地面瓦斯抽采钻机车的研制及应用

２０ （ ） ０７ ４ ：９ １ —１ ． 【 ］ 杨 虎 ，王 利 国 ． 平 衡钻 井 理 论 与实 践 【 】北 京 ： ２ 欠 Ｍ ．
石 油 工业 出版社 ，２ ０ ０ ９．
【 ］ 张连山 ． ３ 国外顶部驱动钻井系统 的技术发展趋势 【 】 Ｊ．
石 油机 械 ，１９ １ ：４ ９ ８（ ２） ５—４ ７．
行 之有 效 的重要 措施 。 我 国 的煤 矿 瓦斯 地 面抽采 工作 一直 在不停 地实
性 都无 法 按 标 准满 足 煤 矿 区地 面 瓦 斯 抽 采 井 的 需 要 。虽然 成本 低 ，但是 钻进效 率太低 ，严重 制约 煤
层气 开发 事业 的发 展 。 近 年来 ，国内一些 单位 ，从 国外进 口了几 台空
缩 机
２ ４
３ ２
钻机柴 油机 功率 ／ Ｗ ｋ
总质量 ／ ｇ ｋ ２２ 结构特 点 ．
４７ ４
５ ００ １０
３ 应 用 实例
２ ０ 年 ４月 中旬 ，在 山西 安泽县沁南 矿 区进行 ０９
了工 业性试 验 ，完成 了 １６ ４０ ｍ煤层 气水平 井施工 。
该井 的直井段采 用气 动潜孔 冲击锤钻进 ，钻 井速度 最快可达 到 １ ｍｉ；造斜段 与水平段 采用螺 杆钻 ｍ／ ｎ 进 ，钻进 速度 最快 ０３ ｍｉ。整个 施工 从开 钻到 ＿ ｍ／ ｎ
于地面 瓦斯抽 采 。 水 源钻机 和煤 田钻 机 的主 体结 构 （ 因没有 平 台
此 ，尽快发展国产煤层气钻机是解决我国煤层气开 发 进程缓 慢 的重要 因素 之一 。为此 ，石煤 机公 司成 功 研制 了钻 机车 。
２ 总 体 结 构 方 案
根据 我 国 目前 煤矿 区瓦斯 抽采井施 工 现状及 对 车 装钻机 的性 能要 求 ，比对几 台 国外 进 口钻机 ，经
（ ２） 为 满 足 功率 的要 求 和 液 压 系统 相 匹 配 ，
又要具 备 良好 的经济 性 、动力 性 、低 排放 等特 点 ， 车装 钻机配 备独立 的柴油发 动机 。
（ ３） 为满 足 不 同地层 和不 同施 工 条件 的 钻进
需要 ，并 充分 满足参数 井 、生 产直井 、丛 式井 和水
技术工作。
（ ５） 为 实现 对动 力 头 回转 和 快速 升降 的速度 控制 ，并 自动控制 发 动机 的功 率输 出 ，达 到节 能 、
高效 和减少 系统 发热 的 目的 。钻 机采用 全液压传 动
及集 中控 制系统 由 ３组 ８ 液压泵 装于柴 油机动力 个
输 出端 的传 动 箱 上 ，为 全 部 钻 机功 能 提 供 液 压 动 力 。 主液压 系统 为满足顶驱 液压 马达 回转 和快速升
内首 台钻机 车。
关 键词 ：地 面 ； 瓦斯抽 采 ；钻机 车
中 图分 类号 ：Ｔ ７ ２． Ｄ １￣ ２ ６ 文献标 识码 ：Ｂ 文章 编号 ：１０ — ０ ３（ ０ ） １ ０ ４ — ２ ０ ７ １８ ２ １ ０ — ０ １ ０ １
Ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｐ ｌ ａｉｎｏ ｅｇｏ ｎ ａ ｒｉａ ｅｄ ｉｉｇ ｒ ｕ ｋ ｖ ｌｐ ｎ ｄａ ｐｉ ｔ ｆ ｈ ｒｕ ｄｇ ｓ ａｎ ｇ ｒｌｎ ｉ ｔ ｃ ａ ｃ ｏ ｔ ｄ ｌ ｇｒ
因此 ，从 根 治瓦斯 灾 害 、加速 我 国煤 炭工 业 的
角度 讲 ，地 面瓦斯 钻机 已成为 制约 我 国煤 炭工业 发 展 的重 要 因素之 一 。
大 。但进 口钻 机过 于 昂贵 ，导 致钻井 成本增 高 。 因
１ 国 内外 煤 层 气 钻 机 的 技 术 现 状
从 钻机 能力 分析 ， 目前 的石油 钻机 和水 源钻机 及 煤 田钻 机 已全部 覆 盖 了煤 矿瓦 斯 地 面抽 采 （ 煤 层 气 开 发 ）的 深度 。 然 而 由 于石 油 钻 机 作 业 成 本 高 、对 井场 和道 路要求 较 高 （ 多数 煤 矿 区是 丘 陵或 山区 ，平整 井场 和 修路 成本 较 高 ） ，难 以广 泛应 用
传动技术 。采用 顶部驱动 最大优 点是能 够实现加 压 钻进 。为保证 动力头 转速 ，进 而提 高施工效率 ，动 力头 回转 由三 台大排 量变量柱 塞泵合 流供油 ，并采 用负 载传感 比例控制 技术 ，实 现 了动力 头旋转无 级 变速 。 （ ４） 为满 足 在定 向井 和水 平 井施 ＿ 丁中对大 的 提升 力 的需要 ，起 落速 度快 ，并 且 便于 车辆 运输 。 钻机采用 油缸驱 动伸缩桅杆 式井 架 ，桅杆 式井架采 用全 钢板 箱式 结构 ，可 满 足提 升力 为 ８ ０ｋ ０ Ｎ的 使 用工况 。井 架 的起落 由液压 油缸驱 动 ，可实 现井架 在 ３ｍ ｎ时间 内完 成 ９ 。 的起 落 ，具有 较快 的响应 ｉ ０
２ １ 年第 １ ０１ 期
河 北 煤
４ １
地 瓦 抽 钻 车 研 及 用 面 斯 采 机 的 制 应
万 宏峰 ，尚 志锁
（ 中能源 石家庄 煤矿机械有 限责任公司 ，河北 石 家庄 冀 ００３ ） ５０ １
摘 要 ： 目前 ，煤矿 区地 面煤 层 气 （ 斯）抽采 是 我 国近 几 年采 取 的 一项 煤矿 煤 层 气 综合 治 瓦 理 的重 大措 施 ，但 由于 技 术装备 和 成孔 工 艺 比较 落 后 ，使 得 煤 矿 区地 面 煤层 气抽 采 工作进 展 缓慢 。 一些 施工 企 业不 得 不花 大量 外 汇从 国外购 买先 进钻 孔 设备 。针 对 这 一现状 ，石家 庄煤 矿机 械 有 限责任 公 司研 制 出适 宜于 我 国煤层 地 质条 件 ，满足 煤 层气 高效 、低 成本 抽 呆 井 的国
速度 。
孑 效率 等显 著特点 ，特别 也适 合 于矿 山抢 险救灾 、 Ｌ
应 急救援 钻孑 施 工等 多种领域 。 Ｌ
参 考 文献 ：
【 】 张 遂安 ，崔 岗 ，胡 少韵 ，刁 文庆 ，张仕 民 ，丁庆 新 ． ｌ 煤层 气 钻机 的技 术 现状 及 发展 对 策 【 】 中 国煤层 气 ， Ｊ．
践 和探索 。上世 纪 ９ 代 以来 ，随着 国外 煤 层气 ０年 开 发技 术 的传人 ，我 国煤 层 气 （ 矿 瓦斯 ）地面 开 煤
发 试验 迅速 发展 ，但煤 层 气开 发进 展 比较 缓 慢 。造
成 我 国煤矿 瓦斯 地面抽 采 进展 缓慢 的原 因很 多 ，但 缺 乏适 宜于 煤矿 瓦斯地 面 抽采 的专 用钻机 是其 中最
４ 结语
石煤 机公 司研 制 的钻 机车 的性 能达到 国外 同类
钻机 的先 进水平 ，其主要 技术指标 达到或超过 国外
平井 的钻进需要 。石煤 机公 司通 过对载 荷认 真分 析
同类钻机 ，处于 国 内领先 水平 。它不仅 解决 了地 面 和计算 并借 鉴 了 国外钻 机顶 驱 技术 ，顶 部驱 动 装置 煤 层气抽采 孑 施工 装备 的瓶颈问题 ，能够满足煤 层 Ｌ （ 动力头 ）采用 多马达 复合驱 动技 术 和硬齿 面齿 轮 气 高效 、低 成本抽采 ，而且 由于 良好 的机动性与 钻
用装 卸钻杆机 械手装 置 。
最大开孔 直径 ／ ｍｍ
７１ １
空气压缩 机额定输 入功率 ／ Ｗ ｋ ４０ ７ 动力 头旋转 系统 ／ ａ ２ ＭＰ ５ 液压 系统压 力 正常 钻进系统 ／ Ｐ Ｍａ
快速升 降系统 ／ ａ ＭＰ
（ ７）为 了满 足空 气循 环欠 平衡 钻进 工艺 的要 求 ，又 能减轻整 机的重量 ，钻机外置 高性能 空气压
完 井历 时 １ ，施 工完成后 通过验 收 ，该 井达 到设 ８ｄ 计 要求 。
（ ）为 满足煤层 气钻井深 度小 、施 工周期 短 、 １
钻机搬 迁频繁 的需要 ，并 且适 于我 同煤 矿地 区道 路 条件 和施 工 作业 条 件 ，钻 机采 用 车 载式 安 装 于 １ ０
ｍ×６ｍ专用汽 车底盘 上 。
［ 陈志胜 ． ４】 煤矿区煤层 气综合开发与利用存在问题探讨 【 】 煤炭科学技术 ，２０ ７） —８ Ｊ． ０ ９（ ：５ ．
作者简介 ：万宏峰 （ ９１ ，男 ，河 北 石 家庄 人 ，机 械 １８ 一） 助 理 工 程 师 ，冀 中能 源 石 家 庄 煤 矿 机 械 有 限责 任 公 司从 事
气钻 机 （ 包括 英 格索 兰 车 载钻 机 、雪 姆 车 载钻 机 、 钻科 车载 钻机 等 ） 。钻井 设备 以其 钻 井效 率 高 、施 工 成本 低及 对煤 层 的伤害小 倍受 青睐 。随着 国 内煤
层 气 预抽 采 钻 探 工 程 的 迅 速 发 展 ，钻 孔 深度 的增 加 ，定 向井 工 程 增 多 ，国外进 口钻机 （ Ｔ ３ 如 １０车
主轴 通径 ／ ／ ｍｎ 行程 ／
ｍ
２１ 年第 １ ０１ 期
７ ６
１ ５
制 中先进 的负载传感 比例控 制技术 ，可根据负载 的 变化 对变量泵 的排量 进行 自动 调节 。
钻井深度 （ １４钻杆 ）／ １ ｍ
１０ ５０
（ ６）为 实现 装卸 钻杆 方便 、省力 、快捷 ，采
主要 的原 因之一 。
载钻机 ） 的能力明显不足 ，主要是提升力和扭矩仍 然偏小 。尤 其在定 向钻 进施 工 中 ，如果 钻机提 升力
不 足 ，一 旦 遇到塌 孔 、卡钻 、埋钻 等钻孔 事故 ，不 能及 时地将 钻具 提 出孔 外 ，不但导 致钻井 报废 ，而
且 大量钻 具及 定位 仪器 也会 被埋在 孑 内 ，经济 损失 Ｌ
Ｗ ＡＮ ｎｇ ｆｎｇ， ＳＨＡＮＧ ｉ Ｓｌ Ｈｏ — ｅ Ｚｈ — ｉ ｏ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
随着煤 矿开 采深 度 的逐 步增加 ，煤 矿瓦 斯灾 害 也越来 越严 重 ，瓦斯 问题 严重 制约 着我 国煤 炭工业 的发展 。从 煤矿 瓦斯 综合 治 理 的角度分 析 ，以前 的 煤 矿 瓦斯 井 下 抽 采 和 近 二 十 年 的地 面抽 采 充分 证 明 ，煤 矿 瓦斯地 面抽 采是 煤 矿瓦斯 综合 治理 的一项