摘要：在经济社会发展过程中，能源的供应是基本保障，在煤矿井下作业过程中，瓦斯抽放钻孔施工技术受到了人们的广泛关注，因为瓦斯防治对煤矿工作人员的安全有很大的影响。防治煤矿瓦斯灾害的基本措施就是进行瓦斯抽放，要提高瓦斯抽放的钻孔工作效率，对钻孔抽放的时间和抽放的距离都要进行更深入的研究，同时对钻机打钻及移动的工艺提出了更高的要求。
关键词：ZDY-3200S全液压钻机；升级；改造
一、前言
近年来，煤矿综采技术得到了很大的发展，煤矿钻机的品种也越来越多，钻机的性能也得到了很大的提升，义煤公司通风处及机电租赁站对煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工的情况进行了分析，同时，对各种钻机的应用情况以及技术要点进行了总结，对煤矿井下瓦斯抽放钻孔施工设备以及技术面临的问题进行了探讨，提出了问题的解决措施，促进了煤矿企业的发展，保证我国经济得到更好的发展。
二、项目的提出
随着履带式钻车的应用，履带式钻车为整体式布局，由前下稳固装置、上稳固装置、主机、M4-15总装、回转油路板总成、冷却器总成、电机泵组、上下稳固装置、主操纵台、截止阀总成、油箱总装、座椅组件、6联阀总成及履带车体总成等十四部分组成，各部分之间用高压胶管和螺栓连接，结构紧凑，可靠性高，且移钻、稳钻简单快捷。
ZDY3200S型煤矿用全液压坑道钻机是一种动力头式钻机，该机转速范围宽、扭矩大、给进起拔能力强，能够满足钻进各种用途钻孔的需要，如地质勘探孔、抽放瓦斯孔，注水孔及其它工程用孔。主要用于大口径牙轮钻进,也适用于硬质合金钻进和冲击回转钻进。
与履带式钻车相比，全液压钻机只能单纯的升降，单方位钻孔，不具备移钻功能，想要换位置打钻，只能通过工作人员用杠子撬，给井下快速打钻造成不便。随着履带式钻车的使用，打钻效果好、效率高、工人劳动强度减小的同时，液压钻机移动不方便、固定不可靠、调角不方便等问题逐渐显现。
随着煤炭形势变化，履带式钻车价格高，公司不能将所有资金投入购置新钻车，也不可能将原有液压钻机全部淘汰，为提高公司的瓦斯抽放效率及打钻速度，降低设备成本，确保矿井安全高效的生产，提出钻机改造瓦斯抽放成套设备项目。
三、项目研究内容及预期目标
3.1研究内容
（1）研究设计出一款钻孔组合成套装备对现有分体式钻机工作台部分进行升级改造，设计出可以自移、自稳、自旋转装置。
（2）现有分体式钻机操作台及泵站部分进行升级改造研究设计出可快速移动、钻杆自动存取装置。
（3）增加铺轨装置，方便钻机在无轨道的钻场移动。
3.2预期目标：
（1）改造后钻机可实现迎头及两侧±90°的开孔要求，主机底盘可实现360°回转，通过安装履带车，可以减少移钻时间，提高抽采钻孔成孔速率，尤其是该钻机可以在该矿井下巷道起伏较多的作业地点正常行走。
（2）实现钻机机械化自移、自稳、自旋转功能。
四、项目研究改造各部件的依据
4.1回转器的选取
回转器安装在给进装置的拖板上，给进油缸带动拖板沿机身导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔，回转器主轴为通孔式结构，使用钻杆的长度不受钻机给进行程的限制。
回转器与拖板之间采用翻箱式结构联接。一边用销轴把拖板与回转器穿在一起，另一边用铰式螺栓把回转器压在拖板上。起下粗径钻具时，将螺栓松开，即可把回转器搬向销轴一侧，让开孔口。给进机身通过锁紧卡瓦固定在机架的立柱及支撑杆的横梁上。
回转器由斜轴式变量马达、齿轮减速器和胶筒式液压卡盘组成。马达经两级齿轮减速，驱动主轴及液压卡盘实现钻具的回转。调节马达排量可以改变回转器的输出速度。主轴为通孔结构，通孔直径75mm，回转器安装在给进机身的拖板上，借助给进油缸沿机身导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔。液压卡盘采用液压夹紧、弹簧松开常开式结构，具有自动对中，安全可靠、卡紧力大等特点，它不但能保证正常钻进，还可用来升降钻具、强力起拔等。
4.2支撑千斤顶
支撑千斤顶和以往产品有巨大变化，以往在设计时候往往设置两个千斤顶。本次在全国首创单进液双伸缩千斤顶，设计过程中采用中间进液，上下腔回液。用一个千斤顶代替以往的两个千斤顶，一种千斤顶两种作用，该产品在满足使用性能的前提下，能够有效的降低占用空间，轻量化设计，降低工人劳动强度，节约生产成本。
四角支撑装置由车体、支撑千斤顶、连杆、加长套筒等组成，四根千斤顶支撑后，在车体上。
钻机使用过程中，四角支撑千斤顶通过对巷道顶板和底板的支撑，实现对车体的固定，进而保证了钻孔时候的稳定性，通过连杆的调节，能够适应不同位置钻孔时候的固定要求，提高钻机的适用性。
底板支撑设置支承座，采用球头连接，能够适应起伏不平的底板。顶板的支撑设置套筒连接结构，简易、方便操作。
车体是钻机的主要承载部件，由钢板组焊而成。连接支撑千斤顶和涡轮旋转驱动。
4.3调角千斤顶选取原则
调角油缸的选择时候，考虑到矿方打钻的角度要求，油缸的选择需满足如下要求：
（1）满足矿方最大角度80°的要求；
（2）满足矿方打钻时候的支撑强度要求；
（3）满足矿方打钻时候的震动强度要求；
综合以上几点，同时考虑到油缸伸缩时候同步性问题，因此选择一根缸径较大油缸，调角装置能够适应多种角度的钻孔需求，由旋转涡轮、转台、大臂、托架等组成。旋转涡轮能够实现360°旋转，调角油缸和调高油缸相互配合，能够实现钻机调节角度达到83°。
4.4调高千斤顶选取原则
调高油缸的选择，考虑到矿方打钻的高度要求，油缸的选择应满足如下要求：
（1）矿方打钻时候夹持器的最低高度1.5米要求；
（2）矿方打钻时候夹持器的最高高度3.5米要求；
（3）打钻时候对于旋转台的稳定性要求。
调高装置由转台、大臂、调高千斤顶组成。
4.5补偿千斤顶选取原则
增加补偿油缸，主要用于打钻过程中的行程补偿，能够更好的提高钻机对于井下巷道的适应能力，便于操作和使用。
补偿装置由导向条、补偿千斤顶等组成，通过千斤顶的伸收，使整个动力头在轨道上滑动，实现钻机的补偿功能，能够有效的提升钻机打钻的适应性。
4.6回转装置的选取
回转装置通过回转驱动，实现钻机360°旋转，同时还要考虑旋转支撑的强度要求。
涡轮旋转装置连接车体和转台。
通过回转驱动，实现钻机360°旋转，同时还要满足旋转支撑的强度要求。
五、项目设计创新点
（1）调角油缸由双油缸改为大直径单油缸。避免了伸缩时候不同步造成的给进部扭斜。
（2） 补偿油缸行程能够更好的对钻机进行行程补偿。
（3）支撑底座采用球面接触形式，能够适应起伏不平的底板。
（4）支撑杆采用套筒式紧配合连接结构，方便操作。
（5）操作台和钻机分体布置，轻便灵活。
（6）采用轨道式，后面辅助轨道车，能够很好的适应矿方的实际条件。
（7）旋转机构设置在下方，提高旋转后打钻的稳定性。
六、展望
（1）由于改造后，液压系统与原钻机不同，操作人员若不能及时学习，掌握液压原理，会部分影响实施效果，下一步的研究中将针对不同巷道条件及打钻强度，且应选取更加轻便的材质。
（2）钻机试用过程中发现，杂质进入液压系统后，对钻机试用寿命影响较大，由于钻机泵、马达为盘式配流，流量小，低压区进油，经两个腰型槽旋转，将液压油转至高压区输送到马达，配油盘之间无密封，有杂质后旋转摩擦对配油盘损害极大，因此油品清洁度对液压系统影响较大，钻机液压胶管拆卸后不按照要求进行封装，煤泥进入液压系统造成液压系统的污染，下一步将考虑整个钻场所有钻机使用一台油泵，减小泵站移动的时间，降低劳动强度，且能更好的保证液压系统的清洁。
（3）本项目由于时间问题，改造对象均为液压系统，下一步将考虑电气系统的增加，通过设定程序，确定钻孔深度、角度，自动上钻杆，达到智能打钻、移钻目标。
参考文献
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[5]中煤科工集团西安研究院有限公司 ZDY3500LP型煤矿用履带式全液压坑道钻机使用手册.
论文作者:程晓伟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/17
标签：钻机论文; 千斤顶论文; 钻孔论文; 瓦斯论文; 装置论文; 油缸论文; 拖板论文; 《基层建设》2019年第12期论文;