大龙论文10：模板固定式凿岩钻架

发布时间:2023-11-11

        模板固定式凿岩钻架

煤炭科学研究总院北京建井研究所 李俊良 龙志阳 杨春满 胡敬东

摘 要 介绍了 LBM 型模板固定式凿岩钻架的结构、技术参数、性能和工业性试验中取得较好的效果。

关键词 立进掘进 凿岩钻架 模板固定

1 LBM 型模板固定式凿岩钻架的研制

目前, 国外钻架以伞形钻架为主,  并在开发其他形式钻架。我国每年开凿立井有50~ 60 个, 使用伞钻只有 3~ 4 个 ( 表 1) , 约占开凿井筒的 5% ~ 8%, 大部分井筒仍采用手持式凿岩机。手持凿岩机一次凿岩深 度在 2 m 以内, 有必要研制一种新型钻架, 以减轻工人打眼的劳动强度, 加大一次凿岩深度, 提高掘砌段高, 加快立井施工速度。

表 1 1993 年立井使用钻架情况

1.1.1模板固定式钻架设计方案

新型凿岩钻架参照国内外现有钻架结构形式, 设计吸取了环形钻架悬臂结构简单, 制造较容易的长处和伞形钻架采用导轨式凿 岩机一次能打 4 m 深炮孔的优点, 利用短段掘砌工艺中必须采用的整体移动金属模板为 固定基根, 在模板上安装几组凿岩动臂, 凿岩时将数个带推进器的单臂钻下放到井底, 分别固定在模板上的凿岩动臂上, 分区完成工作面凿岩作业。凿岩结束后将单臂钻从动 臂上拆除, 单臂钻升井, 模板上的凿岩动臂不升井, 紧贴模板放置,  并辅设防炮崩措施, 这样动臂同模板一样不会因爆破而损坏。模板固定式凿岩钻架外貌如下图所示:

              模板固定式凿岩钻架示意图

1 )  提升架; 2 ) 动臂; 3 )  推进器; 4 ) 凿岩机;5)  液压系统; 6 ) 风水系统; 7  ) 模板

单臂钻的变幅动臂生根在模板上口, 与伞钻相似, 采用液压缸实现变幅。液压缸靠MJY 模板脱模液压泵提供动力。动臂的水平转动靠摆臂液压缸实现。

( 1) 适用井径的单臂钻数量。国内目前立井井筒直径设计一般在 4~ 8 m 之间,  因此本钻架的适用井径也必须与之配套使用。根据国外资料,  立井钻架钻臂多为 3~ 6 臂, 其中以 4 臂居多。每个钻臂所对应的最佳工作面积一般在 7~ 15  m²。通过分析确认, 单臂钻数量应与井径相匹配, 一般应按表 2 进行选择。

表 2 钻臂数量选择

井径 / m

项 目4~  5 51 5~ 61 5 7~ 8

钻臂个数 3 4 6工作面积/ m²#臂^- 1 61 5~  91 5 71 1~ 11 91 4~ 101 6

( 2) 一次凿岩推进行程。为了提高立井掘进速度, 在采用短段掘砌混合作业中, 应尽量在现有基础上增大其段高, 根据国内已有伞形钻架凿岩机钻臂推进行程选择钻架 推进行程为 4 m。

( 3) 外形尺寸及提升重量。钻架的外形尺寸及重量应与现有凿井设备相适应, 特别是适宜中、小立井采用的凿井设备的使用。 钻架提升高度应满足在Ô 井架允许范围内使用, 钻架高度不超过 615 m 。提升架收拢后最大外缘尺寸不超过 118 m , 这样可以安全通过按规定设置的使用 2 m³ ( 或 3 m³) 吊桶时的吊盘喇叭口。钻架采用分离式结构, 每次凿岩作业实际上、下井的只是单臂钻。单臂钻重量和专用提升架的总重量应控 制在 210 m³ 吊桶提升重量之内。因此,   4臂钻架的提升重量控制在 415  t 以内,   6 臂钻架提升重量控制在 6 t 以内。

( 4) 钻架环 ( 模板) 。模板固定式凿岩钻架的钻架环以 MJY 模板主体为基根, 在模板上口均匀分置 3~ 6 个摆臂支座。摆臂支座直接固定于模板组合槽钢上, 摆臂可绕摆臂支座旋转 170b, 摆臂宽约 450 mm。

( 5)  动臂与单臂钻。钻架设计数组动

臂, 均布在模板上,  每组动臂由大臂、支撑液压缸、摆臂、销轴等部件组成。单臂钻的 结构与伞形钻架的一个动臂吊挂的导轨推进器相似。它主要提供凿岩机钻孔时的推进力和退钻时的拔钎力, 并承受凿岩机凿岩时机体的反作用力, 还具有导向作用, 使凿岩机能按要求钻凿不同角度的炮孔。设计选用了风马达螺旋副推进器, 配用YGZ-70 型独立回转式凿岩机。

111LBM 钻架使用方法

单臂钻放入专用提升架送到工作面, 在井底尽量将提升架固定在井筒中央。操作动臂对准单臂钻将其固定起来, 连接上风、水管路, 移到打孔位置开始凿岩, 周边眼可以人工推导轨倾斜 85b打眼。4 部凿岩机分区打眼 ( 其中 2 部由周边向中心移钻打眼, 另2 部由中心向周边移钻打眼) 。全部炮孔打完后, 动臂将单臂钻送回提升架摘钩, 将其锁定在提升架上, 最后将提升架提升到地面, 地面夺钩系统将提升架移至井口检修操作间对单臂钻进行维修保养。从而完成一个凿岩循环。

2LBM 型模板固定式凿岩钻架工业性试验

煤炭科学研究总院北京建井研究所研制的LBM  模板固定式凿岩钻架于 1994 年 11月在山东矿山机械厂完成了样机试制, 1994 年 12 月~ 1995 年 3 月首先在江苏龙固煤矿立井进行了井下试验, 验证了钻架设计性能,   也发现了不足之处。经过改进后,   1995年 12 月起又在山东运河煤矿立井进行井下工业性试验。在 2 个月的时间内, 共进行了22 个循环, 其中钻架凿岩 11 个循环,  共钻炮孔 516 个,  探水孔 21 个,   累计凿岩深度2 310 m。试验证明, 钻架风、水液压系统未见泄漏现象, 推进器支地平稳, 动臂径向移位灵活, 凿岩机摆动较小。但摆臂摆动力设计偏小, 需人工辅助。钻凿炮孔时, 每孔移位用 2 min, 定眼位用时约 1 min, 凿眼深 4 m 用时 5 min, 每循环纯打眼时间 2 h 左右。炮孔钻凿质量较好,  很少出现炮孔偏斜和卡钻现象,  有时打周边眼到位有一定困难。井下试验证明模板固定式钻架整机机械性能设计合理, 能满足立井凿岩施工要求。通过井下试验, 使用单位认为, 由于 M JY 型模板已得到普遍推广应用, 使 LBM 型模板固定式凿岩钻架与之配套适合我国国情, 该钻架具有结构简单, 操作方便, 造价较低的特点。钻孔时选点、移位灵活准确,   能钻4 m 深孔, 除打周边眼需人工推移导轨外, 操作过程中整机性能和效率基本上与伞形钻架相同。而这种钻架高度不超过 615 m, 重量轻,   特别适合于用中、小直径井筒配用的Ô 型以下井架和滚筒直径 215 m 提升机配套使用。在立井中深孔爆破机械化配套施工中,  可避免因钻架重量大而选用大提升机和大井架导致设备和能耗费用的增加。这种钻架还可钻凿 12 m 左右的探水孔和注浆孔, 扩大了钻架的使用范围。

3.LBM 型模板固定式凿岩钻架效益分析

使用LBM 型钻架与人工抱钻相比, 山东运河煤矿主井由原来 10 人采用人抱钻打眼, 使用钻架后减少到 5 人; 凿岩时间每循环7 h 减少到 4 h, 而循环进尺由 115 m 增加到 314 m。由此, 使用钻架与人抱钻相比产生的经济效益是十分明显的。LBM  型钻架与使用伞形钻架相比, 一套 LBM 型钻架的售价仅为一台FJD - 6 型伞钻的 50% , 而具有凿岩性能与伞钻基本相同。由于 LBM 钻架采用了动臂与单臂分离式的结构, 单臂钻高度仅为 512 m ( FJD 型伞形钻架为 715~ 815 m ) ,   LBM 型钻架升井重量只有 415~ 610 t ( FJD 型伞钻为 8~ 1215 t) 。采用Ô 型井架和滚筒直径 215 m 提升机即可选用LBM 型钻架进行配套施工; 而伞形钻架必须采用Õ型井架或新Ô 井架, 滚筒直径 315 m 大提升机才能满足伞钻高度和提升重量的需要。对目前国内大部分井径在 610 m, 井深在 600 m 以内的井筒来讲, LBM 型钻架与伞钻相比可节约专门为了使用伞钻而配套大井径、大提升机增加的投资约 200 万元。LBM 型模板固定式凿岩钻架的研制成功, 形成了伞形钻架、LBM 型钻架、人抱钻三种档次。这种钻架特别适应我国现有凿井设备和工人技术