机载多用途液压钻机.doc

机载多用途液压钻机的研制一、项目的必要性煤巷巷道的安全快速掘进是整个煤矿安全生产、高产高效的重要组成部分。煤炭地质赋存条件的复杂性注定了巷道开拓过程中的风险和难度。因此综掘工作面在掘进过程中需要不断的对地质情况进行探测，在冲击地压危险区域要实施大直径钻孔卸压，在含水区域需要超前探放水。上述工作以往采取人工打钻或另行安装液压钻机施工。人工钻孔劳动强度大，效率低，效果难以保证，另行安装液压钻机环节多、施工繁琐。因此这些辅助钻孔工作占用了大量时间，严重制约了掘进效率的提高。设法提高钻孔效率，降低职工劳动强度，是每一个煤矿管理者孜孜追求的目标。掘进机机载式多用途液压钻机，是将钻机直接安设在综掘机上，可根据需要随时开展钻探工作。具有机械化程度高，移动、架设灵活方便的特点；采用综掘机自身泵站，功率大、效率高。该项目的实施，将极大的提高钻孔施工效率和施工效果，可节约大量时间、显著降低职工劳动强度、显著提高安全生产的可靠性。该项目是解决目前综掘巷道辅助钻孔难题的有效途径。目前在国内外类似的综掘机机载钻机技术如MRH-S220M掘进机及机载锚杆钻机、LH-1300掘进机及机载锚杆钻机，国内如煤科院南京研究所的JMZ、MYJ机载锚杆钻机、石家庄煤机厂的S-160物探式掘进机、三一重装的S-160掘钻机和S-160掘锚机等等。都是在综掘机的基础上安装不同功能的机载钻机，用来完成打锚杆或进行地质探测。其它如佳木斯煤机厂、鞍山强力重工等也在紧锣密鼓的进行这方面的研究和探索。其中很多产品在井下的实际应用中取得了理想的效果。二、研究开发内容所要实施的机载式多用途液压钻机与以上类似技术相比，所要完成孔眼的位置和角度范围更广，要涵概迎头、顶板、两帮四个平面。与小孔径的机载式锚杆钻机相比，装机功率增大了数倍。因此面临极大的技术难度。（一）总体方案采取钻机与展开机构通过蜗轮蜗杆减速器，带内花键的主旋转销轴铰接形式。设备安装于综掘机回转台中心部位。图一 总体方案图不需要开展钻探工作时，钻机停止于综掘机回转台中心。图二 不钻探时钻机布置图需要对顶板开展钻探工作时，由液压马达驱动蜗轮蜗杆减速器带动钻机抬起至所需要的角度，通过人工锁紧转台与底座。完成钻探前的准备工作。需要对顶板钻孔时需将钻机抬起至90度角，如受巷道高度所限只需抬起至适当角度即可，见图三。图三 施工顶板钻孔示意图需要在侧帮开展钻探工作时，通过人工转动旋转底座达到使钻机朝向煤壁的目的。必要时可以调整综掘机机身位置达到钻机贴近煤帮的目的，见图四。图四 施工帮部钻孔示意图（二）新型钻机的开发该钻机必须可以高效的完成防冲钻孔、探放水孔、地质钻孔等施工任务。与现有的钻机相比，因为要适应综掘机机载的特点，使用综掘机泵站，必然要求装机功率更大，结构更加牢固可靠。为了在狭窄的工作环境下布设到工作位置展开工作，要求钻机自身结构更加灵活紧凑。为了减轻职工的体力劳动和提高钻孔效率，要做到机械上卸钻杆。图五 新型钻机示意图机载钻机基本技术参数外形尺寸（mm）1720*730*435整机重量（kg）580额定扭矩（NM）500额定转速（r/min）200钻孔速度（m/min）1推进力（KN）30每节钻杆长度（m）075起拔力（KN）50钻孔深度（m）15-30钻孔直径（mm）89108（三）钻机角度调整机构的研究调整机构必须做到可以使钻机迅速到达在顶板、两帮指定的任意钻孔位置。为了使钻机调整平稳可靠，在转动座与底座固定板之间采用人工螺栓背紧。图六 钻机角度调整机构示意图（四）液压控制系统的研究液压系统首先要保证钻机本身的各项功能，其次要完成车体的行走、钻机在各个位置的展开等各项辅助功能。要借用综掘机本身的泵站，降低整个系统的复杂性。 液压系统原理见图七。（五）机载钻机操作、使用、维护的研究一个全新的项目的逐层开展，最终要落实到最基层的操作者，对操作者的管理和培训是项目中重要的环节。机载钻机的出现也一定会给综掘机司机习惯性的操作带来诸多不便，也会给综掘机的检修、维护带来很多不利影响。对机载钻机操作、使用、维护方式方法的研究，乃至于对加装了机载钻机的综掘机本身的操作、维护检修的研究，将是提高总体掘进进尺的不可忽视的手段。图七 液压系统原理图三、主要经济技术指标（一）考核指标1、在综掘机的配合下，钻机能够对巷道断面的顶板、迎头、两个侧帮四个平面的指定位置上完成钻孔任务。2、达到钻机与综掘机的完美结合，可完全发挥两机各自的功能。3、在国内煤炭行业具有重要的推广价值。（二）技术指标1、配套机型：佳木斯煤矿机械厂的S-150型掘进机。2、适应高度不低于3米的矩形、拱形、梯形巷道。3、钻机技术指标符合下表的要求：外形尺寸（mm）1720*730*435整机重量（kg）580额定扭矩（NM）750额定转速（r/min）200钻孔速度（m/min）1推进力（KN）30每节钻杆长度（m）075起拔力（KN）50钻孔深度（m）15-30钻孔直径（mm）89-108四、关键技术及创新点（一）关键技术钻机部件，为适应在综掘机机身布置并使用综掘机泵站，要求钻机结构紧凑、功率强大，性能可靠。角度调整机构是决定钻机适用性的关键部件。（二）创新点角度调整机构的设计是该项目中的创新点。角度调整机构可以使钻机迅速到达在规定的位置，从而实现迎头、顶板、两帮的钻孔施工。五、研究开发技术路线采取煤矿、企业双方联合的方式以增加项目实施的把握性。具体合作单位为东滩煤矿、山东兖煤精益机电设备有限公司。项目实施方法：首先由东滩煤矿提出课题，合理安排各阶段的具体工作任务和工作进度。负责项目工业性试验阶段机组地面改造、设备地面安装调试，井下安装、调试、钻探试验等等具体物资、人员、地点的安排。山东兖煤精益机电设备有限公司具体负责产品设计制造。并在工业性试验阶段配合东滩矿在综掘机改造、设备总装调试、井下钻探试验各个阶段提供技术支持和人员培训。实施步骤：由山东兖煤精益机电设备有限公司制订出一个最初的技术方案。然后组织相关专家共同对方案进行论证讨论。讨论结果必须提出具体的、详实可行的修改意见。论证讨论也不要局限于一次，每次讨论完提出具体建议后由山东兖煤精益机电设备有限公司负责在下一次论证前完成方案的修改。如此反复几次，直至将方案修改至趋于完美。然后由山东兖煤精益机电设备有限公司负责在总体方案的基础上进行产品开发设计，负责产品设计、PAE校核、资料准备。审查通过后的图纸进入车间，开始生产加工阶段。设备在厂内加工组装、出厂试验完成后，进入东滩矿进入工业性试验阶段。六、技术、经济可行性分析本项目所要实施的机载式多用途液压钻机与国内外类似机载瓦斯探放钻机技术相比，装机功率接近，但所要完成孔眼的位置和角度范围要宽广的多，不仅要涵盖迎头，对顶板、两帮的孔眼也必须能够完成；与类似的机载式锚杆钻机技术相比，不仅钻孔孔径、钻孔深度、装机功率等都有大幅提高，而且孔眼位置、钻孔覆盖范围也更加宽广。仅考虑完成钻孔任务，其机械结构就已经非常复杂，同时又要考虑与主机的巧妙结合，达到互不干涉的目的，技术难度很大。但是毕竟机载多功能液压钻机的使用频率远低于机载锚杆钻机，因此对于某些功能的要求可以适当降低甚至取消，因此，按照该方案实施，在技术上具有相当大的可行性。实施该项目需要对掘进机完成的改造主要有：一是对于掘进机控制箱安装位置进行改变；二是在掘进机回转台上增加一套回转支撑装置，用来安装钻机固定座；三是对掘进机液压系统的改造。掘进机整机机身高度增加约600mm，整机高度约2280mm；打垂直顶板孔时巷道高度需达到3.4m以上。项目在实施阶段，要对综掘机在地面做适当的改造以便用来安装该设备。由于合作双方都不是综掘机生产厂家，对综掘机的设计结构、零部件尺寸等庞大的设计数据没有完整资料，两机配合所需具体的数据、参数要针对实物进行人工具体测绘。工作过程中出现偏差导致返工或反复修改、时间延长等都是不可能完全避免的。初期下井，需要选择一个巷道条件比较理想的地点以顺利完成工业性试验，由于在综掘机的机身上部增加了一套体积庞大的装置，适应巷道的范围与原来相比受到更加严格的限制。同时给操作者带来的不适应也是可以想象的，或许会因此给综掘进尺带来影响。因此初期需要操作者需要尽快适应、用较短的时间掌握该设备的操作。争取在较短的时间内使该设备发挥其应有的作用。这些问题可以通过加强职工培训教育，短期内可以克服。七、对安全、环境、健康的影响性分析该项目为普通的机械项目，在具体实施的各个阶段都不会对环境造成不良影响。项目所涉及的所有物质均对人体无害。项目实施完成后由于设备是随机携带和机械化程度的提高，开展钻孔工作将是一件非常简单的事情。可以真正作到“有疑必探、先探后掘”。职工劳动强度也得到显著降低，工作场所的安全性必然会随之提高。八、现有基础、技术条件、保证体系东滩煤矿是国内知名的煤炭企业，会聚了大量的煤炭院校的优秀学生，他们多年的现场实践经验结合对煤炭生产现状的思考和探索，必然会产生出非凡的思路和方案。山东兖煤精益机电设备有限公司地处邹城，给项目的实施带来地理的优势，将来交流、探讨非常方便。该公司具有独立开发生产MYJ-200机载式锚杆钻机、机载瓦斯探放钻机的经验，该公司自主研发的机载式锚杆钻机已经成为三一重装、佳木斯煤机厂的配套产品。具有较强的研发实力和一定的加工能力。二者完美的结合，定会圆满解决所面临的重重困难。九、经济、社会效益分析该项目完成后其经济效益是显而易见的。综掘工作面可以根据需要随时开展大直径钻孔卸压、探放水、探测断层等工作。钻孔的灵活性、钻孔的效率效果等都将得到空前提高，减少了大量的辅助工作和辅助人员，节约了大量时间、提高了综掘机的开机率。辅助工作的减少、人工费用的降低和综掘进尺的提高必然带来可观的经济效益。伴随着钻孔的机械化程度的提高和“有疑必探、先探后掘”方针的落实，不仅降低了职工劳动强度，其工作环境的安全性也得到了进一步的保障。这对于确保矿井安全生产必将起到积极的作用。因此，该项目的实施，具有广泛的推广价值。必将产生极大的社会效益和经济效益。十、项目实施进度计划1-3月份：制订总体方案，方案论证、讨论阶段。4-5月份：图纸设计、资料准备。5-6月份：样机制造。7月份：样机组装、配套综掘机的改装。两机总装、地面调试。8-9月份：井下安装、调试。试运转。10月份：提高改进阶段，修改设计缺陷。进一步完善设计图纸，使产品定型。11-12月份：项目鉴定、总结验收。十一、经费计划1、项目调研费 3万元2、技术方案设