entire hydraulic pressure tunneling drills vehicle is one kind of advanced rock drilling machinery, which is mainly suitable for the department of coal mine, metallurgy, railroad, road , the tunnel, the culvert tunneling project. the vehicle uses the entire hydraulic pressure chisel to drill the system, double arm rock drilling, rock drilling speed is quick, the working efficiency is high, the rock drilling speed may amount to 0.8-2.0 meter/Minute,The marching entire hydraulic pressure tunneling drills vehicle have many kinds of merits: automobile body small, structure compact, many function, high efficiency, the center of gravity is low, mobile nimble, uses the caterpillar band to walk the way, the work is stable, climbing power, may use in the slanting lane work. The nimble hydraulic pressure rock drilling organization can do the rock drilling work to the tunnel working surface, the roof, the side gang, the ledger wall. This machine can not only drill the tunneling artillery hole, but also can drill the anchor rod hole conveniently according to the cross section size situation, after installing the suitable propeller. The hydraulic system is advanced, it uses the high tension system, the oil duct the bilateral symmetry, the system protection is complete. The rock drilling system drills the structure gradually, when starts the perforation it can slowly the attack, and may automatically stop, and card pole also may automatically stop the rock drilling, after the trouble resolved it can continue the perforation work. It has a hydraulic pressure position controller in the system protection to prevent the oil level excessively from too low, The oil temperature controller prevent the oil temperature excessively high, and has an oil discharge to filter with the rock drill high pressure filters and so on the installment.The present paper narrated the marching entire hydraulic pressure tunneling to drill the vehicle impact system in detail, the oil discharge system and the assembly drawing design process. Its entire journey introduced the tunneling drills the vehicle development the feasibility; Use maintenance instruction and so onKey words:Drills the vehicle ,impact ,design ,structural ,arrangement ,maintenance目录Abstract (2)1 钻车的综述 (5)1.1钻车结构 (5)1.2钻车参数 (5)2 钻车结构特征及工作原理 (7)2.1钻车的结构特征及工作原理 (7)2.2行走机构 (7)2.3液压传动基本知识 (9)2.3.1液压传动的基本概念 (9)2.3.2液压传动系统的组成 (9)2.3.3液压传动工作原理 (10)2.3.4力比、速比和流 (10)2.3.5液压传动特性 (11)3 液压凿岩机 (13)3.1液压凿岩机 (13)3.2液压凿岩机的结构 (13)3.2.1结构： (13)3.2.2润滑： (13)3.2.3储存： (13)3.2.4供油： (14)3.2.5凿岩机工作压力 (14)3.2.6凿岩机组装： (14)3.3液压凿岩机的工作原理 (14)3.3.1旋转和旁侧供水部分： (14)3.4全液压驱动凿岩钻车的应用领域 (15)3．4．1 钻车主要适用范围: (15)4 设计计算 (16)4.1凿岩钻车冲击分系统设计 (16)4.1.1凿岩冲击液压回路 (16)4.1.2凿岩钻车液压系统总图 (16)4.1.3元件的选择： (17)4.1.4冲击机构的工作原理 (19)4.2性能特点： (21)5 钻车的保养与维护 (23)5.1液压凿岩机的维护保养和润滑 (23)5.1.1每班作业维护保养及润滑内容 (23)5.1.2每周保养内容（维修工） (23)5.1.3每月保养内容（维修工） (23)5.1.4每季保养内容（维修工） (23)5.2钻车检查（每班保养检查） (24)5.2.1检查液压油箱油面，用手动加油泵加油，恢复原来油面 (24)5.2.2接通水管： (24)5.2.3接通电源： (24)5.2.4检查轴向泵和空压机皮带的松紧程度。

ZDY400型煤矿用全液压坑道钻机的研制作者：李宗奎李建超来源：《科技创新与应用》2014年第23期摘要：ZDY400型煤矿用全液压钻机是一款为煤矿井下施工小直径近距离钻孔而设计的低成本、轻便、高效钻机，文章介绍了该型钻机的总体方案、技术参数、主要结构设计、液压原理以及型式试验和井下工业性试验情况。

关键词：分体式钻机；操纵台；恒功率变量油泵；液压1 概述全液压钻机由于结构紧凑、传动平稳、操纵简单等一系列的优点，在煤矿井下的钻孔施工中得到了普遍应用。

同时从煤矿井下施工的特殊工况来看，对于搬迁便利、安装方便，自动化程度高、钻进能力强的小型钻机需求量较大；另一方面，从钻机行业发展的现状和趋势看来，在不同的应用领域内，均表现出向小型、集成化和大型、功能全两个方向发展的局面。

ZDY400型煤矿用全液压坑道钻机的研制，旨在减轻主机重量，降低成本，简化系统，提高可靠性，以增强市场竞争能力。

2 钻机的总体设计2.1 整体结构形式根据钻机的结构原理与设计要求，除了考虑钻探工艺的特殊要求外，应尽可能的采用机械行业的通用件、标准件及各种液压元件，以缩短钻机的试制周期，提高整机的可靠性、互换性、通用性。

ZDY400型钻机采用全液压动力头式钻机设计[1]，整机分为主机、泵站、操纵台三大部分，各部分间用高压胶管相连接。

解体性好，便于井下搬迁运输。

操作人员可远离主机和孔口，有利于安全施工。

2.2 主要技术参数由于在煤矿井下，瓦斯抽放孔、煤层注水孔、探放水孔、注浆孔、防灭火孔、地质勘探孔等钻孔施工中，70m左右孔深的钻孔比较多[2]，加上在井下巷道内施工，要求搬迁运输方便，因而钻机的主要技术参数选取如表1所示。

表1 技术参数2.3 主要的结构设计2.3.1 主机主机由回转器、送水器、给进装置、垫叉组、机架组成，如图1所示。

（1）回转器。

回转器是钻机的核心部件，为了减轻重量，采用摆线液压马达直接驱动主轴的传动方式，主轴与送水器轴连接，带动钻杆实现回转运动。

浅谈煤矿井下全液压钻机的设计要点摘要：本文结合ZDY3200S全液压钻机及本人的工作经验，阐述了煤矿井下全液压钻机设计时，钻机的总体布局，确定基本参数的要求，钻机机械传动主要部件的结构及钻机的特点。

关键词：全液压钻机；参数确定；机械结构0.概述煤矿井下全液压钻机是煤矿井下安全钻探的理想设备，已成为煤矿井下瓦斯抽采安全用钻机的更新换代产品。

国内现有的全液压钻机在设计中，不断吸取总结了多年钻机使用的经验，并遵循“在可靠实用中求先进”的设计思想，运用性价比分析，追求其良好的综合经济效益。

煤矿井下全液压钻机采用国外同类型钻机的先进结构，同时特别注意到煤矿井下钻探施工的特点、工作环境、载荷性质以及工人的操作维护水平等方面，结合国情，优化设计，下面结合ZDY3200S全液压钻机及本人的工作经验，浅谈煤矿井下液压式钻机的设计思想，仅供同行们参考。

1.钻机的总体布局在煤矿井下，所施工的钻孔多为近水平孔和斜孔，钻进时易发生埋钻、煤层压力大容易发生喷孔，导致孔内事故频繁、成孔困难，钻孔深度浅，造成钻机搬迁稳固频繁，施工周期短，因而钻机应具有很高灵活性和轻便性。

为此，全液压图1 ZDY3200S全液压坑道钻机钻机(见图1)采用分体式布局，使其更具优势，在井下钻探施工中得到快速的发展，一般应由主机、操纵台、泵站三大部分组成，各部分之间用高压胶管连接。

设计中要优先考虑到煤矿井下巷道条件以及运输条件，钻机的外形尺寸尽量结构紧凑，便于移动，方可满足大多数煤矿的实际要求。

2.基本参数的确定1.转速的设定既考虑各种钻头的理论最佳切削速度，也考虑煤矿井下近水平钻探实际常用的经济转速。

考虑到钻杆与孔壁磨损，井下钻探实际开动转速也就比较低，而是设计在50—300r/min左右。

可采用无极调速，以满足多种钻进工艺的要求；可正、反转，实现机械自动拧卸钻杆，同时方便处理孔内事故。

2.扭矩的设定钻机在钻近水平孔时，钻杆柱与孔壁下侧全接触，摩擦严重，同时使回转阻力增大，功率消耗增加，近水平孔的深度一般是垂直钻孔的1/2，甚至更少些，所以钻近水平孔时，扭矩要比钻垂直孔时转速扭矩大得多，在功率一定时，多采用低速大扭矩的设计方式，保证钻机的使用性能。

全液压坑道钻机给进装置的设计与分析梁春苗;姚亚峰;石璐;王敬国【摘要】The feeding device in ZDY1450LG all-hydraulic tunnel drilling rig was designed. The device uses double-rod and double-action with two extension cylinder, increasing the feeding stroke, saving auxiliary time and decreasing overall dimension of drilling rig. The stress and strain of double-rod and double-action with two extension cylinder are analyzed with the finite analysis software ABAQUS in the state of feed and draw force. The reliability design of feeding device was realized to provide a base for the design of feeding system. It also provided a reference for the design of feeding device in other type drilling rigs.%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.【期刊名称】《煤田地质与勘探》【年(卷),期】2012(040)003【总页数】3页(P90-92)【关键词】给进装置;伸缩油缸;有限元分析【作者】梁春苗;姚亚峰;石璐;王敬国【作者单位】中煤科工集团西安研究院,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院,陕西西安710077;中煤科工集团西安研究院,陕西西安710077;西安科技大学机械工程学院,陕西西安710054;中煤科工集团西安研究院,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TD421我国松软煤层煤炭产量约占煤炭总产量的42%。

科技成果——煤矿用履带式全液压坑道钻机
技术开发单位河南铁福来装备制造股份有限公司
适用范围主要用于掘进工作面超前释放孔（探水探瓦斯）、本煤层机风两巷顺层孔、掘进头钻超前孔，也可用于本煤层跨皮带钻孔，还可用于底抽巷钻孔。

成果简介
（1）采用一体化设计，履带行走，车身体积小，通过大盘回转功能实现钻机主轴水平±采用一体旋转，通过调角功能实现导轨±转，通仰俯角调整；
（2）采用一体化高效液压控制系统，设备所有功能均采用液压驱动，操作简单，效率高；打钻控制部分的联动控制，有效消除施工时钻杆下窜的风险，增加设备施工安全性；
（3）整机采用负载敏感控制系统，实现低功率、大扭矩，且液压系统传动效率达到55%-60%，超过行业标准将近50%；
（4）导轨自带液压锁紧装置，联动控制，增加导轨锁紧可靠性，提高导轨调角后锁紧导轨的效率。

应用情况
该技术装备目前已在河南平宝煤业有限公司、平顶山天安煤业股份有限公司八矿等多个大中型煤业集团使用，功率大、扭矩大、转速高，可以有效的避免钻杆夹死、丢钻现象的发生。

在相同条件下，钻进速度快，钻进效率是其他普通钻机2倍以上，成孔率是普通钻机的3倍以上。

ZDY3200煤矿用全液压坑道钻机开发可行性研究报告一、项目概况，国内外同类研究情况（包括技术水平）；本产品是煤矿专用安全设备，是一种井下水平定向钻机,主要功能是用于煤矿井下打瓦斯抽放孔, 将煤层的瓦斯予以排出去，降低煤层中的瓦斯浓度和压力，防止瓦斯爆炸；用于井下探水孔钻进，探明施工点周边的水源情况，防止透水灾害；也用于坑道支护锚固，防止矿井塌方等等。

该产品纳入《中国高新技术产品目录》，属能源、矿产资源的勘探开发设备，在高新技术产品目录中的序号为09010026。

瓦斯是我国煤矿的主要灾害因素之一，煤与瓦斯突出等灾害严重威胁着我国煤矿的。

由于灾害因素多、治理难度大，矿井瓦斯一直是我国煤矿安全工作的重点和难点。

针对煤矿地质与资源条件适用型的成套生产装备，采掘设备，煤矿瓦斯高效抽放设备，煤矿用高性能抢险救灾装备开发国家出台的主要政策有: 国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要、《产业结构调整指导目录(2005年本)》、国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006━2020年）、国家科技支撑计划"十一五"发展纲要、国家发展改革委、科技部、商务部联合发布当前优先发展的高技术产业化重点领域指南（2007年度）、煤炭工业“十一五”发展规划等。

公司开发煤矿用全液压坑道钻机符合国家产业政策, 是政府鼓励投资发展的项目。

属于煤矿安全技术领域产品的开发，产品主要用于煤矿井下灾害(含瓦斯与水突出)治理，是煤矿井下进行抢险救灾用的重要设备，该设备能有效防止掘进工作面的煤与瓦斯突出，大幅度降低工作面瓦斯涌出量，解决煤矿特殊难险环节的核心问题,保障煤矿井下安全生产，切实维护煤矿工人的生命安全。

美、德、澳等发达国家，由于采取了行之有效的瓦斯抽采措施，基本实现了煤矿安全生产。

就煤矿瓦斯抽采工艺而言，除美国部分煤矿采取地面抽采之外，多数矿井采取本煤层钻孔抽采。

国外煤矿井下瓦斯钻机的特点是，在整机设计及元、部件的选用上，较国内钻机要先进，其性能更可靠，功能更完善。