ZDY8000S/10000S全液压坑道钻机的研制

一．适应范围：

    ZDY8000S/ZDY10000S型钻机是目前国内煤矿坑道钻进能力最大的全液压近水平钻机。它具有大扭拒、给进起拔力强等特点。适用于煤矿井下大直径瓦斯抽放钻孔、地质勘探孔或地表工程中的大直径近水平钻孔的施工。

二、结构特点：

1.采用全液压动力头结构，由主机、泵站、操纵台三大部分组成，解体性强。主机设有步履行走机构和转向机构，使搬迁更方便，钻场布置更加灵活；

2.双泵液压系统，使回转与给进工艺参数可以独立调节。变量油泵和变量马达的有机组合使转速和扭矩调整范围扩大并实现了无级调速，提高了钻机对不同钻进工艺的适应能力；

3.液压自动拧卸钻具，减轻了工人的劳动强度，提高了工作效率；

4.双油缸给进与起下钻具，使给进、起拔能力增大，提高了钻机处理孔内事故的能力；

5.通孔式的回转器结构设计，通过更换不同的卡瓦组可适用不同直径的外平钻杆，钻杆的长度也不受钻机结构尺寸的限制；

6.用支撑油缸调整机身的倾角既方便省力又安全可靠；

7.通过操纵台集中操纵，使操纵人员可远离孔口，确保了人身安全；

8.完备的液压保护装置和通用性强的液压元件，提高了钻机运行的稳定性和可靠性。

三、应用实例

    2002年12月4日至19日，在陕西铜川矿务局陈家山煤矿415区段附近施工。试验历时11天，纯钻进时间为137.46小时，累计进尺1667.5m，平均时效为12.13m/h，采用一次成孔的钻进工艺，先后完成了钻机能力孔和试验孔两个钻孔。该钻孔已开始用于抽放瓦斯，平均瓦斯抽放量达到14m3/min，抽放瓦斯浓度为80%。其中一个钻孔孔深865m，最高时效达到28m/h，开孔直径Φ300mm，终孔孔径Φ150mm，是目前我国煤矿井下最深的近水平定向钻孔，也是目前我国煤矿最深的全煤层钻孔。

    钻孔地层从上至下分别为中粗粒长石英砂岩、粉砂岩、炭质泥岩、4#–1煤、浅灰–灰黑色粉砂岩、4#–2煤、炭质泥岩、细砂岩、根土岩、花斑泥岩。在4#–2煤层中含数层夹矸，夹矸层的岩性多为泥岩或炭质泥岩。4#–2煤层直接顶板稳定性差，硬度较底；4#–2煤层的底版具有松软易碎，遇水膨胀特性。该区段地质构造主要以褶皱构造为主，属高瓦斯地区，煤的平均厚度为10m，煤层倾角5~7°。

    钻孔一：开孔倾角上仰6°，方位平行于415运顺，孔深802.5m （其中孔深0~420m时，孔径为φ193mm；孔深420~500m时，孔径为φ153mm；孔深500~802.5m时，孔径为φ113mm）。在钻进过程中，先后穿越煤层及泥岩（其中前380m在煤层中钻进，测斜仪对钻孔倾角进行测量，钻孔倾角最大为6.5°，最小为6°，与开孔倾角大致相同）。380m以后先是换用φ113mm四翼刮刀钻头，钻头后跟3个稳定器。钻孔轨迹一直保持在泥岩中钻进至802.5m终孔。

    钻孔二：开孔倾角上仰5.3°，方位右偏415运顺3°。终孔孔深865m（孔深 0~712m时，孔径为φ153mm；孔深 712~865m时，孔径为φ113mm）。钻进施工时，先后经煤层、炭质泥岩。用造斜组合钻具钻进至337m时，经测斜仪对钻孔进行倾角测量，最大倾角为-1°，最小倾角为-1.5°，钻孔下斜。根据矿上提供的地质资料，为使钻孔轨迹保持在煤层中，换用保直组合钻具钻进，钻进至855m时，进入炭质泥岩，继续钻进10m，（其中855m在煤层中钻进）。

    在此次试验中采用由我院研制的8类金刚石复合片钻头：φ75mm的内凹三翼金刚石复合片钻头，φ113mm内凹三翼金刚石复合片钻头，φ113mm四翼刮刀金刚石复合片钻头，φ94金刚石复合片组合扩孔钻头，φ113mm金刚石复合片组合扩孔钻头，φ153mm金刚石复合片导向扩孔钻头，φ193mm金刚石复合片导向扩孔钻头，φ300mm金刚石复合片导向扩孔钻头，8类钻头经使用，效果良好，特别是对于4~7级中硬和软硬互层地层有很好的适应性和钻进性能。在煤层中钻进时，平均时效可达18m/h以上。