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国内有徐工的ZD1245/ZD1550/ZD2070/ZD25100系列水平定向钻机,ZD系列水平定向钻

机在国内首次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节

能、防触电报警等多项先进技术。

在钻杆自动装卸钻杆、自动锚固、自动润滑、自动钻进

和回拖、触电保护等方面具有创新点,主要技术性能指标达到了国外同类产品的先进水平,

在提高工作效率,安全防护,减轻劳动强度等方面居国内同类型产品的领先水平。

为目前

国内技术最先进,自动化程度最高的钻机。

中国地质科学院勘探技术研究所、连云港黄海

机械厂、北京土行孙非挖技术有限公司生产的DDW80、DDW100、DDW200系列水平定向钻、中联重科、深圳钻通公司生产的ZT10,ZT12、ZT15、ZT20系列水平定向钻。

在以

上的国内钻机中目前以徐工的ZD系列水平定向钻机的配备为最好,该系列产品在国内首

次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节能、防触电

报警等多项先进技术。

在钻杆自动装卸钻杆、自动锚固、自动润滑、自动钻进和回拖、触

电保护等方面领先,主要技术性能指标达到了国外同类产品的先进水平,在提高工作效率,

安全防护,减轻劳动强度等方面居国内同类型产品的领先水平。

国外的DitchWitch公司

是世界上生产非开挖定向钻机较先进的公司,具有先进的控制技术和良好的通讯设备,技术

性能先进、操作性能良好,目前生产的系列产品有JT520、JT920L、JT1720MI、JT4020

Ml、JT7020MI和广普型钻机JT2720AT、JT4020AT等中小型钻机。

DitchWitch的钻孔资料处理系统,可进行钻孔轨迹设计,进行相关钻孔数据的记录。

其中DitchWitch公司JT27

20/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向钻是其在我国销售的主导产品。

VERMEER公司是世

界上另一非开挖设备的著名生产厂家,其水平定向钻机从迷你型钻机到大型钻机有多种型

号,主要有:

PL8000、D7*11A、D10*15A、D16*20A、D18*22、D24*26、D24*40、D33*44、D40*40、D50*100、D80*120、D100*120、D150*300、D200*300、D300*500等;

美国CASE公司生产的60系列五种型号,美国凯斯公司是发展水平定向钻产业较晚的公司,产品有凯斯6010、凯斯6030等型号的新型定向钻,但生产的产品性能先进,尤其是在PL

C控制,自动更换钻杆等方面有其独特的先进性和优越性。

其中凯斯6030型定向钻是其在

我国销售的主导产品,主轴最大扭矩5423N.m,主轴三速旋转,最大进给力与回拖力均为13.6T,满载钻杆整机重量7.8T,可满足一般施工工程的需要。

典型的施工工程有上海信息

港工程、黄埔江工程等。

另外,生产水平定向钻机的国外公司还有美国的AUGERS公司,

INGERSOLL—RAND公司,德国的FLOWTEX、HUTTE公司,英国的POWERMOLE、STEVEVICK公司,瑞士的TERRA公司,加拿大的UTILX公司和意大利的TECNIWELL公司等。

目前国外水平定向钻的产品大都具有以下几个技术特点:

主轴驱动齿轮箱采用

高强度钢体结构,传动扭矩大,性能可靠;

全自动的钻杆装卸存取装置;

大流量的泥浆供应

系统和流量自动控制装置;

先进的液压负载反馈,多种电气逻辑控制系统,高质量的PLC

电子电路系统确保长时间地工作可靠性;

高强度整体式钻杆以及钻进和回拖钻具;

快速锚固定位装置;

先进的电子导向发射和接收系统。

综合国外水平定向钻机的特点,主要有:

1)中小型定向钻机多采用橡胶履带底盘,具有自行走功能,减小对人行道和草坪的损坏。

钻杆自动装卸装置,可方便地装卸钻杆,减轻操作者的劳动强度,提高工作效率;

大型钻

机带随车吊,便于吊装钻杆;

2)系列化程度高,从2T到600T,适合不同口径和长度,各类地层的施工;

具有多种硬岩施

工方法,如泥浆马达、顶部冲击、双管钻进,能进行软、硬岩层的施工。

3)液压系统采用电液比例控制技术,或负荷传感系统,液压元件采用了国际先进成熟的产品;

4)应用先进的PLC控制和电液比例控制技术,主要实现四个方面的自动控制功能:

自动钻

进,自动回拖、自动锚固,和行走时的无级变速控制和转向控制,自动化程度高。

5)作业安全和舒适,具有驾驶室,具有无线(或有线)导向控制系统、地下电缆与管道探测技

术、防触电安全保护技术、远程控制紧急停机技术等安全措施,确保机器和人员的安全。

6)先进的钻进规划设计软件:

如VERMEER公司的ATLASBOREPLANNER软件和美国

十方公司的DRILLSMART软件等,专为HDD(水平定向钻进)施工而开发,可根据施工要求和资料,模拟生成设计施工路线和报告。

国内外同类技术及厂家比较表如表1、表2下:

表1国内外同类技术比较表

CASE6030沟神JT2720

最大回拖/进给力

136/136120/120

(KN)

108/108

动力头最大扭矩

(Nm)

|5423|

13660

5415

主轴最大转速|

(r/min)|

|215

威猛D24X40A

徐工ZD1245

122/108

4500

1自动装卸钻杆

I有|

1~有~

1无1

|最大钻进长度(m)|

1300I

II3001

13001

|300|

自动锚固

有|

II有1

1有1

1无1

1有|

表2国内外同类厂家比较表

主要产品

已形成系列

北京土行孙

公司

中联重科

连云港黄海

机械厂

廊坊华元机

凯斯(美国)

Ditch

Witch(美国)

VERMEER

DDW80、DDW100、DDW150、DDW200、

DDW250、DDW320

ZT-8、ZT-10、ZT-15、ZT-20、ZT-25

KSD15、KSD25

回拖力8~36吨

CASE6010、CASE6030、CASE6060、

CASE6080、CASE60100、CASE60120

JT920、JT1720、JT2720、JT4020、JT702C

PL8000、D7*11A、D10*15A、D16*20A、

D18*22、D24*26、D24*40、D33*44、

化、批量化,

年产量已达

160余台

化,批量化,

130余台

已批量生产,

年产量达20

余台

50余台

主要从事大

型定向钻机

的生产,已形

成小规模

批量进口,年

销量20~30

拖式、自行走式均有,液控,钻杆手工装卸,无自动化

自行走,动力系与主机两单元体,干湿两用,

全负荷敏感控制,英国技术,回拖力15〜25

行走方式拖式,液压

系统进口,动力系统与

主机两单元体,回拖力

在80~300吨

电子控制,自动化程度高,动力强劲,可靠性

高。

电子控制,自动化程度

最高,动力强劲,可靠性高;

钻岩技术先进,

注重人身保护

目前的规模

1.2水平定向钻机分类

按照水平定向钻机所提供的推拉力和扭矩的大小,可将定向钻机分为大、中、小型三大类。

各类钻机的主要性能参数和应用范围见表3

表3水平定向钻机分类

1.3水平定向钻的关键技术

1.3.1中空动力头

中空动力头的设计的实现:

中空动力头是水平定向钻的关键作业部件,其可靠性及质量的好

坏将直接影响整机的正常使用,该部件应实现钻进和输送泥浆的功能,同时要考虑齿轮的润滑,泥浆输送系统的密封等。

动力头一般由低速大扭矩马达驱动减速机,由减速机驱动减速箱机构,由减速箱输出轴驱动钻杆转动,输出轴中空,输出轴一端接有旋转接头,通

过旋转接头注入泥浆。

另外目前在国内市场上12到15吨级的水平定向钻机,进口的主要有美国凯斯公司的6030、威猛公司的D24X40A、沟神公司的JT2720,国内厂家有北京土

行孙的DDW-150、连云港黄海的FDP-15、深圳钻通的ZT-15、徐工集团的ZD1245等。

国内外动力头性能参数对比见表4:

从上面的动力头的性能参数对比来看,国内动力头在推拉力、旋转扭矩、转速及泥浆通流量等参数基本相同,国外各厂家为了适应不同的用户

市场,主要参数各有所差别,有的侧重于大的旋转扭矩,有的侧重于大的推拉力。

一般而

言,最大输出扭矩的多少决定了钻机扩孔能力的大小,最大拉力的大小决定了拖拉管道的

长度。

事实上如果扩孔质量好,钻机不需要很大的拉力就能将管线拉动。

还应清楚动力头

采用的中、低速液压马达驱动,驱动方式;

目前主要有三种:

选用通孔式低速大扭矩马达

直接驱动,泥浆直接从中间通孔输入,输出轴直接连接钻具。

此种方式受液压马达的限制,仅限于小型钻机中应用;

选用低速大扭矩液压马达经齿轮箱驱动,根据回转扭矩的需要可以由一个液压马达驱动,也可以由两个、甚至是三个液压马达驱动。

液压马达可以在齿轮箱的前后对称,也可以环绕输出轴成环形或扇形布置。

马达有选用法国波克兰公司的径向

柱塞马达,如CASE、威猛的钻机;

由于摆线马达价格较低,国内厂家多选用摆线马达。

齿轮箱一般需一级齿轮减速。

此种方式应用较普遍;

液压马达通过减速机再经齿轮减速箱驱

动。

液压马达为高速马达,可以是一个或两个,减速机选用行星齿轮减速机。

齿轮箱一般需两级齿轮减速。

由于高速马达、行星减速机比较成熟,二者结合使动力头的转速范围更

宽,且其价格和低速大扭矩方案差不多,径向尺寸相对较小。

表4国内外动力头性能参数对比表

1.3.2导向定位

采用无线或有线探头发射装置及地面接收显示装置,探测深度一般为10~15M,且可

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