c. 钻机液压系统设计合理、性能可靠，满足钻机工作需求；系统选用的液压元件稳定性很高，通用性强，质量可靠。

  [1] 冯德强. 钻机设计[M]. 武汉：中国地质大学出版社，1993.

  【作者单位】中国煤炭科工集团西安研究院,陕西,西安,710077;中国煤炭集团西安研究院,陕西,西安,710077;中国煤炭科工集团西安研究院,陕西,西安,710077;中国煤炭科工集团西安研究院,陕西,西安,710077

  钻机设计主要解决钻机整体布局设计、液压系统模块设计及钻机功能与工艺的匹配等关键技术。根据近水平定向钻孔钻进技术的要求，制定了ZDY6000LD(A)型履带式全液压定向钻机的总体技术方案，该钻机的主要性能参数如表1所示。

  ZDY6000LD(A)型履带式全液压定向钻机采用整体式布局，外形结构见图 1。由主机、操纵台、电机泵组、油箱、车体、稳固装置、履带总成、电磁起动器及灯具、泥浆泵等9大部分所组成，各部分之间用高压胶管和螺栓连接，结构紧密相连，可靠性高。

  回转器是钻机的核心部件。由油马达、变速箱、抱紧装置和液压卡盘组成。经过液压系统元件选型及参数计算，本钻机采用行星减速机构，液压马达将动力经由减速机构传动至主轴。通过调节马达排量，可实现转矩和转速大范围的无级调节。为满足定向钻进主轴具有制动功能的要求，在回转器的第一传动轴上设计有钻杆制动抱紧装置，采用油压抱紧、弹簧松开的常开式卡紧结构。回转器采用卡槽式连接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。回转器主轴结构为通孔式，使用钻杆的长度不受钻机给进行程的限制。

  钻机液压系统(图2)包括回转与定向钻进系统、履带行走系统、稳固调角辅助系统。采用3泵开式回路设计，并采用负载敏感变量控制方式和恒压变量控制方式，实现回转、钻进工况与节能的目的。1号泵和2号泵采用负载敏感泵，主要向履带行走、钻进回转、泥浆泵马达回转及钻进辅助联动控制等回路提供压力油，并与主阀构成负载敏感系统。液压泵只需提供与执行元件负载相匹配的压力、流量，液压系统中不产生过剩压力和过剩流量，因而系统具有非常明显的节约能源的效果。3号泵采用恒压变量泵，主要向正常钻进和稳固调角回路供油。该泵只提供负载需要的流量，减少了溢流损失，具有非常好的节约能源的效果，在复杂地层给进力需要不停变化时效果更明显。

  从现场试验到目前为止，这种千米瓦斯钻孔实施工程技术与装备已成功推广12台套，并有5台套的购买意愿。其中已经成功推广3台套ZDY6000LD(A)型履带式全液压千米定向钻机，分别应用在神宁集团、神华集团和晋煤集团公司下属的3个大型煤矿，使用效果良好。

  ZDY6000LD(A)型履带式全液压千米定向钻机的研制成功，填补了国内近水平定向长钻孔钻进技术关键钻探设备的空白，为我国煤矿现代化建设和解决煤矿安全生产明显问题做出了较大的贡献。通过钻机现场试验和实际应用表明：

  试验钻孔设计轨迹从1号联络巷向2号联络巷方向延伸，设计孔深1 050 m，终孔直径113 mm。试验期间共施工主钻孔2个，分支孔4个，其中在1号主孔中钻进 3个分支孔，在 2号主孔中钻进 1个分支孔。1号主钻孔深1 046 m，开孔孔径153 mm，终孔孔径113 mm， 2号主钻孔深822 m，开孔孔径153 mm，终孔孔径113 mm。钻孔纵向偏差在1 m以内，横向摆动不超过8 m，平均钻进效率达到160 m/d，这一结果创造了我国井下国内外钻机实施钻进的最高水平。

  稳固装置由上稳固装置和下稳固装置组成。上稳固装置采用油缸直接支撑方式，由油缸、伸缩杆、上接地装置等组成。钻机运输时若高度超高可将油缸以上的伸缩杆等去掉。下稳固装置采用油缸驱动摆杆机构的方式。油缸本身支撑刚度好，受力状况优于采用油缸直接支撑方案。稳固装置统一由主操纵台上的九联阀控制油缸的伸缩实现钻机的稳固。

  [3] 鄢泰宁. 岩土钻掘工程学[M]. 武汉：中国地质大学（武汉）出版社，2003.

  履带车体由履带底盘、车体平台等部分所组成。履带底盘采取了液压驱动，主要由行走装置和刚性连接式车架组成。行走装置最重要的包含驱动轮、导向轮、支重轮、履带总成、履带张紧装置及行走减速机。车体平台采用中凹式结构，能大大降低钻机的重心，增强钻机的平稳性，整体采用优质钢板焊接而成，其强度大、整体刚性好。

  操纵台是钻机的控制中心，由多种液压控制阀、压力表及管件组成。钻机行走、转向、动力头回转、给进起拔、机身调角稳固等动作的控制和执行机构之间的联动功能都是通过操纵台上的阀类组合来实现。为使钻机布局合理，结构紧密相连，按不同的工作状态，将操纵台分为主操纵台和副操纵台两部分。主操纵台在钻孔及车体稳固调角或测斜时使用，设在履带车体前方左侧，以便观察钻进情况。副操纵台在钻机行走时使用，设在履带车体后方中间位置，符合操作及驾驶习惯。

  煤矿井下定向钻进技术是煤矿瓦斯治理和保障高效生产的一项关键技术，也一直是国内倍受关注和积极发展的关键技术。基于此种情况，国家发展改革委于 2006年专题组织实施了瓦斯综合治理与利用关键研发技术和装备研制项目“井下水平长钻孔钻机研制及配套工艺开发”。煤炭科学研究总院西安研究院承担该项目，开发研制了 ZDY6000LD(A)型履带式全液压千米定向钻机，通过消化吸收国外先进的技术和自主创新，解决了煤矿安全生产急需的技术装备。该钻机属于自行式、低转速、大转矩类型，适用于煤矿井下稳定中硬煤层中钻进，既适于采用孔口动力及复合片钻头施工大直径钻孔，也可采用孔底马达钻进定向钻孔。

  钻机试制完成后，进行了综合调试并在“国家安全生产西安钻机检测检验中心”的性能测试台上进行型式试验，对主要技术参数进行了检测，测试根据结果得出钻机各项技术指标均达到了设计要求。

  为了进一步验证钻机的能力和实际应用情况，煤炭科学研究总院西安研究院与陕西长武亭南煤业有限责任公司合作，结合该矿实际生产情况，于2008年4月初，在该煤矿进行了定向钻机的现场工业性试验。试验场地位于该矿一盘区113工作面1号联络巷中，巷道宽4 m，高3 m。设计1号钻孔平行于113工作面运输巷道，设计方位 147.5°，钻孔倾角2.3°；2号钻孔设计方位147.5°，钻孔倾角3.8°。此次试验钻孔6个，包含4个分支孔，其中有3个分支钻孔从巷道穿出。钻孔布置如图3所示。

  泵站是钻机的动力源，主要由电机、联轴器、液压泵及油箱等部分所组成。根据钻机实际工况的需要，采用3台液压泵同轴串联的连接形式，这能提高传动的可靠性，缩小空间。联轴器选用梅花型弹性联轴器，抗冲击能力好，对同轴性要求相比来说较低，且易损件寿命较长。采用板翘式冷却器结构对油液进行强制冷却，提高了系统的使用效能。

  目前坑道钻机有两种类型：一是分体式全液压坑道钻机，主要是依靠人工搬运或步履机构短途移动，搬迁速度慢，劳动强度大，稳固钻机所需时间长；而另一种履带式钻机，自身不含电磁启动器、泥浆泵，需另外单独配置，其工作辅助时间长。这两种类型钻机钻进方式都比较单一，工艺适应面窄。在制定新研制钻机的总体技术方案时，借鉴国内外履带式全液压坑道钻机研制的经验，结合井下岩煤层地质条件及施工近水平长距离瓦斯抽放孔的需要，确定新型钻机采用整体式结构，将钻机主体，泥浆泵和磁力启动器一起安装在钻机移动工作平台上，可实现孔口回转钻进、孔底马达动力钻进及复合钻进等，因而能满足煤矿井下快速搬迁移动和稳固，降低劳动强度，减少钻进辅助时间，提高钻进效率的要求。