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第 2 7卷第 1 1 期 2 0 0 6年 1 1 月 煤矿机械 Co a l Mi n e Ma c h i n e V0 1 ． No ． 1 1 NO Y ． 2 OO 6 文章编号 1 0 0 3 ． 0 7 9 4 2 0 0 6 1 1 - 0 1 2 8 ． 0 2 I A 0 钻机井架改造设计 】 明 中煤特殊凿 井有限责任公司 ，安徽 淮北 2 3 5 o 4 4 摘 要 I A 0钻机的井架为 A形双支腿结构 ， 钻进过程中易出现井架摆动、 振荡及打钻偏斜等 现 象 ， 严 重地 影响 了安全 生产 。为 了解决井 架存 在 的 问题 ， 分 析 井架 的结 构特 点 ， 采 用 四 支腿 刚性 稳 定结构 ， 对 井架进 行 了重新设计 ， 取得 了良好 的效 果。 关键 词 钻机 ；井 架 ；改造 中 图号 T D 4 2 1 ． 3 文献标 志码 B I mp r o v i ng S i n k i n g He a d g “L 4 0 Ri gI mp r o v i ng O n b i n K i n g He a d g e a r o l - L DI NG Mi ng C h i n a C o a l S p e c i a l C o n s t r u c t i o n a l E n g i n e e r i n g C o mp a n y ，Hu a i b e i 2 3 5 0 4 4。C h i na Ab s t r a c t S i n k i n g h e a d g e a r i s a A t y p e o n e．I n c o u r s e o f wo r k，i t fli c k e r e d a n d v i b r a t e d，a n d t hi s l e a d e d t o a d e fle c t i o n．I n o r d e r t o s o ] v e p r o b l e ms a b o v e，an a l y z e d the s t r u c t u r e f e a t u res o f t w op o s t t y p e h e a d g e a r ，an d d e s i g n s a n e w s i n k i n g h e a d g e a r ．Ne w h e a d f r a me i s a f o u rp o s t t yp e r i g i d s t r u c t u re ．P r a c t i c e s h o ws tha t n e w h e a d g e a r h a s g o t g o o d res u ] t s． Ke y wo r d s r i g；h e a d g e ar ；i mp rov e O 引言 I A 0钻机 是 2 0世 纪 8 0年代 初 原 西德 维 尔 特公 司 wI R ，I H 生产的钻机 ， 为压气排渣竖井钻机， 其最 大钻井直径为 8 n l ， 额定扭矩 4 2 0 k N m。该钻机的特 点是采用地面钻盘回转、 绞车提升、 液压驱动， 绞车 和泵站安装在拖车上 ； 钻杆采用法兰盘螺栓联接， 外 风管供风 ， 压气排渣 ， 清水或泥浆洗井 ； 钻机具有设 备重量轻 ， 结构简单， 组装和移动方便 等优点。然 而， 该钻机在使用中也暴露出一些缺点 ， 如井架摆动 问题及钻具变径接头问题等。本文阐述井架存在的 问题并 进行 改进设计 。 1 原 井架 结构及 工作原 理 如图 1 所示 ， I A 0钻机原井架为 A形双支腿结 构 ， 2 个支腿 l 0分别铰接在井 口梁 7上， 后支撑杆 3 分别与井架和井 口梁铰接。井 口梁为 2 条焊接的箱 形钢梁 ， 两端有 2根连接梁 ， 通过螺栓联接， 组成一 框架结构， 固定在锁 口混凝 土基础上。在井 口梁上 安装 有封 口平 台 图 中未 示 ， 该平 台为 2片 对 开结 构， 利用液压马达经链轮链条沿井 口滑移， 进行开合 动作。平台中部为 2根主承重梁 ， 台面封以钢板 ， 承 放钻头及其他重物和进行井 口作业。在起 吊及下放 钻头时， 移开转盘 ， 平台打开； 在正常钻进时， 平台合 拢 ， 转盘通过螺栓和定位块 固定在平台中央的转盘 座上 ， 进行钻 井作 业。 通常， 井架有 2个位置 一是工作位置 ， 一是后 仰位置。工作位置 即钻进时的位置 ， 此时井架 是前 倾的， 前倾角度为 1 2 。 。此时井架的两支腿受压力 1 2 8 作用 ， 而后支撑杆是受拉力作用。为了实现倾角可 调 ， 在 2根后支撑杆 3中各安装一个支撑油缸 2 ， 通 过控制台的操纵 阀可控制该油缸 的动作 ， 达到调节 井架倾角的 目的。在起 吊及下放钻头时， 需要使用 龙门吊到井 口作业， 此时必须将井架后仰 ， 以让开井 l l 位置， 即所谓井架的后仰位置。需要井架后仰时 ， 通过控制阀使支撑油缸缩 回， 则井架 以铰接点为中 心摆动， 井架最大偏离距离可达 6 ． 6 m。 ／ 图 t双 支 腿 井 架 Fi g． 1 Twop os t t y p e he a d g e a r 1 ． 平车2 ． 支撑油缸3 ． 后支撑杆4 ． 钢丝绳5 ． 平衡绳6 ． 捧 浆管7 ． 井 1 I 架8 ． 绳轮9 ． 工作平台l O ． 井架支腿l 1 ． 过渡 接头l 2 ． 钻杆l 3 ． 平衡锤 平车 1 上安装有空压机、 液压泵站、 绞车及操纵 台等。正常钻进时， 绞车通过钢丝绳 4 、 绳轮 8 、 变径 接头 l l 、 钻杆 l 2提升钻头， 通过调节提升力， 可以改 变钻进压力。液压泵站通过液压马达驱动转盘转动 图中未示 ， 转盘通过钻杆带动钻头旋 转钻进。钻 头碾压破碎的岩渣混合成泥浆由排浆管 6排出。排 维普资讯 第 2 7卷第 1 1 期L 4 0钻机井架改造设计 丁明 V 0 】 ． 2 7 N 0 ． 1 1 浆 管 由平 衡锤 l 3经平 衡 绳 5 平 衡 。工作 平 台 9用 于进行 接卸 钻杆 作业 。 2 原 井架存 在 的 问题 参照图 1 ， 由理论分析及现场实践发现 ， 原井架 存在以下问题 1 结构不稳定 ， 打钻时井架前后摆 动、 振荡 ， 当打钻频率与井架固有频率接近时， 系统 会 产生 共振 ； 2 由 于钻 头 的组 装 重 量不 同， 导 致井 架的倾角发生 变化 ， 绳轮偏离井筒 中心 ， 钻 井易偏 斜 ； 3 由于结构的限制 ， 井架底跨不能进一步扩大 ， 其最大钻井直径为 8 m； 4 安全性差 ， 实践 中， 井架 后仰时 ， 曾因两支撑油缸不同步使井架卡住 ， 因发现 及时， 处理措施 得当， 才未造成重大事故。 5 同样 由于结构限制， 钻机排浆管需多次弯曲， 增加了排浆 阻力 ， 并 且排 浆管需 吊挂 平衡锤 进行平 衡 ， 而平 衡锤 钢丝绳经常发生断绳引发事故。 3 新 井架 的结构 及工 作原理 在分析原井架存在问题 的基础上， 设计 了新 的 A形四支腿井架， 如图 2所示。井架支腿 1 0采用 4 根直径 6 6 0 n l i n ， 长 2 1 ． 8 m 的厚壁钢管 ， 顶部装有 8 ． 0 m长的焊接箱形 天车梁 7 ， 采用螺栓联接 ， 井架 支腿底 端通 过铰支 座 固定 在井 口梁 6上 。在 天 车梁 7上挂有天车及绳轮 2 ， 天车有 8个绳轮。游车有 7 个绳轮， 负荷能力 4 0 0 t ， 游车下部是可以回转的提吊 环 3 ， 提吊环经过渡接头 8 与水龙头及钻杆相连 水龙 头接排浆管用于排浆 。在井架前侧 2 条支腿内装有 2只支撑油缸 见图 3中的 6 。在正常工作时， 井架 用螺栓联接好 ， 呈刚性结构。在起吊和下放钻具时， 卸下前腿底部和上部偏心铰座处法兰联接螺栓， 通过 前支腿内支撑油缸作用 ， 使井架后仰， 让开井筒位置， 龙门吊可直接进入井 口吊取钻头， 如图 3 所示。 由图 2可知 ， 新井架具有 以下特点 1 新井架 为刚性结构 ， 结构稳定， 打钻的垂直度明显提高 ； 2 采用电液比例调速 阀同步回路 ， 保证了两支撑油缸 同步运动 ， 井架后仰 的安全性提高 ； 3 排浆 管只需 弯曲一次 ， 排 浆阻力小 ， 结 构简单 ； 4 井架刚性提 高 ， 底跨加大， 由原来只能下放 4 8 m的钻头扩大到 可以下放 夺 l 0 m的钻头 ， 扩大了钻井 的直径。 图 2四支腿井架 Fi g． 2 Fou rp o s t t y pe h e a d ge a r 1 ． 钢丝绳2 ． 天车及绳轮3 ． 提 吊环4 ． 钻杆5 ． 工作平 台6 井口梁7 ． 天车梁8 ． 过渡接头9 ． 排浆管l O ． 井架支腿 图 3四支腿井架后仰位置 F i g ． 3 Ba c k p l a c e o ft h ef o u r p o s t h e a dg e a r 1 ． 井口架2 ． 井架3 ． 钢丝绳4 ． 变径接头5 ． 龙 门吊6 ． 支撑 油 缸 4结语 ． 由于原井架为不稳定结构， 工作中易摆动， 产生振 荡 ， 偏斜等问题 ， 给安全生产带来很大 隐患。新井 架采 用刚性结构， 增强了井架的稳定性， 提高了打钻的垂直 度， 提高了井架的安全性。新井架已运行 3 a多时间， 至今未发生任何事故， 并取得了良好的效果。 参考文献 [ 1 ] 成大先 ．机械设计手册[ K ] ． 北京 化学 工业出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 2 ] 姜继海 。 宋锦春。 高常识 ．液压与气压传 动[ M] ．北京 高等教育 出 版社 ． 2 0 0 2 ． 作者简介丁明 1 9 6 0一 。 福建武夷 山人 。 高级 工程师 ， 1 9 8 3年 淮南矿业学院矿业机械专业毕业 ， 一直从事 矿井建设及其 机械设备 的管理工作。 发表砚究论文多篇． 收稿 日期 2 0 0 6 ． 0 7 ． 0 5 矿 山 窄 轨 铁 路 车 场 结 构 及 机 车 信 号 分 析 中 国矿业大学和兖州矿业 集团 公司东滩煤矿根据矿 山窄轨铁路机车运 输监控系统设 计经验 ， 对窄轨 铁路运输 车场结 构与机车信 号间的关 系开展 了研究 ， 总结 了窄轨铁路 基本结构和常 见的结构形式 ， 结合列 车和机车 的调车规律 ， 对合 理布置 机车信号进行了分析 ， 为监控系统的设计提供 了技术参考 。 此项研究首先从 多家矿井车场的原始 资料 中总结出了 2种基本车场结 构以及 由此演变 的倒 车型 、 十字交 叉型 、 箭头型和 三角型 4种典型 车场 。以轨道运输为主的矿井多采用双线轨道运行的方式 ， 空、 重列车分道行驶 ； 以轨道 为辅助运输 的矿井 ， 列 车运行轨 道为单双线混合方式。根据车场信号分析与设计 ， 将矿 井车场所有信号进 行联锁 ， 列 出进 路联锁表 ， 写 出所有调 车可能行走 路径 、 信号机显示 状态、 经 过的电动道岔 以及敌对进路 。以信号机作为输 出信 号， 进路和 电动转辙机为输入 条件 ， 列 出信号机与进路和电动 道岔矩阵方程式。控制软件按照求解矩 阵方程式来编制 ， 实现计算机程控 。 李剑峰供稿 1 2 9 维普资讯