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ZD大孔徑反井鉆機
ZD-150型大孔徑反井鉆機
用 途：主要用于施工急傾斜煤巖層上山的開切眼、溜煤眼、通風眼、煤倉及其他工程孔。
技術特點：
采用機械旋轉，液壓進給，動力消耗小；
具有液壓和瓦斯斷電保護功能，可進行遠距離操作；
采用自下而上鉆孔、自上而下擴孔的二次鉆孔法成孔，充分利用桿孔空間，整體剛性大，穩定性好；
既可鉆煤孔，又可鉆巖孔；鉆具設置特殊裝置，鉆孔精度高。
采用機械旋轉，液壓進給，動力消耗小；
具有液壓和瓦斯斷電保護功能，可進行遠距離操作；
采用自下而上鉆孔、自上而下擴孔的二次鉆孔法成孔，充分利用桿孔空間，整體剛性大，穩定性好；
既可鉆煤孔，又可鉆巖孔；鉆具設置特殊裝置，鉆孔精度高。
ZD-150型大孔徑反井鉆機-技術指標：
鉆孔深度：150(煤)、100(巖) m
開孔直徑：300(煤)、311(巖) mm
擴孔直徑：600(煤)、500(巖) mm
鉆孔傾角：45～90°
輸出轉速：55～95 r/min
輸出扭矩：3.2/1.8 kN·m
鉆桿尺寸：Φ89 mm×678 mm
主電機功率：18.5 kW
泵站電機功率：7.5 kW
主機質量：12 000 kg
ZD-150型大孔徑鉆機的工作原理、主要結構、性能特點和井下工業性試驗情況。該鉆機的研制成功并投入使用，為急傾斜煤巖層上山掘進，增加了一條新途徑。
在我國煤礦急傾斜煤巖層上山掘進中，如開切眼、溜煤眼等施工，由于施工條件差、機械化程度低等原因，致使掘進速度慢、安全性差、效率低，直接影響了生產的發展和經濟效益的提高。由煤炭科學研究總院重慶分院研制成功的ZD-150型大孔徑鉆機，較好地解決了上述問題。
1 急傾斜煤巖層上山掘進對鉆機的要求
(1)外形尺寸與井下條件相適應，滿足運輸及使用要求；
(2)有足夠的功率，能一次鉆穿全段急傾斜煤巖層上山；
(3)終孔直徑滿足使用要求；
(4)終孔位置誤差小，能準確到位；
(5)能在煤巖層中鉆進；
(6)符合有關安全規程要求，能在不同瓦斯等級的礦井中使用。
2 鉆機工作原理及主要結構與功能
2.1 鉆機工作原理
ZD-150型大孔徑鉆機采用鉆削法破碎煤巖層成孔，即鉆頭中的切削具在旋轉扭矩帶動下旋轉，同時做進給運動，切削具破碎煤巖成孔。鉆頭的旋轉運動由一臺18.5 kW的電動機產生，經傳動變速箱減速后傳給六方傳動軸，并帶動六方套旋轉，經減速后將動力傳遞給鉆具及鉆頭。鉆機設有兩檔輸出轉速，高速用于鉆煤孔及其它小孔，低速用于鉆巖孔與擴孔。鉆頭的進給運動由液壓傳動實現，液壓泵站上7.5 kW電動機帶動雙聯齒輪泵產生兩路不同壓力、不同流量的壓力油，一路為高壓小流量，供進給油缸正常進給時使用；另一路為低壓大流量，供進給油缸快速調車時使用。
2.2 鉆機主要結構與功能
ZD-150型大孔徑鉆機主要由泵站、控制箱、主機、鉆具四大部分組成，并可根據需要，配置專用電控系統，詳見圖1。
1—電控系統；2—泵站；3—控制箱；4—主機；5—瓦斯傳感器；6—鉆具
(1)泵站是ZD-150型大孔徑鉆機的主要動力源之一，由輔助電動機、油箱、雙聯齒輪泵、溢流閥、濾油器、冷卻器等部件組成。泵站產生的兩路壓力油，為進給油缸、支撐油缸等提供動力，實現鉆具的進給運動。
(2)控制箱是ZD-150型大孔徑鉆機的控制機構，由手動換向閥、多路換向閥、節流閥、旋轉電機控制開關、油泵電機控制開關、壓力表和水閥等組成。操縱手動換向閥、多路換向閥和節流閥的手把，可控制進給油缸的伸縮及鉆具的進退、正常鉆進調速和快速調車。
(3)主機由傳動變速箱、動力頭、機架、機座等部件組成。傳動變速箱是鉆機的減速裝置，動力頭是鉆機動力輸出部件，將動力傳遞給鉆具，實現鉆具的旋轉切削運動。傳動變速箱、動力頭安裝在機架上。機架上安裝有進給油缸，支撐油缸，以實現鉆具的進給運動和穩固鉆機。機座是鉆機的主要承重部件和安裝基礎。
(4)鉆具是鉆機破巖的主要工作部件，由鉆桿、鉆頭、定位器等組成。鉆桿將扭矩和軸壓傳遞給鉆頭，使鉆頭中的切削具切削破碎煤巖成孔。定位器具有支撐鉆桿、扶正孔位的作用，使鉆桿在孔內不致發生彎曲，保證終孔位置的準確。鉆機配備兩種鉆頭，在煤層及軟巖中鉆進時，使用鑲嵌硬質合金的多級塔式鉆頭即煤鉆頭，在硬巖中鉆進時，使用牙輪鉆頭。
(5)電控系統具有過流、短路保護和風電閉鎖等功能，在瓦斯超限和無通風時鉆機不能啟動，對人員和設備進行安全保護。
3 ZD-150型大孔徑鉆機的技術參數及特點
3.1 主要技術參數
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鉆孔直徑／mm 擴孔直徑／mm 鉆孔深度／m 適應巖石普氏系數 鉆孔傾角／（°） 動力頭輸出轉速／r.min－1 動力頭輸出扭矩／N.m 鉆孔推力／kN 擴孔拉力／kN 正常進給速度／m.min－1 正常返回速度／m.min－1 調車速度／m.min－1 鉆桿尺寸／mm×mm 主電機功率／kW 輔助電機功率／kW 主機外形尺寸／mm×mm×mm 總質量／kg |
300(煤巷)311(巖巷) |
3.2 鉆孔特點
(1)鉆機采用兩次成孔法破巖成孔，即先由下水平巷道(進風巷或機巷)向上水平巷道(回風巷)施工出一定直徑的鉆孔，鉆穿至上水平巷道后，將鉆頭更換成擴孔鉆頭，再由上向下擴孔，直到擴完這段上山為止。
(2)可在45～90°的傾角范圍內鉆孔，采取必要措施后，可在20～45°范圍內鉆孔；
(3)有足夠的功率，能鉆穿全段急傾斜煤巖層上山；
(4)鉆具中設置定向器，隨鉆桿進入孔內，起支撐和導向作用，保證鉆孔準確到位；
(5)既可打煤孔，又可打巖孔。打煤孔時用煤鉆頭，打巖孔使用牙輪鉆頭；
(6)可根據需要配置專用電控系統。該電控系統中設置有瓦斯傳感器、瓦斯報警儀、風電閉鎖裝置、雙電機磁力啟動器等，對設備和環境進行保護和控制，保障設備和施工人員的安全。
(7)設置遠距離控制箱，工人遠離孔口操作機器，避免煤巖垮落對施工人員造成傷害。
4 井下工業性試驗
ZD-150型大孔徑鉆機于1995年2～8月，在天府礦務局磨心坡煤礦進行了井下工業性試驗，結合生產需要，施工急傾斜煤層開切眼2個、瓦斯輸送孔1個，試驗通風孔1個。
4.1 施工急傾斜煤層開切眼
鉆孔地點位于井下－10 m水平的南9石門K8煤層，垂高90 m，斜長96 m。K8煤層厚度1.2 m，傾角65°，煤層普氏系數f＝1～1.5，煤層瓦斯含量11.56 m3／t，具有瓦斯突出危險，其開切眼布置如圖2所示。開孔位置位于K8煤層中部，鉆機安裝傾角67°，鉆孔直徑300 mm，鉆孔深度96.6 m，用3個小班完成，班最大進尺58 m，擴孔直徑為600 mm，用5個小班完成，班最大進尺33 m。
圖2 開切眼施工布置
a—使用ZD-150型鉆機；b—不用鉆機
4.2 施工瓦斯輸送孔
在-115 m水平井底車場暗豎井旁施工瓦斯輸送孔。該鉆孔直徑311 mm，垂高101.5 m，斜長105 m，傾角84°。鉆孔位于暗豎井旁的毛口灰巖中，為順層鉆進，巖石普氏系數f＝8～10，局部達到f=12，用10個小班完成，班最大進尺18.4 m，詳見圖3。
4.3 效果對比
4.3.1 施工急傾斜煤層開切眼與人工作業的經濟效益對比
使用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤層開切眼96.6 m，與人工作業相比，施工時間由原需4～5個月縮短為1.5個月，節約施工周期約2.5～3.5個月，工作面因此提前投產，多產原煤約2萬多噸，新增產值(間接效益)約200萬元，節省開支約6.8萬元(直接效益)，詳見表1。
表1 施工開切眼費用比較
| 費用名稱 | 大孔徑鉆機施工 | 人工作業施工 |
| 支護材料 | - | 60 000元 |
| 人工費 | 2 700元 | 26 000元 |
| 水電及油料費 | 4 080元 | 15 000元 |
| 鉆孔及刀片材料費 | 6 250元 | - |
| 機器折舊費 | 20 000元 | - |
| 合 計 | 33 030元 | 101 000元 |
4.3.2 施工瓦斯輸送孔與鋪設管道的經濟效益對比
施工瓦斯輸送孔106 m，比從斜井架設直徑為?310 mm的鋼管管道節約管材216 m，直接節約開支約9萬元，同時也避免了因跑車等事故對瓦斯管路的損壞，免于維修，長期受益，間接效益是無法估量的。詳見表2。
表2 經濟效益比較
| 費用名稱 | ?311 mm巖孔 | 鋼管管道 |
| 人工費 | 2 700元 | 1 371元 |
| 水電及油料費 | 5 120元 | - |
| 鉆頭費 | 10 000元 | - |
| 鉆機折舊費 | 20 000元 | - |
| 法蘭盤材料費 | - | 15 694元 |
| 螺栓材料費 | - | 2 120元 |
| 管路材料費 | - | 107 525元 |
| 合 計 | 37 820元 | 126 710元 |
4.3.3 安全狀況對比
使用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤巖層上山，如開切眼等工程孔，工人遠離孔口操作，避免了人工作業施工中噴孔、冒頂、煤與瓦斯突出等事故對工人的危害，有效地保證了施工人員的安全，同時鉆孔將進風巷(或機巷)與回風巷連通，構成一完整的通風系統，有效地改善了施工地點的通風及安全狀況。由于鉆進設置了配套安全設備，在施工中未發生過安全事故，由此而產生的社會效益是深遠的，是難以用經濟效益來衡量的。
5 結 論
(1)鉆機參數選擇合理、傳動效率高、整機結構設計合理、新穎，加工質量好，結構緊湊、穩定性好。
(2)用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤巖層上山，如開切眼等工程孔，在大幅度提高施工速度的同時，為施工人員提供一個較好的安全工作環境，有效地減少了安全事故的發生。
(3)該鉆機的研制成功，為我國煤礦急傾斜煤巖層上山掘進，開辟了一條新途徑，使用鉆機鉆進代替急傾斜煤巖層的人工采掘工作成為可能，為煤礦提供了一種新型、高效、適用的安全裝備。ZD-150型大孔徑鉆機在我國煤礦的推廣使用，必將取得廣泛的社會效益和巨大的經濟效益。
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