旋钻机液压系统

1、旋转钻机介绍姓名：黄自江学号：100203106院系：工业中心旋转钻机介绍旋转钻机是用切削式钻头破碎岩石的钻孔机械，也称旋转切削式钻机。在采矿工程中应用旋转钻机已有多年的历史，但多数是应用在井下煤矿且钻孔直径很小，如煤矿电钻等。随着国内外煤炭工业的大量开发，旋转钻机的使用范围在逐步的发展和扩大。六十年代以，我国煤炭、化工等露天矿山使用的是钢绳冲击式钻机和少量陈旧的旋转钻机；六十年代初期，我国研制成功了适合于煤矿使用的ZX-150型旋转钻机；七十年代以后，更多的煤炭系统单位和矿机制造厂进行了旋转钻机的研制，试制出了多种机型，通过鉴定定型的有ZX-150A、YQ-160、KX-150型等旋转钻机。

2、旋转钻机适于中硬以下、磨蚀性较小的岩石中钻孔，实践证明，在岩石坚固性系数f6的岩石中钻孔时，与牙轮钻相比，效率高、能耗小、轴压力小、成孔质量好，而且切削式钻头制造修复方便。1旋转钻机相关知识1.1钻机分类1）回转式钻机可分为三类：立轴式回转钻机：手把给进式钻机、螺旋差动式、液压给进式钻机；转盘式回转钻机：钢绳加减压式钻机、液压缸加减压式钻机；移动回转器式钻机：全液压动力头式钻机、机械动力头式钻机。该回转式钻机主要是依靠钻具的回转运动破碎层而成孔。作业时，动力机通过传动装置驱动转盘，由主动钻杆带动钻头旋转破碎岩层。该回转式钻机能适应各种不同地质情况，特别是卵石层中钻孔，成孔后，孔壁四周形成一层密

3、室的土层，对稳定孔壁，提高桩基承载能力，均有一定的作用。本次课题所涉及的旋转钻机即为回转式钻机。2）冲击式钻机可分为两类：钢丝绳冲击式钻机；钻杆冲击式钻机。该冲击式钻机主要由钻具的垂直往复运动，使钻头冲击井底以破碎岩层。该冲击式钻机的功效较低，钻井深度在250m以内，偶尔也可达到500-600米。该机运行钻孔是利用钻机的曲柄连杆机构，将动力的回转运动改变为往复运动，通过钢丝绳带动锤上下运动。冲击式钻机是将岩石破碎成粉粒状钻渣，由于其功率消耗大，效率低，所以除了硬质卵石层钻孔外，一般采用其他种类钻机。3） 复合式钻机：该机主要是由振动、冲击、回转、静压等功能以不同组合方式复合在一起的钻机。柴油锤

4、打桩机就是其中的一种。1.2回转钻机工作方式回转钻机是由动力装置带动钻机回转装置转动，从而带动有钻头的钻杆转动，由钻头切削土壤。回转钻机用于泥浆护壁成孔的灌注桩，成孔方式为旋转成孔。根据泥浆循环方式不同，分为正循环回转钻机和反循环回转钻机。1）正循环回转钻进是以钻机的回转装置带动钻具旋转切削岩土，同时利用泥浆泵向钻杆输送泥浆（或清水）冲洗孔底，携带岩屑的冲洗液沿钻杆与孔壁之间的环状空间上升，从孔口流向沉淀池，净化后再供使用，反复运行，由此形成正循环排渣系统；随着钻渣的不断排出，钻孔不断地向下延伸，直至达到预定的孔深。由于这种排渣方式与地质勘探钻孔的排渣方式相同，故称之为正循环，以区别于后来出现

5、的反循环排渣方式。2）反循环回转钻机成孔是由钻机回转装置带动钻杆和钻头回转切削破碎岩土，利用泵吸、气举、喷射等措施抽吸循环护壁泥浆，挟带钻渣从钻杆内腔吸出孔外的成孔方法。根据抽吸原理不同可分为泵吸反循环、气举反循环和喷射（射流）反循环三种施工工艺。泵吸反循环是直接利用砂石泵的抽吸作用使钻杆内的水流上升而形成反循环；喷射反循环是利用射流泵射出的高速水流产生负压使钻杆内的水流上升而形成反循环；气举反循环是利用送入压缩空气使水循环，钻杆内水流上升速度与钻杆内外液体重度差有关，随孔深增大效率增加。当孔深小于50m时，宜选用泵吸或射流反循环；当孔深大于50m时，宜采用气举反循环。1.3旋转钻机工作原理旋

6、转钻孔机种类很多，其外观形状也不完全相同，但根据钻孔工作的需要，它们的总体构造基本上相同，其通常由钻进系统和底盘桩架两部分组成。底盘桩架主要由立柱、起架装置、底盘、行走机构、液压系统及电气系统组成。钻进系统主要由动力头、钻杆、钻头、滑动支架、加压提升机构等组成。钻具的驱动动力可用电动机、内燃机或液压马达，底盘桩架有汽车式、履带式和步履式。底盘桩架主要起固定钻孔执行装置、钻进导向及行走等作用。钻进系统主要起到切削、输送、成孔等作用。钻进时由动力头原动机经过减速器驱动输出轴旋转，带动钻具旋转切削岩石，加压机构通过动滑轮组提供向下的轴压力，钻头在两者的共同作用下，最终完成钻孔作业。钻机钻孔时，回转机

7、构和加压机构通过钻杆向多刃切削钻头施加作用力，钻头在轴压力作用下侵入岩石，在回转扭矩的作用下切削破碎岩石。可用压气排碴，也可用螺旋钻杆排碴，压气排碴除尘装置与牙轮钻机的相同。当用螺旋钻杆排碴时，钻杆在孔中转动与孔壁构成一个螺旋输送器，孔底岩碴在离心力和摩擦力等各种阻力作用下沿钻杆上的螺旋叶片逐步向上输送，从而使钻具不断向下移动，完成钻进过程。旋转切削钻进原理如图1.1所示。图1：旋转切削钻进原理3旋转钻机发展现状及研究概况3.1目前国内外生产及研究现状利勃海尔公司LB系列的研发来源于利勃海尔机器几十年来在特殊土木工程中的应用经验，并考虑到了现在旋转钻机作业艰苦的情况。LB系列钻机的设计采用连续

8、螺旋钻和双旋转头。新型LB28旋转钻机设计钻孔直径最大可达2.5米,最大深度70米，扭矩为28吨米。它的绳索降落系统具有40吨提升力，在艰苦的地况和作业条件下，能提供最大的动力和可靠性。为增强对硬岩钻进能力，Robbins公司研制了小型钻进器具SBU(Small Boring Unit)，SBU可以在24-27英寸的直径范围内钻进硬岩，它由硬岩切削刀盘和装在刀盘上的高效推力轴承上的微型盘状切削具组成，通过全断面螺旋使切削刀盘旋转，用顶进装置使其推进。SBU通过一个标准六方柱与螺旋连接器连接，适合于所有的水平全断面螺旋钻机。云南楚雄吕合煤业有限公司根据露天矿山生产建设的需要，从1974开始，经过

9、20多年的不断努力，于1997年研制和开发成功KZXL-30型垂直旋转钻机，该钻机为电力驱动、轮胎行走,螺旋钻杆自行引导排碴。该机适应的煤岩硬度为f6，钻孔直径为130mm，钻进转速为每分钟198转。煤炭科学研究总院重庆分院进行了松软凸出煤层顺层螺旋钻进装备研制与配套工艺开发项目，2006年研制出ZY-1250型全液压钻机，钻机用于松软凸出煤层钻进,最大孔深150m，并且在巧150m型钻机的基础上，对钻机结构和关键参数进行了进一步优化，完成了200m型钻机的设计。煤炭科学研究总院西安分院研制了高强度必420mm插接式密封型螺旋钻杆(如图1.2)，可采用干式和湿式两种排碴方式，用于在煤层中钻进水

10、平大直径孔，尤其在当煤矿发生瓦斯爆炸，顶板冒落等事故时建立与被因人员的联络通道。2003年用ZDY400OS型全液压钻机配套该螺旋钻杆在阳泉新景矿成功进行了深度为50.6m的大直径钻孔试验。图1.2 420mm插接式密封型螺旋钻杆3.2旋转钻机的技术发展趋势旋转钻机的技术发展趋势主要体现在以下几个方面：l)钻机动力头主要有三种方式：柴油机、电动机和液压马达驱动。用柴油机作动力，可以扩大钻机的使用范围，特别有利于开发边远和缺乏电力的地区。如美国Drilteeh公司的D40K，Igersoll-Rand公司的T4型和德国Sazlgitter公司的LB6l0型就是用柴油机驱动的；电机驱动动力头转速调

11、节不便、启动扭矩小，与电动机驱动相比液压装置在同等体积下能产生更大的动力，液压装置体积小、重量轻、结构紧凑，且液压装置工作比较平稳，易于实现快速启动、制动，能在较大范围内实现无级调速。由于液压传动的突出优点，目前在旋转钻机上得到了更广泛的应用；2)大型钻机多用履带式行走机构，小型钻机多用轮胎式，矿用钻机采用履带式的居多。轮胎式钻机用于开采分散的小矿体时更能发挥作用，履带式钻机多用于作业时间长、工作面比较固定的场所；3)采用全液压系统：国外中、小型旋转钻机的工作机构几乎全部采用液压马达作为回转动力。加压、提升系统一般采用液压缸或液压马达，通过链条或钢丝绳传动，可以对轴压力和进给速度进行无级调节；

12、4)可以钻斜孔、平台可回转360度：钻机具有用于调整钻架倾角的专门装置；上、下车独特的水平调节系统的应用，可进行上下车倾斜调节，确保上车驾驶室为水平，此功能既保证了钻孔时的垂直度，又可使操作手在舒适的位置长时间工作而不会感到疲倦；5)控制技术的智能化，；自动垂直调平、发动机的监控、钻孔深度测量及显示、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测、报警及信息显示等方面逐步实现智能化控制；6)一机多用；有些钻机可以选用不同的凿岩方式，根据岩石的不同硬度情况，选择不同的钻头。如钻软岩使用切削钻头，钻坚硬岩石使用牙轮钻头或冲击器等；7)电子、电液技术的应用增加，采用轴压、转速自动调节系统，使钻机能在最

13、优状况下工作。4旋转钻机在我国露天矿山中的应用据初步统计,我国60年代起自行发展的小型旋转钻机有KX-150、KX-150A旋转钻机，KY-150、KY-200、YZ-12牙轮钻机和仿制的YKH-120炮孔钻机,KQX120钻机等等,其主要技术参数见附表。这些钻机都是冶金、煤炭、化工、建材等中、小型露天矿理想的穿孔设备,也是大型露天矿进行清底打边坡的必要辅助设备。下面我们以KX-150为例介绍旋转钻机在露天矿山中的应用。KX-150旋转钻机是结合我国露天矿山具体情况自行发展的新产品, 它具有主要性能参数合理、效率高、成孔质量好、结构比较紧凑、体积小、重量轻、行走灵活方便, 工作和行走时稳定性好

14、、操作方便、劳动强度小、自带空压机排渣、不需用水、便于矿山管理、除尘装置效果良好, 是适合我国露天煤犷及其它露天矿山使用的新型穿孔设备。4.1KX-150旋转钻机在我国露夭矿山的使用情况及效果KX-150旋转钻机从1981年3月开始到同年7月末工业试验性试验中( 岩层硬度f为3-11之间) 总进尺15574米, 平均作业班效率为109米, 最高台班效率为194米, 平均台时穿孔效率为29-39米, 每米穿孔成本为1.02元, 工业性试验期间的无外因作业率为62.68%-80.7%。从1981年9月到1982年12月的生产使用中, 1*钻机钻进进尺57218米, 出动台班数551个, 平均台班效

15、率为103.84米。2*钻机钻进进尺58002米, 出动台班数576个, 平均台班效率为100.69米。1983年1* , 钻机钻进进尺61240米, 2*钻机钻进进尺59276米。其间1983年9月份有一台钻机在参加全国煤炭系统钻机钻孔竞赛中,该月进尺达16775米, 该月工作90个台班, 孔深为6-20米不等, 其中以12米、8米、16米为最多, 岩层硬度f在3-11之间。平均台班效率为186.38米, 最高台班效率为345米。当月每米穿孔成本为0.41元。从1983年3月工业性试验开始( 其中1981年8月未统计在内)到1983年年底总计进尺251310米, 台班效率为冲击式穿孔机效率的

16、4.5倍。每爆破1米3岩石穿孔成本比冲击穿孔机约低10% ,节电约19.4%。该矿已基本上用KX-150旋转钻机代替了BY20-2钢绳冲击式穿孔机。与我国进口的几种旋转钻机比, 本机价格只为其三分之一到六分之一。而且本钻机的钻进效率高, 故障小、维护比较容易, 穿孔成本也比较低。因此,KX-150旋转钻机的应用和推广必将促使我国露天煤矿使用数十年的冲击式穿孔机的最终被淘汰。用新钻机武装后, 将会大大改变我国露天矿山( 特别是露天煤矿) 的技术落后状况, 显著地提高其经济效益。5课题研究来源露天煤矿生产、建筑、水利、电力、铁路工程的土石方工程施工中，开挖前需对露天挖掘场地进行穿孔爆破，以达到松动

17、岩层，提高工作效率，降低生产成本的目的。目前采用机械破碎岩石钻孔的方法，主要有三种类型，分别是，；冲击-转动破碎岩石钻孔，是采用冲击载荷和转动钎具一定角度，并施加合理的推力来破碎岩石。适合在中硬、坚硬的岩石中钻孔，钻孔设备有潜孔钻和凿岩机等；旋转破碎岩石钻孔，是采用旋转式多刃钎具切割岩石，同时施加较大的推力破碎岩石。适应于磨蚀性小及中硬以下的岩石中钻孔，此类钻孔设备有电钻和旋转钻机；旋转冲击破碎钻孔是施加很大的轴压，使钻头旋转滚齿传递冲击和压入力，滚齿压入岩石的作用比冲击作用大，通过旋转-冲击破碎岩石，典型设备为牙轮钻机。根据露天开采矿岩量对用各种不同方法钻孔的数据的分析表明，大部分矿岩的坚固性系数f在16以下(f6的占23%30%,f=616的占65%70%)，即大部分矿岩处在能够合理使用冲击一转动式和牙轮式钻机的范围内。