地面瓦斯欠平衡车装钻机的研究与开发

摘要

目前煤矿区地面瓦斯超前抽采是我国煤矿瓦斯综合治理的一项重大措施，而地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机是煤矿区地面瓦斯抽采的重要设备，国内还没有厂家生产，一些施工企业不得不花费大量外汇从国外购进先进钻井设备。针对这一现状，本文研究与开发适宜于我国煤层地质条件，满足瓦斯高效、低成本抽采井施工的地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机。
　　 本文主要采用了归纳分析、优化设计、三维建模和有限元分析等研究方法，先确定总体方案，然后分别对动力系统、伸缩桅杆式井架、液压顶部驱动装置和车辆底盘进行研究，最后工业性试验验证，研究结果主要如下：
　　 1.归纳总结了煤层气钻机国内外发展现状，从钻井工程技术角度和工程管理角度分析地面瓦斯抽采钻井工程的特点。根据我国煤矿区瓦斯抽采井施工现状及对车装钻机的性能要求，比对国外进口钻机，确定了本文研究的地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机的总体结构方案和性能参数。
　　 2.对钻进负载特性进行理论分析，根据钻进对动力系统驱动特性的基本要求，确定车装钻机的动力选型。
　　 3.采用三维建模、有限元分析方法对伸缩桅杆式井架方案进行静态力学及模态分析验证，得到满足强度要求和不与环境产生共振的设计模型。
　　 4.采用数学建模和参数最优化设计方法确定液压顶部驱动装置的主要参数和结构形式。
　　 5.采用三维建模、有限元分析方法对所选底盘进行静态力学及模态分析验证，确定底盘选型。
　　 经过研究与开发，试制了国内首台地面瓦斯抽采欠平衡车装钻机，并通过了中国煤炭学会煤层气专业委员会组织的专家评议和工业性试验，本文的研究对生产适应我国煤矿区瓦斯超前地面抽采的专用钻机具有一定的实际意义。