第9章--探放水钻机及相关设备的安全使用

第九章探放水钻机及相关设备的安全使用第一节探放水钻机的主要类型及结构特点第二节探放水机械式钻机的使用、维护与常见故障处理第三节探放水全液压钻机的使用、维护与常见故障处理第四节探放水泥浆泵第五节煤矿井下注浆泵复习思考题第一节探放水钻机的主要类型及结构特点煤矿井下探放水施工设备主要包括钻机、泥浆泵、注浆泵等。这些设备的合理选配及安全高效使用，直接决定了探放水施工的质量和效果。煤矿井下常用设备的类型、特点、工作原理、技术参数、安装、使用、维护以及故障的判断处理是煤矿探放水工应该熟练掌握的内容。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点一、探放水钻机的主要类型钻机是煤矿井下探放水施工的主要设备，它提供动力驱动钻具和钻头向地层钻进，并通过起拔（给进）机构（或卷扬机）来完成起下钻具和套管、提取岩芯、更换钻头等辅助工作。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点煤矿探放水用钻机按动力传输方式的不同，主要分为矿用机械式钻机（又称立轴式钻机）和矿用全液压钻机。矿用全液压钻机又分为分体式全液压钻机和整体式（履带式）全液压钻机。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点近几年来随着技术的发展，矿用全液压钻机已逐渐取代矿用机械探放水钻机，在煤矿探放水施工中广泛应用。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点二、探放水钻机选择的主要技术参数探放水钻机的技术参数包括：外形尺寸、整机重量、钻进深度、终孔直径、输出扭矩、转速、给进起拔能力、给进起拔速度、给进起拔行程、主轴倾角、电机额定功率、额定电压等。其中，与钻机性能有关的主要技术参数有3个，即钻进深度、转速范围和起拔给进能力。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点1.钻进深度钻机标定的钻进深度是钻机能力的技术参数，表示钻机在一定条件下所能达到的钻进深度。用户应根据自己的实际使用条件进行对比分析确定钻机的型号。钻机实际能达到的钻进深度与钻孔直径、钻杆的种类和规格、钻孔方向、地层情况及是否取芯等诸多因素有关。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（1）钻进深度与钻孔直径（孔径）和钻杆规格的关系。同一种钻机在钻孔直径和钻杆单位质量增加时，钻进深度就要相应减少。钻进垂直向下钻孔时，孔深主要受孔径、配套钻具的限制；钻进大仰角乃至垂直上仰孔时，孔深主要受给进与钻机夹持能力的限制；钻进水平孔时，孔深主要受回转能力的限制。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（2）钻进深度与地层情况的关系。在破碎等复杂地层中钻进，经常发生孔壁坍塌掉块等孔内事故，严重影响正常钻进，因而与在稳定地层钻进比较，钻进深度也明显减少。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点2.转速范围转速是钻机的另一个重要参数，它与所用钻头的种类、规格密切相关。由于钻进效果与钻头的圆周线速度有直接关系，所以同一类钻头，直径大的比直径小的要求转速要低些。相对来说，金刚石钻进要用高转速，潜孔锤钻进要用低转速，金刚石复合片（PDC）钻头、牙轮钻头及硬质合金钻头钻进要用中等转速。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点3.起拔给进能力起拔给进能力直接反映钻机对钻进深度的适应性和自身处理孔内事故的能力。由于钻机在煤矿井下施工时，现场条件差，因此，要求钻机的给进起拔能力足够大，确保钻机能及时处理一般的孔内事故，以提高钻机的工作效率。在钻进大仰角或垂直上仰孔时，由于钻杆自重的作用，要求钻机有足够大的给进能力及夹持能力。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点一般情况下，选择钻机应遵循“大马拉小车”的原则，在条件允许的情况下，根据探放水的深度，尽量选择能力较“富裕”的钻机，以便快速地完成施工任务，增加施工过程中发生孔内事故时处理事故的成功率。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点综上所述，钻机在选型时要充分考虑钻孔的地层条件、钻孔倾角、终孔直径、钻进深度及钻头的类型和为保证成孔所使用的钻探工艺方法等情况。只有经过全面分析比较，才能选择出合理、实用的钻机。图9-1探放水机械式钻机第一节探放水钻机的主要类型及结构特点三、机械（立轴）式钻机的组成和结构特点1.机械式钻机的组成如图9-1所示，煤矿井下用机械式钻机主要由动力机（电动机）、回转器（含卡盘）、变速箱、升降机、机架和机座等部件组成。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点其工作原理是：电动机的动力通过不同的传动系统，将动力传输到回转器、油缸和升降机上，从而带动钻具完成钻探施工的各个动作，完成探放水的施工。机械式钻机的动力传输系统分为液压给进、回转以及升降机3个系统。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点给进传输：动力输入（电源660～1140V）→电动机→油泵→控制阀→油缸→给进（起拔）动力输出。回转传输：动力输入（电源660～1140V）→电动机→离合器→变速箱→分动箱→回转器→正（反）转动力输出。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点升降机传输：动力输入（电源660～1140V）→电动机→离合器→变速箱→分动箱→升降机→动力输出。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（1）回转器。机械钻机的回转器，位于机械传动系统的末端，是机械钻机的主要执行机构之一。其功用是传递动力，即将回转钻进所需的转矩和转速传给钻具，驱动钻具回转运动，使得钻具以不同转速和扭矩做正向或反向回转运动。它也可与其他装置配合，完成钻杆的拧卸工作。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点回转器本体与连接盘由活节螺栓和螺母连接。回转器的连接盘由T形螺栓紧固在变速箱体上。松开螺母后，回转器即可绕变速箱输出轴回转，以满足不同钻进角度的要求。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点在回转器本体两侧装有2个给进油缸，可带动立轴上下移动，实现给进操作。下卡盘为手动卡盘，上卡盘为液压弹簧卡盘。动作原理是碟形弹簧推动卡瓦座使卡瓦向内移动，卡住钻杆。当高压油进入缸体时，活塞克服弹簧推力，使卡瓦座向下移动，卡瓦在弹簧圈的作用下松开钻杆。机械式钻机回转器的特点：第一节探放水钻机的主要类型及结构特点①传动部件结构紧凑，加工、安装定位精度高，润滑及密封条件好，所以主动钻杆与回转器输出轴的同心度好，可以高速旋转。转速可达2000r/min以上。②机械式回转器变角范围大，导向性能好，适于钻进各种倾角的钻孔。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点③采用悬臂安装，结构尺寸受到一定限制，回转器通孔直径较小，不能通过粗径钻具，提下钻时回转器需要让开孔口。④回转器不能兼做拧卸工具，需另配拧管机。⑤很难实现跟套管钻进。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点机械式钻机回转器的特性参数主要有转速（最高转速、最低转速、调速范围、速度级数、中间速度和反转速度）、转角、通孔直径和让开孔口距离等。其中，回转器转角范围为0°～360°，后移式让开孔口的后移距离为300～450mm。让开孔口的后移距离太小，不便操作，容易碰撞提引器；过大，钢绳与天车垂线夹角增大，不利于卷筒排齐钢绳。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（2）变速箱。变速箱的作用是：①可以变更回转器与升降机等的转速与转矩。②为回转器提供反转。③分配动力，将动力输送给回转器或升降机等，或使两者同时动作。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点变速箱由3对直齿圆柱齿轮与2根平行的花键轴组成。动力由电动机首先传到主动轴上，然后经过不同成对齿轮所组成的传动链，将动力传给小圆弧伞齿轮。花键轴上安装的齿轮是变速移动齿轮。改变其位置，变速箱产生几种不同的转数和一个空挡。齿轮中有分动移动齿轮。改变其位置，可使钻机获得绞车转动或不转动2种分动形式。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点变速箱内的油面高度可通过油窗观测出。更换润滑油时，可先拧下箱体上的油塞将油放净，清洗内部后，再加足润滑油，圆弧伞齿轮损坏后应成对更换，并要保证安装时锥顶重合。允许在小圆弧伞齿轮的尾部端面加调整垫。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（3）升降机（绞车）。升降机多为游星齿轮机构，绞车轴固定在右端轴承座及变速箱体的滚动轴承上，绞车轴左端用键与传动齿轮相连接。提升时将闸筒闸住，游星齿轮只能在游星齿轮轴上自转而无公转。并带动镶有内齿轮的卷筒转动。此时绞车完成提升动作。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点松开闸筒抱闸，并闸住卷筒，由绞车轴传来的动力传给游星齿轮以后，游星齿轮除自转外，又通过游星齿轮轴带动闸筒空转，此时绞车制动。下降钻具时，左右闸带全松开，卷筒因钻具自重下落而回转。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点(4）机架。机架左侧上部为油箱，油箱内油面高度可由探油针测定。清洗油箱时先拧下油塞将油放净，打开油箱盖即可清洗。电动机三角皮带的调整以调整电动机位置来实现。油泵三角皮带的调整以调整油泵支架的位置来实现。30第一节探放水钻机的主要类型及结构特点2.机械式钻机的结构特点（1）钻机整体采用机械传输，油路简单，布局、结构紧凑，解体性好，在煤矿井下通过率高，搬迁运输方便；维修简单，便于推广应用。（2）变速、换向、分动、离合等转换操纵操作手把集中、灵活、方便、可靠。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（3）钻机在提钻时可以后移，让开孔口，方便起下粗径钻具，可减轻工人劳动强度，提高工作效率。（4）油缸直接给进与起拔钻具，结构简单，安全可靠，给进起拔能力大，提高了钻机处理事故的能力。（5）机架坚固，重心低，高转速时稳定性好。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点四、分体式全液压钻机的组成和结构特点1.分体式全液压钻机的组成分体式全液压钻机如图9-2所示，图9-2探放水分体式全液压钻机第一节探放水钻机的主要类型及结构特点分为主机、泵站、操作台3大部分。3部分可以分开搬运，作业时以油管相连，适合井下狭小空间。（1）主机。主机由回转器、夹持器、给进装置、机架组成，各部分之间装拆方便，可适应恶劣井下巷道条件下的搬迁、施工等。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点回转器。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，驱动钻具的回转。通过调节油泵泵量及马达的转速手轮来改变回转器的输出速度。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点主轴采用通孔结构、回转器安装在给进机身的拖板上，由油缸沿导轨往复运动，实现钻具的给进或起拔。回转器具有侧向开合装置。液压卡盘采用液压夹紧、弹簧松开常开式结构，具有安全可靠、卡紧力大等特点；卡盘可根据需要换装不同规格的卡瓦，使用不同的钻杆。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点夹持器。夹持器采用碟形弹簧夹紧，油压松开的常闭式结构。其固定在机身的前端，用于夹持孔内钻具，还可配合回转器实现机械拧卸钻杆。夹持器可根据不同施工需要，配合回转器可灵活换用不同卡瓦，夹持器通孔直径115mm，取芯钻进时取出卡瓦就可以通过直径108mm的粗径钻具。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点给进装置。给进装置采用油缸直接推进。油缸体与机身固定，油缸的活塞杆与拖板相连接。借助油缸的伸缩，带动拖板和固定其上的回转器沿导轨做往复移动。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点回转器与拖板之间采用翻箱式结构连接。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，即可把回转器扳向销轴一侧，让开钻孔轴线，方便起下粗径钻具。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点机架。机架用于安装给进装置和固定钻机。机架由爬履式底座、立柱、支撑油缸及支撑杆等组成，给进装置在机架上可以调头安装，利用支撑油缸可调整倾角，满足各种倾角的钻孔。支撑杆采用多节式结构，根据需要灵活调配。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点（2）泵站。泵站是动力源，它由防爆电动机、主副油泵、油箱、冷却器、滤油器、底座等部件组成。电动机通过弹性联轴器带动油泵工作，排出高压油，经操纵台驱动钻机的各执行机构工作。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点(3）操纵台。操纵台是钻机的控制装置，由控制阀、压力表及油管组成。钻机的回转、给进起拔与卡盘、夹持器的联动功能是靠操纵台上的阀类组合实现的。第一节探放水钻机的主要类型及结构特点操纵台上设有马达回转、支撑油缸、给进起拔、起下钻功能转换、夹持器功能转换、副油泵功能转换6个操作手把。可以及时调节系统、给进、起拔、副油泵以及回油等油路的压力。第一