瓦斯抽采钻机液压系统设计探讨

甄志勇

（阳煤集团平舒煤业有限责任公司， 山西 寿阳 045400）

引言

全液压动力式坑道钻机以其下钻速度快、变速性能强、顺序动作及联动过程中工作效率高、能够适应不同环境的瓦斯抽采工作等优点受到普遍使用。目前，我国矿井中瓦斯抽采所用钻机大多为20世纪90年代时期研发和生产的，所采用的操控模式是手动控制，使用的动力元件是定量泵和手动变量泵。这种抽采钻机具有对动态的响应速度快、发生故障的几率小、工作性能强、可靠性高的特点，采用变量泵作为液压系统的动力元件在于变量泵在使用中的工况匹配性能较好，能够减少能源的使用，达到节能的效果，然而在使用过程中受到温度上升速度快的影响，其能量损耗量较大，实时性较差，导致在使用过程中稳定性较差，这些方面的性能都有待提高。使用全液压坑道钻机在我国的发展历史不长，使用上受限制较多。

1 阀控钻机液压系统

1.1 给进回路

随着矿井下瓦斯抽采的不断发展，技术人员对瓦斯抽采技术不断探究，破除各项阻碍。在施工过程中，受到坑道空间不大，对施工造成限制的影响，采用袖缸直接推进动力的方式对坑道钻机是最常用的方式，普遍对给进压力进行控制，这一过程利用的工具是减压阀。目前我国普遍使用减压阀和溢流阀两种阀门[1]。

1.1.1 减压阀调压回路

减压阀自身具有结构简单的特点，而进口与减压阀出口二者在压力上没有联系，在工作中的给进机构压力稳定，几乎未受到影响。受到以上的影响，如果压力发生变化，则可对孔内情况进行了解，通过这一情况的不同系数调整压力，将一个减压阀串联在液压马达的进油管或给进液压缸上，以达到调整压力的目标。在实施过程中，加压的目的在于当给进速度进入液压缸后，其工作压力能够随着负载的变化而变化。受到一台机器多种用途及在使用过程中工艺能够实现顺利的广泛适应性的影响，需要对其产生的原因及影响进行分析，回路被用作钻机是在压力控制下，在减压、钻进等方面与钻机具有相似之处，因而被当做钻机使用。

1.1.2 溢流阀调压回路

溢流阀调压回路在使用时期上较早，被使用到立轴式钻机的回路方式中，这种调压回路在垂直向下钻进时，利用钻机自重加压由溢流阀对卸荷的工序进行打开，以此作为主要工作模式，这样做的意义在于让钻具在自重加压的过程中出现钻压不足的情况时，向孔底增加压力，以便对溢流阀进行调节，并改善此种情况，促进钻进工作的顺利进行。液压系统实现两个溢流阀的并联，并安置于副泵出口，在使用过程中溢流阀起到对系统中的最大压力进行限制级对给进回路的工作压力进行调节。

1.2 回转回路设计

钻机回转速度根据不同底层而产生不同调节情况，具有较大变化，而其主要原因在于其余底层情况具有直接联系。另外，当回转回路系统中出现工作压力时，其负载变化在调速方式上是自动调整的，能够对调速方式进行自动适应，调速方式主要包括容积调速和节流调速两种方式，前者在调速中是最主要的[2]。

1.2.1 容积调速回路

横扭矩输出及恒功率输出特性是容积调速回路中的主要特征，调速系统主要由变量马达和定量泵两个部分组成，在这两个部分组成的系统包含以上方式的系统。在使用过程中，变量马达和定量泵组成的容积调速回路，其调速范围较小，受到这一影响，

导致定量泵在钻机液压系统中的使用情况较小。在钻机中，使用时对回转器的转速进行调整，一般为降低，以达到增大转矩的目标，这个过程中随着转矩的不断增大，负载得到满足，但是，在这种情况下的钻进方式不能满足工程进度的要求，其工作效率不高。在使用过程中，为了进一步调整回转器的转速及负载，以便满足所需值，从而对工作的可靠性和稳定性进行提升，利用在容积调速回路的钻机动力头上设置机械变速的方式进行调整。

1.2.2 节流调节回路

气流调节回路在使用中受到限制，而使用范围和频率较小，未能得到广泛推广。其把气流阀在回转回路进油口上进行并联，并调节回转马达输油量，促进钻机效果的发挥。基于这种工作模式的钻机对能量消耗较大，且产生其他成本，不利于瓦斯抽采工作和矿区的管理。

2 泵控钻机液压系统

1）利用恒压变量技术进行给进回路的控制，这个过程一般利用恒压变量泵对压力进行控制，此过程主要是达到压力免受输出流量变化带来的影响，减少不良现象造成的影响，保证压力的稳定。

2）在泵控钻机液压系统中，对负载敏感技术进行研究不难发现，这种技术在使用上是根据其回转回路上多路负载反馈功能具有的液态控制比例形成调节，以达到泵控负载敏感液压系统正常使用的目标。进行液控比例控制的过程是对多路转向阀进行开口调节的过程，并由手动阀位置的变化调整进行马达量的控制，根据实际情况控制钻机回转速度，实现钻机的平稳运行。在使用系统过程中，通过液控比例的调节来对泵的流量输出进行调节，另外，对调整压力转向阀的前后压力差进行控制时，主要是对负载敏感阀的控制，这一动作有效缓解负载压力变化带来的不良影响。在使用中需要注意一点，受到负载压力较泵出口压力低的影响，需要根据实际情况对限压范围进行合理控制，这样才能够形成自动适应负载的变化。提供及执行元件与元件负载相适应的流量和压力，促进系统在未产生过多压力的情况下进行平稳运行是液压泵主要作用。因此，针对回转回路中的运行情况，对能量加以利用，并控制在限量范围，能够调节整体系统的稳定运行，并达到降低生产成本，提高企业效益的效果。然而，液压系统在使用上能够加大对转速控制的灵活度及可靠性，使用效果更为稳定，能够在很大程度上提高回转运动机械性，并缓解负载的变化跨度过大而带来的不良影响，有效保证和延长钻机使用寿命，保证其使用质量[3]。

3 结论

随着技术的进步和经济的发展，瓦斯抽采工作体系得到进一步完善，抽采钻机系统设计得到快速发展，然而还存在一些急需解决的问题。泵控变量技术在瓦斯抽采钻机液压系统中得到普遍推广是因为其存在以下几方面特点：第一，这种技术的集成化程度较高，能够顺利解决常见技术性难题，机械设备发生故障的几率较低，能够有效提升工作的稳定性；第二，这种技术在应用过程中使能量消耗量较低，在负荷方面满足流量的设置，对压力变化的适应性较强，具有较高的工作效率。第三，这种技术在成本方面虽然控制难度较大，但可根据不同环境进行设计。第四，可根据施工环境和方式的不同对控制方式进行选择，主要包括液压控制、气动控制、电液控制和手动控制等。

[1] 马念杰，李季，赵希栋，等.深部煤与瓦斯共采中的优质瓦斯通道及其构建方法[J].煤炭学报，2015（4）：77-78.

[2] 闫保永.ZYWL-4000D经济型定向钻机研制与应用[J].煤炭工程，2016（8）：112-113.

[3] 刘令.井下瓦斯抽采集输系统优化研究[J].广东化工，2016（14）：88-89.