摘要
针对我国煤矿松软突出煤层中的煤巷、高应力巷道等小断面巷道，以及皮带运输巷中钻机需频繁让道、在掘进巷道中钻机需绕前施工等通过空间狭小的复杂钻孔施工条件，结合煤矿钻孔现场施工对孔比较繁琐及搬运迁移比较困难的现状，进行了ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机的研制。目前常用的整体式履带钻机大多存在不能将井下机动灵活、外形尺寸小、操作人员安全性高等特点高度融合的缺陷，导致瓦斯抽采钻孔施工效率低，钻机对复杂钻场和矿井条件适应性差。该机型结构布置合理，辅助功能齐全，它能有效地改善中小煤矿钻孔施工效率，提高钻掘产量，降低工人劳动强度，可用于瓦斯抽采穿层钻孔、瓦斯抽采顺层钻孔和探放水以及底板注浆等钻孔施工。本文主要介绍ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机的主要技术参数、结构布局特点及液压系统。经试验表明，对于中小煤矿钻孔施工具有良好的应用前景。
我国是煤炭工业大国，为确保煤矿产业健康发展，加强瓦斯治理对提高煤矿安全保障程度极具重要
目前，传统液压钻机主要由主机、泵站、操作台组成，一般依靠人力搬运，辅助工序长，施工效率低，主要适用于小型煤矿巷道。
整体式履带钻机是将主机、泵站、操作台集成至履带上方，机动性强，移动方便，主要适用于中大型煤矿。在用的整体式钻机受其整体布置结构的局限，基本应用于近水平钻孔，调角范围小，不能有效地进行大角度施工及方便对孔作
针对目前履带钻机存在的布置不合理情况，本文提出了ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机。它是一种新型钻孔装备，钻机属于整体式，履带驱动，机动灵活，主机配置升降、回转机构，调角范围大，对孔方便，主操作台采用可移动式结构，实现远距离操控，提高了设备的安全性能。具备小巧、机动的结构特点，该设备在中小煤矿使用前景广阔。
鉴于目前市场应用需求，综合国内外钻机的特点，履带式钻机已广泛应用，同时考虑狭窄巷道的快速搬迁及施工需求，钻机总体方案确定采用履带式、整体布置结构。钻机操作台、动力装置布置于后方，主机布置于前方，采用双立柱外悬挂结构，机动灵活，调角对孔方便，大大节省了钻孔对位、支撑辅助时间，切实有效地提高了钻孔效率，同时减轻了工人的劳动强
ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机重点解决了钻机的结构布置、变速箱结构、液压系统等关键技术问题。根据钻孔实际工艺需求，经过多方面对比分析，确定钻机主要技术参数如
钻机结构如
图1 ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机结构示意
Fig.1 Structure of ZLY2500L crawler tunnel drill for coal mines
（1）为方便操作，操作台分为固定式的副操作台以及活动式的主操作台。副操作台主要控制履带行走，钻机的支撑、稳固，动力头的回转、升降、滑移及调角工作。主操作台主要控制钻机立轴的回转，卡盘、夹持器的开、闭以及给进油缸的给进、起拔工作。
（2）泵站采用主、副泵并联式皮带传动结构，主泵是卡盘旋转、履带行走及快速给进用油泵。系统的压力与负载变化相适应，并始终高于负载压力一个小的固定值。副油泵是给进及液压卡盘、夹持器、液压支柱、回转、升降用油泵。系统始终提供恒定的压力。
（3）油箱配备吸油过滤器、回油过滤器、空气滤芯器、液位液温计、截止阀以及冷却器等部件。油箱为旁置式结构，连接、拆卸方便，维修空间大，配备液压油有效存储容量（180 L）。
（4）行走装置由脚踏板、液压支腿、平台、履带总成、回转减速器和回转平台等组成。履带总成配置液压马达驱动，通过驱动轮驱动钢制链板，带动钻车前、后行走。平台固定安装于履带总成上方，作为操作台、油箱、泵站及主机的固定平台。在平台前方安装有回转减速器，其上方安装有回转平台，回转平台上方安装移动机构。当驱动回转减速器回转时，钻机可以实现±90°回转作业。液压支腿固定于行走装置侧方，配备液压锁，方便钻机施工时稳固钻车。
（5）变速箱结构如
图2 变速箱结构示意
Fig.2 Transmission structure
（6）移动机构用于为钻机辅助支撑、滑移、升降及调整钻孔角度，由滑移油缸、升降油缸、支座、立柱、节套等组成。滑移油缸实现主机前、后滑移功能，方便下套管时让开孔口。升降油缸可以将变速箱与回转动力头整体上、下调节，适应不同高度钻孔施工，可以实现中心高1200~1700 mm大跨度施工。立柱用于钻进时顶住上顶板，能方便的实现钻机的固定，配备活动式调节杆，适应不同高度巷道施工，适应范围3000~5000 mm。
（7）回转动力头如
图3 回转动力头结构示意
Fig.3 Structure of the rotary power head
钻机的液压系统为双泵供油的开式循环系
图4 液压系统原理
Fig.4 Schematic diagram of the hydraulic system
1—电机；2—主油泵；3—副油泵；4—截止阀；5—主泵吸油过滤器；6—截止阀；7—副泵吸油过滤器；8—液位液温计；9—空气滤清器；10—油箱；11—回油过滤器；12—冷却器；13—多路换向阀；14—压力表；15—压力表；16—给进调压阀；17—安全阀；18—单向阀；19—多路换向阀；20、21、22—压力表；23—给进油缸；24—液压马达；25—卡盘；26—单向阀；27—截止阀；28—夹持器；29—液控单向阀；30—履带马达；31、32—多路换向阀
主泵为钻机动力头回转马达及履带行走动力源，副泵为给进、起拔、卡盘、夹持器、其他辅助提供供油动力。电动机启动后，主油泵2经过滤器5吸入低压油，输出高压油，进入多路换向阀13，多路换向阀13的第一片阀为主机功能切换阀，操作手柄至“主机”位置，主泵液压油进入多路换向阀19，多路换向阀19第一片阀控制马达的正、反转及停止；多路换向阀19第二片阀控制给进、起拔、停止和浮动；多路换向阀19第三片阀控制卡盘打开和关闭；多路换向阀19第四片阀控制夹持器打开和关闭。当马达手柄处于中位时，切换给进、起拔手柄，大泵与小泵合流，实现快速给进、起拔。
多路换向阀13的第二、三片阀，控制履带马达行走，手柄向前推履带前进，手柄向后拉履带后退，手柄一前一后履带原地旋转。
副泵3经过滤器7吸入低压油，输出高压油进入多路换向阀31及多路换向阀32。
多路换向阀31第一个手柄为切换手柄，操作手柄置于“主机”位置，实现副泵液压油至副泵功能阀块，副油泵的油液全部进入给进回路由调压溢流阀控制给进压力，阀块出口直接进入多路换向阀19副泵进油口。副泵功能阀块安装有安全阀及调压阀，安全阀起到限定副泵工作压力，调压阀为给进起拔调压阀，起到钻进及起钻时给进、起拔压力的调节作用。
操作多路换向阀31第二个手柄实现平台回转功能，控制平台±90°回转；操作多路换向阀31第三个手柄，实现钻机转角功能，控制回转动力头360°回转；操作多路换向阀31第四个手柄，控制升降油缸升降功能，实现钻机不同高位孔钻孔作业。
操作多路换向阀32第一、二、三及四个手柄控制下液压支腿支撑，配置液压锁，可靠锁紧支腿油缸；第五个手柄控制上液压支腿支撑。
液压马达的回转速度（即动力头的回转速度）可以通过操纵马达上的变量手轮来实现。
在夹持器油路中设置有单向阀、液控单向阀及截止阀，夹持器回油通过液控单向阀回油。在下钻过程中，可以操作截止阀，保证夹持器完全打开。
液压系统配置有主、副泵压力表，给进起拔压力表，回油压力表，液位液温计，冷却器，回油过滤器，检修截止阀等附件。
整个液压系统控制简单，维护检修方便，可操作性强。
（1）工厂测试。ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机试制完成后，在我公司的萧山工业园区进行了试验，如
图5 钻机现场测试照片
Fig.5 Field test of the drill
（2）工业测试。2020年12月，ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机在皖北任楼矿Ⅱ-7226底抽巷进行试验，与杭钻ZDY3200S钻机进行了对比测试，其中ZDY3200S钻机2班平均进尺在70~80 m之间，而新型ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机2班平均进尺达到100 m以上。同时对两款钻机在搬运、调角、对孔及稳固等工序上做了对比，测试数据如
（1）作为一种新型钻机，ZLY2500L型煤矿用履带式坑道钻机布置紧凑合理，结构新颖，机动性强，井下移动方便快捷。
（2）钻机调角方便，对孔效率高，机动灵活，液压系统操作性强，系统传动简单，维修方便，配备移动式操作台，方便司钻人员远离孔口安全操作。
（3）钻机回转转速范围大，可以在60~680 r/min内无极调节，扭矩、给进、起拔等参数设计合理，钻进效率高，工艺适应性强，能较好地满足中小煤矿巷道的工作条件。
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