ZFYD系列低矮型反井鉆機

ZFY（D）系列反井鉆機適用于井下煤倉、暗立（斜）井，管路孔、電纜孔、溜煤孔、通風(fēng)孔等施工作業(yè)。該系列產(chǎn)品具有品種齊全、結(jié)構(gòu)新穎、操作簡單、運輸方便等特點。鉆機鉆擴孔直徑為1000～2500mm,其中ZFY（D）2500（低矮型）反井鉆機為國內(nèi)自主研發(fā)的擴孔直徑最大的反井鉆機，可一次鉆擴直徑為2.5m的各種暗立井，鉆擴孔深度可達500m以上。鉆機技術(shù)創(chuàng)新點在于機型結(jié)構(gòu)緊湊，工作高度低，小機型的工作高度≤2500mm，大機型的工作高度≤2960mm，在煤礦井下施工時不用開挖專用峒室；整機運搬重量輕，其中ZFYD1200（低矮型）反井鉆機的主機重量僅3.61噸，比國內(nèi)同類鉆機重量輕55%左右，井下運輸十分方便；ZFYD系列低矮型反井鉆機的主要技術(shù)指標(biāo)設(shè)計十分合理，能量利用率高。鉆機的擴孔直徑、整機重量等指標(biāo)達到國內(nèi)領(lǐng)先水平，鉆機的技術(shù)性能處于國內(nèi)先進水平。

用    途：適用于井下煤倉、暗立（斜）井，管路孔、電纜孔、溜煤孔、通風(fēng)孔等施工作業(yè)。
技術(shù)特點：工作高度低、整體搬運、剛性好、承載能力大、穩(wěn)定性好、裝卸鉆桿機械化。
型號：ZFYD1200  ZFYD1500  ZFYD2500
技術(shù)指標(biāo)：

鉆 機 型 號	原 型 號	ZFYD1200	ZFYD1200	ZFYD1500	ZFYD2000	ZFYD2500	ZFYD3000
	新煤安型號	ZFY1.2/20 /200D	ZFY1.2/40 /300D	ZFY1.5/40 /100D	ZFY2.0/100 /300D	ZFY2.5/100/100D	ZFY3.0/180 /150D
導(dǎo)孔直徑 (mm)		200	250	250	250	250 （270、 311 ）	311
擴孔直徑 (mm)		1200	1200 ~1500	1500 ～ 1800	2000	2000~2500	3000
鉆孔深度 (m)		200	300	100	300	100	150
鉆桿直徑 (mm)		150	176	200	200	200 （ 228、 250 ）	250
導(dǎo)孔鉆速 (r/min)		0 ～ 52	0 ～35	0 ～ 35	0 ～ 33	0 ～ 33	0 ～ 18
擴孔鉆速 (r/min)		0 ～ 26	0 ～17	0 ～ 17	0 ～ 12	0 ～ 12	0 ～ 9
擴孔額定扭矩 (kN·m)		14.9	22	22	68.5	68.5	137.7
擴孔最大扭矩 (kN·m)		21.5	44	44	98	98	180
鉆頭許用最大推力 (kN)		196	222.5	222.5	222.5	222.5	264
擴孔最大拉力 (kN)		440	1154	1154	2200	1470 （ 1800 ）	2200
鉆孔傾角 ( o )		60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o	60 o～ 90 o
適用巖石硬度		F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 14	F ≤ 10 （ F ≤ 14 ）	F ≤ 14
主機運搬重量 ( 包括搬運車 ) （ t ）		3.65	6.5	6.5	9.41	9.41	10.2
主機搬運尺寸 （長寬高）（ mm ）		2160×940 ×1543	2309×1142 ×1704	2309×1142 ×1704	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089
主機工作尺寸 （長寬高）（ mm ）		1915×1020 ×2700	2265×1245 ×3000	2265×1245 ×3000	2690×1590 ×3800	2690×1590 ×3100 （ 3800 ）	2690×1590 ×3800
鉆桿有效長度（ mm ）		1000	1000	1000	1000	1000	1000
鉆孔偏斜率（ % ）		≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1
電機功率（ kW ）		66	86	86 、 121	161	161	161
驅(qū)動方式		全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動

獲    獎：ZFYD1200型、ZFYD2500型反井鉆機分別獲得1994、1997年度煤炭科技進步三等獎。

鉆 機 型 號	ZFYD-1200	ZFYD-1500	ZFYD-2500	ZFBPY1000
導(dǎo)孔直徑/mm	200	250	250	200
擴孔直徑/mm	1 200	1 500～1 800	2 500	1 000
鉆孔深度/mm	200	100	100	400
鉆桿直徑/mm	150	200	200	150
導(dǎo)孔鉆速/r·min-1	0～51	0～35	0～33	0～25
擴孔鉆速/r·min-1	0～25	0～17	0～12	0～20
主軸扭矩/kN·m-1	10.7～21.5	22～44	68.5～98	8.53～17.05
推力/kN	196	338	745	170
拉力/Kn	440	1 154	1 470	882
鉆孔傾角/(º)	60～90	60～90	60～90	60～90
主機重量(包括搬運車)/t	3.65	6.5	9.41	5.23
主機搬運尺寸/mm×mm×mm	2 160×940×1543	2 309×1 142×1 704	2 473×1 420×2 089	2 104×970×1 643
主機工作尺寸/mm×mm×mm	1 915×1 020×2 500	2 265×1 245×2 764	2 690×1 590×2 900	1 981×1 099×3 490
鉆桿有效長度/mm	1 000	1 000	1 000	1 000
鉆孔偏斜率/%	≤1	≤1	≤1	≤1
電機功率/kW	58	118.5	166.5	46.5
驅(qū)動方式	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	全液壓驅(qū)動	電液驅(qū)動
隨機鉆桿長度/m	30	30	30	30

低矮型系列反井鉆機簡介

一、國產(chǎn)反井鉆機類型及其特點

反井鉆機是一種機械化程度高、安全高效的反井施工設(shè)備。尤其是用它鉆鑿煤礦的反井、井下煤倉、溜煤眼、延伸井筒及各種暗立井時可大大提高建設(shè)速度。它還具有減輕工人勞動強度、作業(yè)安全、成井質(zhì)量好等優(yōu)點。受到廣大礦工們的歡迎。國外六十年代就開始生產(chǎn)使用反井鉆機進行反井施工，反井鉆機鉆井工藝不斷得到完善和發(fā)展，目前在工業(yè)發(fā)達的國家中使用反井鉆機鉆鑿反井的比重已超過 60%以上，有的達到90%。

圖 1 （ a ） LM120 型反井鉆機 （ b ） TYZ1000 型天井鉆機

1-鉆架 2-搬運車 3-油箱車 4-動力車 5-操作臺 6-起吊裝置

我國研制反井鉆機 1967年開始，由長沙礦山研究院負責(zé)設(shè)計研究槽形框架拼裝結(jié)構(gòu)、全液壓傳動反井鉆機，由于礦山生產(chǎn)的需要使其發(fā)展較迅速，并形成了TYZ天井鉆機系列，1986年初到1994年煤科總院建井所根據(jù)煤礦的生產(chǎn)建設(shè)的具體情況，設(shè)計了LM系列反井鉆機。以上二個系列機型屬于同一類型，即為槽形框架拼裝結(jié)構(gòu)，此類機型代表見圖1。這種反井鉆機在主機機架上部設(shè)計了一對（或二對）支撐油缸，在安裝使用時支撐油缸支撐在峒室的頂板上，鉆機機架下端設(shè)計了帶下支撐油缸的四連桿滑塊機構(gòu)，這上、下支撐油缸的作用是：（1）調(diào)平找正鉆機機架；（2）承重并防止鉆機機架在鉆孔時松動；（3）克服來自鉆頭的反扭矩和反作用力。

這種機型的特點是鉆機安裝、拆卸方便，下支承設(shè)計成四連桿滑塊機構(gòu)，便于鉆鑿 60°～90°斜孔，裝卸鉆桿機械化，自帶運搬車，可以整體運搬。但這種拼裝成框架，支承式安裝形式使鉆機剛性差，承載能力小，只適用于小機型，又由于上支撐是頂在峒室頂板上，故要求頂板強度高。在生產(chǎn)制造中由于槽型框架拼裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制造和裝配精度難以保證，往往影響鉆機的制造質(zhì)量和加工成本。

二、我所研制的反井鉆機類型及其特點

我所從 86年開始，對國內(nèi)外反井鉆機的結(jié)構(gòu)及使用中的情況進行調(diào)查研究，結(jié)合我國煤礦生產(chǎn)實際，參考了國外先進的大型機型，吸取國內(nèi)機型的優(yōu)點，設(shè)計了兩柱三缸剛性框架結(jié)構(gòu)形式的反井鉆機，十幾年來，我所設(shè)計研制的反井鉆機有八個品種，主要類型有普通型、低矮型、移動式和變頻調(diào)速電液傳動型。這些機型與國內(nèi)其他廠、院所設(shè)計的機型不同，我們吸收了國內(nèi)外其他反井鉆機的優(yōu)點，并結(jié)合我國煤礦生產(chǎn)中的具體情況，研究設(shè)計了兩柱三缸剛性基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)形式。上述類型反井鉆機在煤礦生產(chǎn)實際使用中得到了用戶的一致好評。我所開發(fā)研制反井鉆機的特點如下：

1．兩柱三缸普通型反井鉆機

從 87年到91年，我所參考了美國羅賓斯機型，即兩柱三缸結(jié)構(gòu)形式，并吸收了國產(chǎn)鉆機的優(yōu)點，結(jié)合現(xiàn)場使用要求，設(shè)計了ATY1500型和ZFY2500型反井鉆機，這兩種鉆機結(jié)構(gòu)特點是由兩個圓形導(dǎo)向立柱導(dǎo)向，三只對稱布置的推進油缸沿兩導(dǎo)向柱上、下移動實現(xiàn)鉆機的推拉力，鉆機機架不需用支撐油缸支撐在峒室頂板上，而直接用錨桿定在地基基巖上。這種普通型的反井鉆機在使用中具有剛性好，承載能力大（ATY1500型反井鉆機一次成井Φ1.5米，ZFY2500型反井鉆機一次成井Φ2.5米），穩(wěn)定性好，導(dǎo)向精度高，錨桿裝卸、鉆機運輸方便等優(yōu)點，具體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖 2 ATY1500、ZFY2500反井鉆機

1-主機 2-搬運車 3-油箱車 4-泵站 5-操作臺

6-吊掛裝置 7-鉆機（包括三牙輪鉆頭、鉆桿、擴孔刀盤）

2．ZFYD系列低矮型反井鉆機

在反井鉆機的研制過程中，我所技術(shù)人員經(jīng)常到生產(chǎn)現(xiàn)場，聽取用戶的意見，不斷的改進使產(chǎn)品更完美。通過使用和實踐，發(fā)現(xiàn)以上兩種結(jié)構(gòu)型式的反井鉆機工作高度過高（ 3600mm和4030mm），運輸尺寸大，在井下使用時需要人工挑頂，開挖較大的峒室，增加了施工成本，延長了工期，尤其是較淺的暗立井施工中，應(yīng)用反井鉆機施工其經(jīng)濟效益不明顯。為了適應(yīng)生產(chǎn)需要，從1992年起，我所又研制了低矮型反井鉆機（見圖3），并形成了以ZFYD1200型為代表的

ZFYD系列低矮型反井鉆機。該機型的特點：（1）采用兩柱三缸結(jié)構(gòu)形式，鉆機機架直接錨固在地基基巖上，使鉆機整體剛性好，承載能力大。（2）鉆機的推進油缸采用伸縮式套筒油缸，使鉆機工作高度大大降低，一般在2500～2900mm（詳見附表），用低矮型反井鉆機施工暗立井時，開挖峒室工作量?。ɑ虿婚_挖），降低了人、財、物的消耗，縮短了施工前期的準(zhǔn)備工期。（3）三只推進油缸對稱布置，其中心連線為一等邊三角形，這三角形的重心就是鉆機回轉(zhuǎn)中心，這是鉆機運轉(zhuǎn)平穩(wěn)因素之一，鉆擴孔精度高。（4）裝卸鉆桿機械化，自帶運搬車整體運搬。ZFYD系列低矮型反井鉆機研制成功，為我國暗立井施工提供了一種先進、高效而安全的施工設(shè)備，在現(xiàn)場使用中得到了用戶的一致好評。

圖 3 ZFYD系列低矮型反井鉆機

1-主機 2-搬運車 3-泵站 4-鉆具 5-主機基礎(chǔ)

6-吊掛裝置 7-液壓操作臺 8-電氣開關(guān)盒

3．滾刀的研究

我所對滾刀破巖機理、受力分析做了大量的工作，還積累了滾刀國內(nèi)外的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇及熱處理、各種合金焊接工藝和滾刀生產(chǎn)制造工藝等大量試驗資料。設(shè)計的大型豎井鉆機楔齒滾刀獲機械工業(yè)部二等獎，工程鉆機用 DXP-1鑲齒盤形滾刀（課題號88-146）在生產(chǎn)使用中壽命達550米。我們還和洛陽九久公司共同研制了適合于各類地下工程的高耐磨性焊齒破巖滾刀和球齒破巖滾刀。目前我們正在設(shè)計研究地鐵及隧道工程用的盤形滾刀和遁構(gòu)用的刮刀。

三、我所設(shè)計研制的反井鉆機與國內(nèi)同類機型比較

我所設(shè)計研制的反井鉆機與國內(nèi)其它院所反井鉆機的不同點：

1．鉆機的工作高度低

小機型馬達上表面至軌道上表面的工作高度＜2700mm，大機型馬達上表面至軌道上表面的工作高度＜3100mm

2．鉆機整體運搬重量及鉆桿重量輕

同樣性能參數(shù)的反井鉆機主機重量（包括運搬車重量）相比，我所的鉆機重量輕55%（如ZFYD1200主機重量3.61t，LM120主機重8t，TYZ1000主機重8.4t），由于采用了高強度合金鋼，鉆桿直徑細重量輕，井下搬運十分輕便。

3．鉆擴孔直徑目前最大達Φ2.5米，鉆擴孔深度可達500米以上。

4．采用國際上較為先進的三缸兩柱式結(jié)構(gòu)，整體剛性較強，穩(wěn)定性好，同時三只油缸對稱布置，對鉆具施加的力均勻，從而保證了鉆機鉆孔時的工作穩(wěn)定性。

5． 將雙伸縮推進油缸更換成隨機自帶的普通單級油缸就可使低矮型成為普通機型，可使得最大鉆井深度大大提高，鉆孔深度可達到 300 米 以上。其最大擴孔拉力是國內(nèi)其它機型的 1.5 倍。

其綜合性能比較請看附表

四、ZFYD系列反井鉆機的工作原理與結(jié)構(gòu)特點

ZFYD系列反井鉆機的工作原理與其它反井鉆機大致相同，即將鉆機安裝在上水平，先由上往下鉆一個先導(dǎo)孔，然后在下水平巷道卸去先導(dǎo)孔鉆頭，安裝上擴孔鉆頭，再由下往上擴孔，直到把擴孔鉆頭打到上水平，完成反井施工。

該鉆機主要由主機、運搬車、液壓泵站、鉆具（包括鉆桿、穩(wěn)定鉆桿、三牙輪鉆頭及擴孔鉆頭等）液壓操作臺、鉆機基礎(chǔ)、鉆桿起吊裝置等組成。

主機由兩臺液壓馬達通過齒輪減速箱、驅(qū)動頭構(gòu)成鉆機回轉(zhuǎn)系統(tǒng)，驅(qū)動頭與鉆桿聯(lián)接，帶動鉆桿與鉆頭進行鉆孔所需的回轉(zhuǎn)運動，并給鉆機提供所需的扭矩。三只對稱布置的推進油缸帶動減速箱、驅(qū)動頭及鉆具上、下移動構(gòu)成鉆機的推進系統(tǒng)，并給鉆機提供鉆孔所需的鉆壓。在扭矩及鉆壓的聯(lián)合作用下，三牙輪鉆頭或擴孔鉆頭破碎巖石。在先導(dǎo)孔鉆進中，被破碎下來的巖石屑用洗井液采用正循環(huán)方式排至井口上部，再擴孔時，巖石屑靠自重落到下水平巷道。

ZFYD系列反井鉆機的結(jié)構(gòu)特點如下：

⑴在回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，選用了兩臺并聯(lián)的低速大扭矩液壓馬達，簡化了減速箱的設(shè)計同時還可以獲得兩種不同的轉(zhuǎn)速和扭矩。

⑵采用國際上較為先進的三缸兩柱式結(jié)構(gòu)，整體鋼性較強，穩(wěn)定性好，同時三只油缸對稱布置，對鉆具施加的力均勻，從而保證了鉆機鉆孔時的工作穩(wěn)定性。

⑶采用帶浮動量的驅(qū)動頭，裝卸鉆桿時使鉆桿上、下浮動，以免由于主軸的升降速度與螺距不一致而損壞螺紋，且在驅(qū)動頭的外齒套上設(shè)計了反向棘輪，配合輔助卸桿器拆卸鉆桿。

⑷液壓系統(tǒng)的主回路小機型采用開式回路，掖壓系統(tǒng)簡單可靠；大機型采用閉式回路，從而大大減小了鉆機上液壓泵站的油箱體積，保證了主系統(tǒng)中工作油液的清潔度，有效提高了液壓元件的使用壽命。

⑸鉆機采用全液壓傳動，動力單一，便于管理。

五、結(jié)束語

二十多年來我所反井鉆機組的技術(shù)人員深入現(xiàn)場，根據(jù)用戶的要求開發(fā)新產(chǎn)品，研制出一臺又一臺新型的反井鉆機，這些鉆機在兗州礦務(wù)局、窯街礦務(wù)局、棗莊礦務(wù)局、肥城礦務(wù)局、鐵法礦務(wù)局、六枝礦務(wù)局、豐城礦務(wù)局、龍煤集團下屬四大礦務(wù)局、阜新礦務(wù)局、內(nèi)蒙古平莊煤電集團、重慶能源集團、川煤集團等幾十個煤礦，進行了數(shù)萬米反井工程施工，表明鉆機性能好，成井質(zhì)量高，得到了現(xiàn)場領(lǐng)導(dǎo)和施工人員的歡迎，其鉆機的綜合性能在國內(nèi)處于領(lǐng)先地位。同時通過多年來的研制工作，鍛煉出一支較強的設(shè)計隊伍，在反井鉆機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、反井施工工藝及性能參數(shù)的研究方面也做出了不少的成績。目前我所正對反井鉆機的參數(shù)優(yōu)化、多用綜合型鉆機（包括水平鉆擴孔）的研究及零部件的可靠性方面做了大量的研究工作，我所的目標(biāo)是將我們設(shè)計的反井鉆機技術(shù)水平在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平并打入國際市場。

南京研究所研制的反井鉆機在技術(shù)方面處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。近年來，南京所在反井鉆機方面獲得的多項獎勵如下：

（ 1 ） ATY1500 反井鉆機獲 1991 年國家能源部科學(xué)技術(shù)進步三等獎。

（ 2 ） ZFYD1200 低矮型煤礦用反井鉆機獲 1992 年煤炭工業(yè)部科學(xué)技術(shù)進步三等獎。

（ 3 ） ZFYD2500 低矮型煤礦用反井鉆機獲 1997 年煤炭工業(yè)部科學(xué)技術(shù)進步三等獎。

（ 4 ） ZFYD 系列低矮型煤礦用反井鉆機 1993 年被評為國家級新產(chǎn)品。

（ 5 ） ZFBPY 變頻調(diào)速電液傳動反井鉆機獲 2001 年江蘇省科學(xué)技術(shù)進步三等獎。

六、部分客戶名單：