ZFYD系列低矮型反井钻机

ZFYD系列低矮型反井钻机

ZFY（D）系列反井钻机适用于井下煤仓、暗立（斜）井，管路孔、电缆孔、溜煤孔、通风孔等施工作业。该系列产品具有品种齐全、结构新颖、操作简单、运输方便等特点。钻机钻扩孔直径为1000～2500mm,其中ZFY（D）2500（低矮型）反井钻机为国内自主研发的扩孔直径最大的反井钻机，可一次钻扩直径为2.5m的各种暗立井，钻扩孔深度可达500m以上。钻机技术创新点在于机型结构紧凑，工作高度低，小机型的工作高度≤2500mm，大机型的工作高度≤2960mm，在煤矿井下施工时不用开挖专用峒室；整机运搬重量轻，其中ZFYD1200（低矮型）反井钻机的主机重量仅3.61吨，比国内同类钻机重量轻55%左右，井下运输十分方便；ZFYD系列低矮型反井钻机的主要技术指标设计十分合理，能量利用率高。钻机的扩孔直径、整机重量等指标达到国内领先水平，钻机的技术性能处于国内先进水平。

用    途：适用于井下煤仓、暗立（斜）井，管路孔、电缆孔、溜煤孔、通风孔等施工作业。
技术特点：工作高度低、整体搬运、刚性好、承载能力大、稳定性好、装卸钻杆机械化。
型号：ZFYD1200  ZFYD1500  ZFYD2500
技术指标：

钻 机 型 号	原 型 号	ZFYD1200	ZFYD1200	ZFYD1500	ZFYD2000	ZFYD2500	ZFYD3000
	新煤安型号	ZFY1.2/20 /200D	ZFY1.2/40 /300D	ZFY1.5/40 /100D	ZFY2.0/100 /300D	ZFY2.5/100/100D	ZFY3.0/180 /150D
导孔直径 (mm)		200	250	250	250	250 （270、 311 ）	311
扩孔直径 (mm)		1200	1200 ~1500	1500 ～ 1800	2000	2000~2500	3000
钻孔深度 (m)		200	300	100	300	100	150
钻杆直径 (mm)		150	176	200	200	200 （ 228、 250 ）	250
导孔钻速 (r/min)		0 ～ 52	0 ～35	0 ～ 35	0 ～ 33	0 ～ 33	0 ～ 18
扩孔钻速 (r/min)		0 ～ 26	0 ～17	0 ～ 17	0 ～ 12	0 ～ 12	0 ～ 9
扩孔额定扭矩 (kN·m)		14.9	22	22	68.5	68.5	137.7
扩孔最大扭矩 (kN·m)		21.5	44	44	98	98	180
钻头许用最大推力 (kN)		196	222.5	222.5	222.5	222.5	264
扩孔最大拉力 (kN)		440	1154	1154	2200	1470 （ 1800 ）	2200
钻孔倾角 ( 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
适用岩石硬度		F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 10	F ≤ 14	F ≤ 10 （ F ≤ 14 ）	F ≤ 14
主机运搬重量 ( 包括搬运车 ) （ t ）		3.65	6.5	6.5	9.41	9.41	10.2
主机搬运尺寸 （长宽高）（ mm ）		2160×940 ×1543	2309×1142 ×1704	2309×1142 ×1704	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089	2473×1420 ×2089
主机工作尺寸 （长宽高）（ mm ）		1915×1020 ×2700	2265×1245 ×3000	2265×1245 ×3000	2690×1590 ×3800	2690×1590 ×3100 （ 3800 ）	2690×1590 ×3800
钻杆有效长度（ mm ）		1000	1000	1000	1000	1000	1000
钻孔偏斜率（ % ）		≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1	≤ 1
电机功率（ kW ）		66	86	86 、 121	161	161	161
驱动方式		全液压驱动	全液压驱动	全液压驱动	全液压驱动	全液压驱动	全液压驱动

获    奖：ZFYD1200型、ZFYD2500型反井钻机分别获得1994、1997年度煤炭科技进步三等奖。

钻 机 型 号	ZFYD-1200	ZFYD-1500	ZFYD-2500	ZFBPY1000
导孔直径/mm	200	250	250	200
扩孔直径/mm	1 200	1 500～1 800	2 500	1 000
钻孔深度/mm	200	100	100	400
钻杆直径/mm	150	200	200	150
导孔钻速/r·min-1	0～51	0～35	0～33	0～25
扩孔钻速/r·min-1	0～25	0～17	0～12	0～20
主轴扭矩/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
钻孔倾角/(º)	60～90	60～90	60～90	60～90
主机重量(包括搬运车)/t	3.65	6.5	9.41	5.23
主机搬运尺寸/mm×mm×mm	2 160×940×1543	2 309×1 142×1 704	2 473×1 420×2 089	2 104×970×1 643
主机工作尺寸/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
钻杆有效长度/mm	1 000	1 000	1 000	1 000
钻孔偏斜率/%	≤1	≤1	≤1	≤1
电机功率/kW	58	118.5	166.5	46.5
驱动方式	全液压驱动	全液压驱动	全液压驱动	电液驱动
随机钻杆长度/m	30	30	30	30

低矮型系列反井钻机简介

一、国产反井钻机类型及其特点

反井钻机是一种机械化程度高、安全高效的反井施工设备。尤其是用它钻凿煤矿的反井、井下煤仓、溜煤眼、延伸井筒及各种暗立井时可大大提高建设速度。它还具有减轻工人劳动强度、作业安全、成井质量好等优点。受到广大矿工们的欢迎。国外六十年代就开始生产使用反井钻机进行反井施工，反井钻机钻井工艺不断得到完善和发展，目前在工业发达的国家中使用反井钻机钻凿反井的比重已超过 60%以上，有的达到90%。

图 1 （ a ） LM120 型反井钻机 （ b ） TYZ1000 型天井钻机

1-钻架 2-搬运车 3-油箱车 4-动力车 5-操作台 6-起吊装置

我国研制反井钻机 1967年开始，由长沙矿山研究院负责设计研究槽形框架拼装结构、全液压传动反井钻机，由于矿山生产的需要使其发展较迅速，并形成了TYZ天井钻机系列，1986年初到1994年煤科总院建井所根据煤矿的生产建设的具体情况，设计了LM系列反井钻机。以上二个系列机型属于同一类型，即为槽形框架拼装结构，此类机型代表见图1。这种反井钻机在主机机架上部设计了一对（或二对）支撑油缸，在安装使用时支撑油缸支撑在峒室的顶板上，钻机机架下端设计了带下支撑油缸的四连杆滑块机构，这上、下支撑油缸的作用是：（1）调平找正钻机机架；（2）承重并防止钻机机架在钻孔时松动；（3）克服来自钻头的反扭矩和反作用力。

这种机型的特点是钻机安装、拆卸方便，下支承设计成四连杆滑块机构，便于钻凿 60°～90°斜孔，装卸钻杆机械化，自带运搬车，可以整体运搬。但这种拼装成框架，支承式安装形式使钻机刚性差，承载能力小，只适用于小机型，又由于上支撑是顶在峒室顶板上，故要求顶板强度高。在生产制造中由于槽型框架拼装结构复杂，加工制造和装配精度难以保证，往往影响钻机的制造质量和加工成本。

二、我所研制的反井钻机类型及其特点

我所从 86年开始，对国内外反井钻机的结构及使用中的情况进行调查研究，结合我国煤矿生产实际，参考了国外先进的大型机型，吸取国内机型的优点，设计了两柱三缸刚性框架结构形式的反井钻机，十几年来，我所设计研制的反井钻机有八个品种，主要类型有普通型、低矮型、移动式和变频调速电液传动型。这些机型与国内其他厂、院所设计的机型不同，我们吸收了国内外其他反井钻机的优点，并结合我国煤矿生产中的具体情况，研究设计了两柱三缸刚性基础的结构形式。上述类型反井钻机在煤矿生产实际使用中得到了用户的一致好评。我所开发研制反井钻机的特点如下：

1．两柱三缸普通型反井钻机

从 87年到91年，我所参考了美国罗宾斯机型，即两柱三缸结构形式，并吸收了国产钻机的优点，结合现场使用要求，设计了ATY1500型和ZFY2500型反井钻机，这两种钻机结构特点是由两个圆形导向立柱导向，三只对称布置的推进油缸沿两导向柱上、下移动实现钻机的推拉力，钻机机架不需用支撑油缸支撑在峒室顶板上，而直接用锚杆定在地基基岩上。这种普通型的反井钻机在使用中具有刚性好，承载能力大（ATY1500型反井钻机一次成井Φ1.5米，ZFY2500型反井钻机一次成井Φ2.5米），稳定性好，导向精度高，锚杆装卸、钻机运输方便等优点，具体结构见图2。

图 2 ATY1500、ZFY2500反井钻机

1-主机 2-搬运车 3-油箱车 4-泵站 5-操作台

6-吊挂装置 7-钻机（包括三牙轮钻头、钻杆、扩孔刀盘）

2．ZFYD系列低矮型反井钻机

在反井钻机的研制过程中，我所技术人员经常到生产现场，听取用户的意见，不断的改进使产品更完美。通过使用和实践，发现以上两种结构型式的反井钻机工作高度过高（ 3600mm和4030mm），运输尺寸大，在井下使用时需要人工挑顶，开挖较大的峒室，增加了施工成本，延长了工期，尤其是较浅的暗立井施工中，应用反井钻机施工其经济效益不明显。为了适应生产需要，从1992年起，我所又研制了低矮型反井钻机（见图3），并形成了以ZFYD1200型为代表的

ZFYD系列低矮型反井钻机。该机型的特点：（1）采用两柱三缸结构形式，钻机机架直接锚固在地基基岩上，使钻机整体刚性好，承载能力大。（2）钻机的推进油缸采用伸缩式套筒油缸，使钻机工作高度大大降低，一般在2500～2900mm（详见附表），用低矮型反井钻机施工暗立井时，开挖峒室工作量小（或不开挖），降低了人、财、物的消耗，缩短了施工前期的准备工期。（3）三只推进油缸对称布置，其中心连线为一等边三角形，这三角形的重心就是钻机回转中心，这是钻机运转平稳因素之一，钻扩孔精度高。（4）装卸钻杆机械化，自带运搬车整体运搬。ZFYD系列低矮型反井钻机研制成功，为我国暗立井施工提供了一种先进、高效而安全的施工设备，在现场使用中得到了用户的一致好评。

图 3 ZFYD系列低矮型反井钻机

1-主机 2-搬运车 3-泵站 4-钻具 5-主机基础

6-吊挂装置 7-液压操作台 8-电气开关盒

3．滚刀的研究

我所对滚刀破岩机理、受力分析做了大量的工作，还积累了滚刀国内外的结构设计、材料选择及热处理、各种合金焊接工艺和滚刀生产制造工艺等大量试验资料。设计的大型竖井钻机楔齿滚刀获机械工业部二等奖，工程钻机用 DXP-1镶齿盘形滚刀（课题号88-146）在生产使用中寿命达550米。我们还和洛阳九久公司共同研制了适合于各类地下工程的高耐磨性焊齿破岩滚刀和球齿破岩滚刀。目前我们正在设计研究地铁及隧道工程用的盘形滚刀和遁构用的刮刀。

三、我所设计研制的反井钻机与国内同类机型比较

我所设计研制的反井钻机与国内其它院所反井钻机的不同点：

1．钻机的工作高度低

小机型马达上表面至轨道上表面的工作高度＜2700mm，大机型马达上表面至轨道上表面的工作高度＜3100mm

2．钻机整体运搬重量及钻杆重量轻

同样性能参数的反井钻机主机重量（包括运搬车重量）相比，我所的钻机重量轻55%（如ZFYD1200主机重量3.61t，LM120主机重8t，TYZ1000主机重8.4t），由于采用了高强度合金钢，钻杆直径细重量轻，井下搬运十分轻便。

3．钻扩孔直径目前最大达Φ2.5米，钻扩孔深度可达500米以上。

4．采用国际上较为先进的三缸两柱式结构，整体刚性较强，稳定性好，同时三只油缸对称布置，对钻具施加的力均匀，从而保证了钻机钻孔时的工作稳定性。

5． 将双伸缩推进油缸更换成随机自带的普通单级油缸就可使低矮型成为普通机型，可使得最大钻井深度大大提高，钻孔深度可达到 300 米 以上。其最大扩孔拉力是国内其它机型的 1.5 倍。

其综合性能比较请看附表

四、ZFYD系列反井钻机的工作原理与结构特点

ZFYD系列反井钻机的工作原理与其它反井钻机大致相同，即将钻机安装在上水平，先由上往下钻一个先导孔，然后在下水平巷道卸去先导孔钻头，安装上扩孔钻头，再由下往上扩孔，直到把扩孔钻头打到上水平，完成反井施工。

该钻机主要由主机、运搬车、液压泵站、钻具（包括钻杆、稳定钻杆、三牙轮钻头及扩孔钻头等）液压操作台、钻机基础、钻杆起吊装置等组成。

主机由两台液压马达通过齿轮减速箱、驱动头构成钻机回转系统，驱动头与钻杆联接，带动钻杆与钻头进行钻孔所需的回转运动，并给钻机提供所需的扭矩。三只对称布置的推进油缸带动减速箱、驱动头及钻具上、下移动构成钻机的推进系统，并给钻机提供钻孔所需的钻压。在扭矩及钻压的联合作用下，三牙轮钻头或扩孔钻头破碎岩石。在先导孔钻进中，被破碎下来的岩石屑用洗井液采用正循环方式排至井口上部，再扩孔时，岩石屑靠自重落到下水平巷道。

ZFYD系列反井钻机的结构特点如下：

⑴在回转系统中，选用了两台并联的低速大扭矩液压马达，简化了减速箱的设计同时还可以获得两种不同的转速和扭矩。

⑵采用国际上较为先进的三缸两柱式结构，整体钢性较强，稳定性好，同时三只油缸对称布置，对钻具施加的力均匀，从而保证了钻机钻孔时的工作稳定性。

⑶采用带浮动量的驱动头，装卸钻杆时使钻杆上、下浮动，以免由于主轴的升降速度与螺距不一致而损坏螺纹，且在驱动头的外齿套上设计了反向棘轮，配合辅助卸杆器拆卸钻杆。

⑷液压系统的主回路小机型采用开式回路，掖压系统简单可靠；大机型采用闭式回路，从而大大减小了钻机上液压泵站的油箱体积，保证了主系统中工作油液的清洁度，有效提高了液压元件的使用寿命。

⑸钻机采用全液压传动，动力单一，便于管理。

五、结束语

二十多年来我所反井钻机组的技术人员深入现场，根据用户的要求开发新产品，研制出一台又一台新型的反井钻机，这些钻机在兖州矿务局、窑街矿务局、枣庄矿务局、肥城矿务局、铁法矿务局、六枝矿务局、丰城矿务局、龙煤集团下属四大矿务局、阜新矿务局、内蒙古平庄煤电集团、重庆能源集团、川煤集团等几十个煤矿，进行了数万米反井工程施工，表明钻机性能好，成井质量高，得到了现场领导和施工人员的欢迎，其钻机的综合性能在国内处于领先地位。同时通过多年来的研制工作，锻炼出一支较强的设计队伍，在反井钻机的结构设计、反井施工工艺及性能参数的研究方面也做出了不少的成绩。目前我所正对反井钻机的参数优化、多用综合型钻机（包括水平钻扩孔）的研究及零部件的可靠性方面做了大量的研究工作，我所的目标是将我们设计的反井钻机技术水平在国内处于领先水平并打入国际市场。

南京研究所研制的反井钻机在技术方面处于国内领先地位。近年来，南京所在反井钻机方面获得的多项奖励如下：

（ 1 ） ATY1500 反井钻机获 1991 年国家能源部科学技术进步三等奖。

（ 2 ） ZFYD1200 低矮型煤矿用反井钻机获 1992 年煤炭工业部科学技术进步三等奖。

（ 3 ） ZFYD2500 低矮型煤矿用反井钻机获 1997 年煤炭工业部科学技术进步三等奖。

（ 4 ） ZFYD 系列低矮型煤矿用反井钻机 1993 年被评为国家级新产品。

（ 5 ） ZFBPY 变频调速电液传动反井钻机获 2001 年江苏省科学技术进步三等奖。

六、部分客户名单：