透明地质保障系统的成功构建是实现智能化采掘的基础，钻机作为透明地质保障系统构建的重要装备之一，其施工安全性、劳动强度及可靠性高低对透明地质保障系统是否能够快速、高效、精准构建有很大的影响。

　　自2016 年以来，中煤科工集团西安研究院有限公司、中煤科工集团重庆研究院有限公司相继开发了ZDY4300LK、ZYWL-4000Y 等型号自动化钻机，且已开展工业性推广。中国煤科西安研究院董洪波研究员团队研发了ZDY4500LFK全自动钻机及其配套地面监测和控制系统，提出了钻机的结构设计方案、监测和控制系统的功能组成和实施方案。

　　泵车系统主要组成

　　钻车主要系统组成

　　全自动钻机采用分体式布局，分为泵车和钻车。泵车搭载电机泵组、油箱、冷却器等，为钻车提供动力。钻车主要由4 大部件组成：主机、送杆机械手、转运器、和补杆装置。主机沿钻进轴线进行全自动钻进和起钻作业。

　　送杆机械手通过摆动实现钻杆在主机钻进轴线和转运器之间的输送。转运器调整钻杆沿钻进轴线和杆仓的对正精度。补杆装置实现沿杆仓垂直方向钻杆的抓取和沿杆仓水平方向钻杆的输送。补杆装置杆仓为模块化平台设计，分别可搭载容量为45、100、200 根钻杆的3 种杆仓。钻机电液控制系统控制上述4 大部件协同钻孔，整个钻孔过程无需人工加卸钻杆，一次性最多可全自动加卸200 根钻杆。

　　全自动钻机地面监测和控制系统主要由主控系统、远控系统、网络传输系统3 大部分组成。

　　地面监测和控制系统利用传感器技术，总线技术，网络通信和视频监测等技术实现了地面控制井下全自动钻机。

　　补杆装置杆仓列定位技术和自动接卸扣技术是ZDY4500LFK全自动钻机的关键核心技术，董洪波研究员也在研究中做了详细论文。

　　为了验证全自动钻机可靠性及自动化程度等，研究人员于2021年9—10月在唐家会煤矿做了ZDY4500LFK应用试验。

　　（1）监测与控制系统试验：进行了一个倾角为45°、孔深146 m的探放水孔试验。结果表明：钻机性能参数、视频准确性和实时性满足钻机监测要求，地面控制系统控制指令发出后钻机动作未出现明显延时，符合钻机远程控制的需求，即在钻机不出现故障、不进行辅助工作时，地面1 人，井下1 人可完成全自动钻孔施工。

　　（2）关键技术应用：在上述“监测与控制系统试验”中偶发补杆装置机械手在第二列定位不准的现象，针对该问题，提出了杆仓列定位控制技术。针对主动钻杆丝扣磨掉近三分之二的问题，提出了自动接卸扣技术，后续通过现场施工发现：电控比例限压阀8 MPa 时，在唐家会煤矿61301 回风巷口施工完成第二个倾角45°、孔深146 m 的钻孔时，丝扣较之前磨损程度大大减小。

　　（3）全自动钻孔施工应用：ZDY4500LFK全自动钻机高效、成功地验证和疏放了随掘地震探测出的顶板砂岩水。唐家会煤矿钻机施工工人也由以前的3-4 人减至2 人，同时大幅减轻了劳动强度。

　　这项研究得到了国家重点研发计划、中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目的资金支持。成果以《ZDY4500LFK全自动钻机开发与应用》（点击下载原文）为题于1月20日在《煤田地质与勘探》进行了网络首发。

引用格式：董洪波,范强,李坤,马斌.ZDY4500LFK全自动钻机开发与应用[J/OL].煤田地质与勘探:1-6[2022-01-21].

　　监测系统组成和工作原理

控制系统组成和工作原理