科创中国

行业领域

高端装备制造产业

需求背景

从我国的能源构成来看，在化石能源中，煤炭资源储量最为丰富，而石油、天然气资源储量相对比较缺乏，煤炭作为一次能源在我国经济发展中起到了至关重要的作用，是我国能源消费中比重较大的能源之一，因此保证煤炭安全可持续开采具有重要意义；针对现有煤炭矿山的顶底板水害治理等情况，而目前煤矿领域的转盘钻机主要应用通风井，逃生井等大口径井工施工装备，无法满足煤矿顶板水害治理的多井孔注浆工艺的快速施工要求，为了减少煤炭安全事故的发生，高效率的完成矿山安全隐患的治理，因此有必要研制一款适用于煤炭领域国产化的顶部驱动钻井装置。

需解决的主要技术难题

研制一款增强型的顶部驱动钻井装置，实现在煤炭矿山装备领域钻井深度最深的一款钻井设备。

1）研制高强度动力水龙头：动力水龙头头是顶驱钻机主要驱动关键部件，为钻杆提供旋转扭矩和钻进压力，液压马达紧凑型动力头为顶驱钻机提供20KN·m 的旋转扭力，同时需要将反扭力传递给主机架体，钻机利用自身重力进行钻进，所以在整机结构和传动速比配置进行研究分析，保证实现高强度动力水龙头的制造。

2）顶驱钻机电液控制系统模型：根据顶驱钻机复杂的功能控制总体方案，控制逻辑，制定电气、液压系统的设计工作，利用分析研究顶驱钻机各项功能实时监测数据和各项功能之间的逻辑关系以及互锁保护等因素，实现顶驱钻机自动化控制，减轻工人的劳动强度。

期望实现的主要技术目标

 1、装置是动力头功率达到130kW，额定载荷135t，钻井深度2500m，旋转扭矩20kN·m，卸扣扭矩30kN·m的适用于直径73mm、89mm和114mm三种钻杆的顶部驱动装置；井架高度30m，驱动方式采用液压马达方式进行0~180r/min进行无级调速。

         2、开发出符合要求的顶驱钻机电液控制系统。

需求解析

解析单位：“科创中国”宁夏科技服务团（宁夏回族自治区科学技术协会） 解析时间：2024-04-24

王解生

宁夏机械工程学会

秘书长

综合评价

此需求描述已足够清晰。针对现有煤炭矿山的顶底板水害治理等情况，而目前煤矿领域的转盘钻机主要应用通风井，逃生井等大口径井工施工装备，无法满足煤矿顶板水害治理的多井孔注浆工艺的快速施工要求，为了减少煤炭安全事故的发生，高效率的完成矿山安全隐患的治理，因此有必要研制一款适用于煤炭领域国产化的顶部驱动钻井装置。 此需求需要跨行业专家共同解决。在设计前，要了解技术要求及其他相关要求；详细了解要求后，召集技术人员，对设计方案进行讨论，形成初步设计方案；然后，相关技术人员开展联合设计；设计完毕，召开由用户、设计人员、相关专家等人员参加的设计评审会议，对设计方案进行评审，并提出修改意见；根据修改意见完善设计方案，经多次反复，确定最终设计图和技术文件；根据设计图和技术文件加工制造、装配、检验、测试；测试合格后发货到到用户使用。

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处理进度