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AS9/500竖井钻机适用于大涌水量、厚流沙、易塌帮、不稳定地层的表土和岩石中钻进，可钻凿最大直径9米，最
竖井钻机 大深度500米的煤矿竖井及其它工程井筒。
AS9/500竖井钻机采用转盘回转，全断面分次扩孔减压钻进压气提升反循环洗井的钻井工艺。
AS9/500竖井钻机在淮南淮北两大煤炭基地建设中发挥了重要作用，并于1988年获国家科技进步二等奖。
煤矿钻井法凿井技术的研究开始于50 年代初期。1963 年在煤炭科学研究院进行了钻井法小型试验,1968 年底成功地制造出ZZS - 1 型竖井钻机,1969 年上半年,中煤特殊凿井(集团) 公司与北京建井所在淮北朔里南风井合作完成了我国第一台竖井钻机的试验工作,并取得成功。
钻井法凿井具有机械化、自动化程度高,凿井不用工人下井,作业条件好,劳动强度低,施工安全,井壁质量好,成井偏斜率低,适应性强,深表土凿井成本低等优点。特别是近几年,钻井法凿井技术在成井垂直度、工序快速转换、壁后充填、抗井筒竖向破坏等方面取得了新的进步,使钻井法凿井得到了越来越多的建设单位的青睐。中煤矿建集团公司钻井工程处创造了我国钻井最深和最大的纪录,钻井最深井为板集矿主井660m(钻孔直径9. 5m,净径6.2m) ,钻孔直径和钻井净径最大的为张集矿西进风井,分别为Φ10. 8m、Φ8. 3m(井筒深度458) 。
煤矿竖井钻机从ZZS - 1 型开始,发展到今天,大致可分为三个阶段,分别为煤矿竖井钻机初级阶段、专用钻机使用阶段、专用钻机改进和新型钻机发展阶段。
1.煤矿竖井钻机初级阶段
最初的竖井钻机ZZS - 1 型,是利用石油钻机的转盘、绞车、天车、游车、水龙头、大钩六大件,由北京建井所、淮南蔡家岗煤机厂等单位设计制造钻台、井架、钻头等配套设备。由中煤特殊凿井(集团) 有限责任公司与北京建井所在淮北朔里南风井合作完成了我国第一台竖井钻机的试验工作,并取得成功。此后,形成了地面转盘驱动钻杆和钻头;绞车提升和下放;减压钻进;超前孔钻进、分次扩孔;泥浆护壁、压气反循环泥浆洗井、恒钻压、恒钻速或手动进给操作工艺。虽然期间对钻机的结构形式进行了各种探索,如:QZ - 3. 5 型(潜入式) 钻机;红阳大钻(行星轮式钻机) ;BZ - 1 型(门吊提升) 钻机等,均因可靠性、效率低等原因,仅钻一至两口井就被后来的专用的大钻机所淘汰。
2.煤矿竖井专用钻机阶段
由于初期阶段钻机能力较小,提升力、转盘扭矩、钻井直径和深度也很难满足施工需要,特别是在钻进过程中,故障率高,纯钻率仅30～40 %;为此,在1972 年上海重型机器厂专门为上海大屯矿区研制了一台ND - 1 型钻机;上世纪70 年代中后期,洛阳矿山机器厂和中煤特殊凿井(集团) 公司研制了一台SZ - 9/ 700 型钻机、两台AS - 9/500 型钻机;中煤特殊凿井(集团) 公司还引进了原西德产的L40/ 800 型钻机两台。这六台钻机为我国的钻井法施工作出了很大的贡献,钻机的性能得到了较大的提高,和初期的钻机相比,钻机能力提高了1 倍多。纯钻率提升到了50 %以上。
特别是在1982～1997 年间,两台AS - 9/ 500 型钻机和两台L40/ 800 型钻机共成井7 个在400m以上的深大型井筒,为钻井法在特殊凿井中的地位立下了大功。
3.煤矿竖井钻机现阶段的特点
进入本世纪后,由于煤炭事业的较快发展,钻井法凿井也相应地朝两个方向发展,一是小型的浅表土井筒采用普通凿井行不通,采用冻结法施工工人井下空间太小,作业困难,而钻井法施工不存在这些问题,这样崔生了中型钻机;另一个是大型的深厚冲积层井筒大量涌现,当冲积层大于400m、特别是冲积层大于500m 后,钻井法成井的综合优势大于冻结法时,给钻井法施工提供了很大的平台。
中煤特殊凿井(集团) 公司为适应市场的需求自行研究、制造了4 台中型钻机,在2000 年至今共成井了15 个,同时这4 台钻机还兼有施工大型钻孔灌注桩的优点,在同一时段内还施工了426 根桩(桩径为φ1. 5～2. 8m;桩深65～115m) 。同时为满足深厚冲积层的钻井法施工的需求,中煤矿建集团公司对一台SZ - 9/ 700 型钻机、两台AS - 9/ 500 型钻机、两台L40/ 800 型钻机进行了成功的改造,提高了这5 台钻机的能力。在2003～2004 年间,华煤泰安强科矿建公司研制出AS - 12/ 800 型钻机,并承担了板集煤矿副井的钻井施工任务。2006 年华煤开始了AD120/900 型钻机的研制 。
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2007 年原中煤特殊凿井(集团) 公司与洛阳矿山机械工程设计研究院、南京晨光集团联合设计制造了AD130/ 1000 型钻机,该钻机于2007 年8 月出厂。
该钻机的设计思想是,结合中型钻机、AS -9/ 5000 型钻机、L40/ 800 型钻机以及AS - 12/800 钻机的优点,参考洛阳矿山机械工程设计研究院2005 年制造的全液压动力头形式的AD60/400 型钻机进行设计。
AD130/ 1000 型钻机采用液压驱动,主油泵为10 台A7V117 型的柱塞泵,总功率达800kW, 工作液压为25MPa ; 动力头靠8 台A6V250 型马达驱动;主提升为两根φ450/φ360 的12m 行程大油缸; 钻机扭矩达600kNm; 提升力8000kN ;钻井深度大于1000m; 钻孔直径最大为13m(分四级钻进:超前孔φ6. 0m; 一级扩孔φ9.0m;二级扩孔φ11. 0m;三级扩孔φ13. 0m;) ;动力头转速0～18rpm;采用牙嵌式和法兰式连接的两种钻杆,管材为φ500 ×20 的合金(35CrMoA) 无缝钢管;专用机械手垂直接、卸,钻杆长度为5m、10m两种;钻头最大组装重量2800kN (配300t 门式起重机,轨距18m ,提升高度17m) ;可采用恒钻压方式钻进; ;外风管式的压气反循环洗井;可移动式钻架(轨距16m) ;整机重量约为560 吨(不含钻杆和钻头) ,1000m 钻杆总重量为321 吨。
进入本世纪后,钻井法成井的垂直度有了很大的提高,这主要得益于井壁制作的规范化、井壁内圆采用上大下小结构、下沉井壁测量找正采用误差抵消法和井筒到底后的扶正技术的进步。再加上近年来,钻井法施工在泥包钻头、掉钻处理、泥浆处理、钻井井壁结构、壁后充填、改绞转换等方面均取得了较大的进步,使钻井法施工不再只钻风井,而是能钻主井、副井。
此外,由于AD130/ 1000 型钻机由于具有可移动性,在进场施工时,可在施工钻井临时锁口的同时,组装300t 门式起重机和钻机,当锁口钢筋混凝土养护达到强度后,钻机就可就位开钻,这样仅需1 个月的时间就能达到开钻条件,而退场则更加方便,只需将钻机开走。这样,与以前的钻机相比,节省进出场时间2. 5 个月。
AD130/ 1000 型钻机出厂后,受到了业主的青睐,2008 年中煤矿山建设集团钻井工程处在淮北矿业集团的袁店一矿南风井钻凿成功第一口井,深度302m ,钻孔直径7. 1m ,成井净径5. 0m ,综合月成井达到42m ,2010 年2 月,该处又在皖北煤电集团公司的朱集西矿成功地建成了矸石井,井筒深度545m ,钻孔直径7. 7m ,净径5. 2m ,综合月成井达到45m。上述两口井的钻井均为一钻成孔,比原来的9m 或8m 钻机少扩钻一至两级,总钻进时间可节省30 %左右。
展望未来,AD130/ 1000 型钻机无论在浅表土或深厚冲积层的复杂地质条件下,都将以快速成井、快速进出场、快速改绞转换的特点,成为特殊凿井的新亮点 。2100433B
竖井钻机钻杆失效分析与柔性接头研制
竖井钻机钻杆失效分析与柔性接头研制
根据大型工程钻机和竖井钻机的特点,详细讨论了钻杆的受力状况及失效方式,指出附加弯矩是造成钻杆断裂的主要因素。为降低附加弯矩的影响,引入了连接钻头和钻杆的柔性接头,论述了其工作原理和设计思想。实际应用表明,柔性接头技术可以显著降低附加弯矩,避免钻杆断裂等事故的发生。
竖井钻机柔性变径接头的结构与设计
竖井钻机柔性变径接头的结构与设计
通过对工程钻机、竖井钻机钻头的受力分析,介绍了钻机钻具系统受到的附加弯矩,并对传统刚性变径接头的结构及受力进行分析,找出了其经常损坏的原因。介绍了一种获得国家实用新型专利的柔性变径接头,通过对其结构及工作原理的分析,介绍了该柔性变径接头的优点。
王占军、张路明等。
中信重型机械公司。
一、工程概况
城子河中部回风井井筒施工工程为龙煤矿建公司建井工程处承建施工，井筒设计井径Φ6m，井深650m。在施工过程中，为满足凿井需求配备一台SJZ6.7竖井钻机，钻机主要用于井筒凿眼时使用，本机的动力为压缩空气。为规范操作，特制定本操作专项安全措施。
二、操作系统
1、提升与下降系统
本系统由气动机、提升减速卷筒、制动器，悬吊装置，钢丝绳等组成，钢丝绳的一端固定在臂杆上，另一端绕过抓斗的动滑轮和定滑轮，然后沿臂杆向上，通过两个定滑轮，最后固定在卷筒上。当气动机通风运转时（正转或反转）驱动减速机带动卷筒回转（正转或反转）实现抓斗提升和下降的工作。
制动器和气动机一起工作，当气动机接通时，制动阀风缸同时接通压缩空气进入制动气缸，推动活塞移动，使制动带松开，制动轮自由转动。反之，当气动机停止转动时，制动带籍弹簧张力张紧而刹车，从而保证抓斗可在任意高度上停止不动。
2、回转工作系统
由气动机，涡轮减速机，万向接头，小齿轮及回转机架等组成。回转机构的底座紧固在吊盘的两根钢梁上，回转连接套与机架连接并伸向井下，程悬吊状态，气动机，涡轮进速机紧固在机架上，当气动机通风运转时，（正转或反转）驱动涡轮减速机通过万向接头带动与回转机构底座上的内齿圈相啮合的小齿轮，使小齿轮在内齿圈上既自转又沿内齿圈公转，从而带动主机架，臂杆，抓斗等共同绕机架中心回转，回转角度大于360度。
3、变幅工作系统
由变幅大风缸，增压油缸，两个推力油缸，臂杆，高压油管等组成。变幅大风缸与增压油缸连接成一体，共用一根活塞杆，杆的上下两端各装一个大活塞和一个小活塞，大风缸顶部装配气阀一个，增压缸下部装控油阀一个。当大风缸通气时大小活塞同时向下移动，由于活塞面积不同，所以当大风缸内风压为0.5MPa时，增压油缸内可增至8MPa。高压油通过控油阀，高压软管进入两个推力油缸。推力油缸一端铰接在机架上，另一端铰接在臂杆上，由于推力油缸的活塞移动实现臂杆升起，配气阀和控油阀的作用是保证臂杆可停在任意位置，当打开配气阀，使大风缸排气时控油阀同时打开，臂杆靠自重下降，上述臂杆升起或下降，即实现了抓斗在井筒内的径向移动。
4、抓斗的抓料与卸料工作系统
抓斗以钢丝绳悬吊在臂杆顶端，其抓斗配气阀安装于机架司机室左外侧上方：抓斗由抓片和个拉杆，耳盘，气缸活塞机构和悬吊机构组成。抓斗进气管与机架出气管连通。抓斗操纵管直接接操纵阀。抓斗工作时，以操纵管控制配气阀可使抓斗张开闭合，以实现抓料或卸料工作。
上述四个主要工作系统，同意由装在司机室的两个操纵阀，通过管路系统由司机一人进行控制操作。各动作既可单动也可以联动。
本抓岩机设有司机室，为缩短司机与工作面的距离，司机室装在机架下部，内装司机座，操纵阀，气压表等。操纵阀装于司机前面，左右各一，为减少杂乱，少占空间，司机室的4根立柱，做成空腔并严密焊接，以代替风管。司机室底板点焊在边框上，如底板下部的风管需要修理（一般情况下不修理）可将底板取下。
三、机器的润滑
1、及时充分的润滑是保证机器正常运转和延长使用寿命的必要措施，因此，按规定的加油及检查时间，一定要搞好油位检查的加油工作。
2、为统一起见，所有风动机，减速机箱体，油雾器等处都用20号机油或透平油进行润滑，各滚动轴承均用钙基脂（黄油）润滑，各操纵阀，配气阀，气缸等装配时都应加适当的机油或黄油进行润滑。
3、润滑油的材质必须符合要求，不得混有灰尘，杂物及其他带有腐蚀的杂质。
4、抓斗的连接盘上面有注油螺堵，拧开螺堵加注20号机油；八根拉杆上各有两个螺堵，上面一个为油孔，加20号机油，拉杆最上方有黄油嘴加黄油。这些均应定期加油。
四、机器的维护与检修
经常的定期检修是保证机器正常工作安全生产的有效措施，尤其是悬吊件更应该注意。
1、钢丝绳要定期检查，发现断丝、松股、压痕等应立即更换。
2、机架、臂杆、绳轮支承座、联接螺栓等，要定期检查焊缝是否有开裂，机件是否变形，螺栓有否松动等，如发现有问题，应当及时处理。
3、气路系统应保持严密不得透风，虑气器要定期清洗，每周一次，油雾器要经常加油保持正常滴油。其他各部件的检修要根据具体情况及生产安排，进行处理，原则上不能使机器带病工作。
4、检修机器时，应系好安全带。上检修台时，不准有高处跳到台上。台上不准超过一人，不准置放超过50Kg重的物件。
五、安全技术措施
1、必须由专职中心回转司机操作，严禁他人代替操作；
2、中心回转司机必须持证上岗，经过培训合格后方能进行操作；
3、严禁酒后作业，严禁精神状态不良者上岗；
4、启动运行前检查电控及机械系统，保证稳车正常运行，发现问题及时处理；
5、运行过程中，操作者不得离开操作台；
6、操作过程中操作者要与吊盘信号密切配合，发现问题，要及时停止工作。
7、司机操作时不得做与岗位工作无关的事情；
8、井筒内工作人员要时刻注意抓斗，防止抓斗碰伤人员；做好自主保安工作。
9、加强对中心回转各部件的检查、检修；齿圈、小齿轮及减速箱齿轮啮合情况；润滑油油位是否正常；电机及电控系统是否完好；钢丝绳固定及滚筒上排列是否正常；各部螺栓是否紧固、销轴有无松动。
10、所有相关施工人员认真学习本措施，严格贯彻执行，杜绝违章作业。
转盘式竖井钻机起草人