C090402矿用液压深孔钻车的研制与应用

矿用液压深孔钻车的研制与应用钟廷盛1黄建忠2[1.山西焦煤集团公司屯兰矿，山西古交030206；2.江苏中煤矿山设备有限公司，江苏江阴214443]摘要转盘式钻车采用马达旋转机架，并配置有螺杆式自动排渣和瓦斯收集，提高工作效率，填补高瓦斯突出煤层深孔施工的空白。关键词转盘式钻车螺旋钻杆工作机构液压系统-----------------------------------------------------------------------随着矿井开采深度的增加，瓦斯赋存量和煤与瓦斯突出危险性也不断增大，瓦斯已成能为制约矿井安全生产和高产高效的首要问题，严重阻碍矿井的持续发展，因此瓦斯治理成为矿井持续发展的关键。高瓦斯矿井的瓦斯防治管理的最大难题是煤层瓦斯的有效释放，而释放瓦斯的有效途径就是钻孔，钻孔施工的好坏直接影响瓦斯的抽放。因此，研究开发高效、实用、可靠的钻车是煤矿与科研单位、生产厂家共同关注的问题。为此，江苏中煤矿山设备有限公司研制了CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车。1工作原理CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车为全液压转盘式，钻车利用液压回转马达可使工作平台实现180°水平垂直升降350mm、回转-20～+45°俯仰角的全方位钻孔作业。2结构CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车工作机构由旋转组件、推进组件、回转组件及操纵阀组成。CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车结构如图1所示。补偿油缸推进架前支撑推进油缸液压马达减速箱后支撑旋转上盘滑架回转轴承钻角调整油缸回转马达图1CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车工作机构结构图（1）旋转组件旋转组件由液压马达、减速箱组成。液压马达通过减速箱减速，达到钻机所需要的速度及扭矩。（2）推进组件推进组件包括滑架、补偿油缸、推进架、推进油缸、前后支撑等。推进油缸由两个油缸并列组成，推进油缸的伸缩使旋转组件前后移动，以便装卸钻杆实现钻车的钻进和后退。补偿油缸及前后支撑起固定钻车的作用，使钻车在钻孔时更稳定。（3）回转组件回转组件由旋转上盘和回转轴承、回转马达钻角调整油缸等组成。用螺栓将回转上盘固定在回转轴承上。再将回转轴承固定在机体上。开启回转马达可使回转组件左右灵活转动，使整个工作平台转动到任何方位角。3液压系统CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车的液压系统为开式系统。CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车液压系统的工作原理如图2所示。推进阀行走马达常闭制动器行走马达常闭制动器钻机马达分流阀8080D250M-4电机30MPa30MPa滤油器水水DYBK180L-4电机4040推进油缸3MPa钻角调整油缸补偿油缸钻角调整马达固定油缸快速推进阀分流阀回油阀REDREDREDRED3kW18MPa18MPa18MPa18MPa18MPa18MPa18MPa图2CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车液压系统液压系统分为泵站和主机两套系统，泵站系统由变量泵、液压马达、左右行走马达操纵阀、左右行走马达及平衡制动阀、液压马达操纵阀等组成。主机液压系统由齿轮泵、左右行走马达操纵阀、左右行走马达及平衡制动阀、油缸操纵阀、四个品种七只液压油缸、工作机构多路换向阀（6联）、空气滤清器、主、副油箱以及硬、软油管、压力表、测压接头等组成。制动系统由行走马达操作阀、常闭制动器、行走马达、齿圈组成。行走马达与齿圈相连，常闭制动器与行走马达相连。钻车停止工作时，常闭制动器咬合固定行走马达使其停止运转。在工作时打开行走阀，由液压油打开常闭制动器，液压油同时进入行走马达，使行走马达开始运转。行走马达回路中，高压油经过油泵、操纵阀分别到达左、右行走马达（该马达自身带有减速装置，马达转动法兰直接与链轮齿圈连接，省去了减速箱机构）直接驱动钻车前进或后退。回油则经操纵阀回到主油箱，左、右马达各自有单独泄漏油管通入油箱。系统的压力由左、右换向阀上的进油口一侧的安全溢流阀调节。液压马达回路中高压油经油泵和操纵阀输出到液压马达的高压接口，高压油驱动液压马达，经减速箱减速再驱动钻杆、钻头旋转工作。工作机构液压回路中，高压油经换向阀到达推进油缸、前、后支撑油缸；回油经换向阀回到油箱。副油箱安装在泵站上，为油箱补充液压油，主、副油箱间用油管和通气管相连，空气滤清器安装在副油箱顶板上。后支撑油缸由换向阀控制单独操纵，并配有单独的自锁装置，保证各支撑装置有足够的支撑力。4特点CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车在山西焦煤集团公司屯兰矿南五回风顺槽进行工业性试验，实践证明，该钻车与其它类型的钻车相比，具有以下优点：①钻车用螺旋钻杆同时配有自动排渣装置，实现了自动排渣；同时因螺旋叶片与煤粉间隙大，游离的瓦斯可以排放出来解决了湿式打眼堵钻喷孔的大难题。②钻车动力头转矩大、起拔力、推进力大、推进行程长、回转功率高，性能稳定可靠，适宜高突工作面煤层深孔打孔要求。该钻车最大转矩达6200N·m，额定转矩达3000N·m，是同类钻机中转矩最大的钻机。其推进力为130kN，推进行程为1800mm，回转功率为31kW。在出现喷孔、夹钻时，由于功率大、起拔力大，钻杆宜拔出。③深孔钻车外形尺寸小，结构紧凑，井下井巷施工适用范围广，可以实现巷道掘进施工和本煤层深孔钻孔同步平行作业。在巷道一侧1.5m空间内可沿巷道走向自由行走。④采用较大孔径的螺旋钻杆打钻，钻孔成孔径直径可达120～130mm，更有利于后期钻孔的瓦斯抽排。通过螺旋钻杆，实现钻孔干排粉，避免了风排粉可能出现的钻孔着火隐患。⑤钻车移动性能好，操作简单，施工方便。该钻车克服了其他大功率钻机的机体笨重、移机困难等缺点，钻车和辅助泵车均配置了液压马达，履带行走，移动方便，更符合我公司抽放钻孔布置频繁移动位置的条件。钻车操作系统简单。在实际操作中，只需要配备3～4人即可进行打钻工作，显著降低了工人的劳动强度。⑥液压系统配置了快速推进功能，钻机转速和钻进速度可实现两速调换，高低速比为2.5︰1，可节约装卸钻杆时间2倍多。5创新点CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车有三大创新点：①配置有螺杆式自动排渣和瓦斯收集与滤尘装置。打钻过程中喷出的煤、与瓦斯，经过瓦斯收集与滤尘装置的过滤，实现了煤与瓦斯的分离。分离出的煤尘经螺杆式自动排渣装置运走，瓦斯则经过瓦斯收集与滤尘装置过滤后进入抽放管路被抽走，大大减少了喷出的瓦斯直接排到巷道内所引起的瓦斯超限几率。②采用液压马达驱动工作机构旋转，旋转角度为180°，可以钻位于钻车左、右及前方180°范围内任意方位钻孔。③钻车采用补偿油缸及前后支撑固定钻车，使钻车在钻孔时更稳定。钻机在巷道内稳固后，在不移动钻车本体的情况下，既可以打上行孔，又可以打前进孔和下行孔，实用性强。采用CMS1-6200/80型矿用液压深孔钻车进行突出煤层深孔钻孔作业，填补了高瓦斯突出煤层钻孔施工的空白，必将对突出煤层区域性瓦斯治理工程带来深远影响。第一作者简介钟廷盛男，1974年出生，1998年毕业于太原理工大学流体传动与控制专业。现在山西焦煤集团公司屯兰矿抽采科工作，机械工程师。（收稿日期：2009-09-03；责任编辑：陈桂娥）