氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)在濟(jì)寧二號煤礦的應(yīng)用

田 濤 季明昌

（兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧二號煤礦 山東 濟(jì)寧 272072）

0 前言

我國煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜。隨著礦井開采深度的加大，發(fā)生沖擊地壓災(zāi)害的礦井?dāng)?shù)量顯著增加，危害程度也日趨嚴(yán)重。近年來我國煤礦沖擊地壓頻繁發(fā)生,造成了重大的人員傷亡與財產(chǎn)損失,我國已經(jīng)成為受沖擊地壓危害最嚴(yán)重的國家之一。

目前煤礦防沖的主要措施之一是在煤層中鉆孔以釋放煤層壓力，將鉆孔預(yù)測及鉆孔卸壓合并在一起進(jìn)行。當(dāng)前用于卸壓鉆孔的工具基本都是巖石電鉆、煤電鉆和一些液壓鉆機(jī)，有的配上鉆機(jī)專用鉆架，有的直接由人工手持鉆機(jī)鉆孔。采用這些設(shè)備工作時，操縱人員必須在鉆機(jī)附近工作。如德國哈澤瑪格公司的FIV S/H手提式風(fēng)動鉆機(jī),在一些煤礦應(yīng)用，取得較好試驗(yàn)效果。該鉆機(jī)有效解決了由于煤質(zhì)松軟，使用普通煤電鉆施工防突超前鉆孔難以成孔，軟煤層鉆進(jìn)出現(xiàn)的坍孔、夾鉆、埋桿問題。但是該鉆機(jī)仍是手持式氣動鉆機(jī)，操縱人員必須在鉆機(jī)附近工作。

濟(jì)寧二號煤礦與煤炭科學(xué)研究總院南京研究所合作開發(fā)了煤礦用氣動遠(yuǎn)程控制卸壓鉆機(jī)。該鉆機(jī)的應(yīng)用可以使施工人員遠(yuǎn)離鉆機(jī)操縱，保障操縱人員的安全，以免在施工中發(fā)生鉆突而造成人員傷亡。該鉆機(jī)的推廣應(yīng)用不僅能推動我國煤礦鉆屑探測礦壓沖擊技術(shù)與裝備的發(fā)展，而且對于整個煤礦安全生產(chǎn)有著十分重要的意義，將取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

1 主要結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 主要結(jié)構(gòu)組成

該鉆機(jī)采用全風(fēng)動驅(qū)動，由推進(jìn)系統(tǒng)、鉆進(jìn)系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、鉆桿自動裝卸系統(tǒng)、輔助支撐系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等組成。整機(jī)分為主機(jī)和操作臺兩部分，如圖1所示。推進(jìn)系統(tǒng)由氣缸、鋼絲繩組件、夾緊機(jī)構(gòu)等組成。鉆進(jìn)系統(tǒng)主要由氣動馬達(dá)組成。推進(jìn)系統(tǒng)和鉆進(jìn)系統(tǒng)時整機(jī)的核心系統(tǒng)。阻尼系統(tǒng)主要由雙活塞桿油缸、油箱等組成，與推進(jìn)氣缸聯(lián)動，能夠使推進(jìn)平穩(wěn)，并能在停止推進(jìn)時鎖定推進(jìn)缸的位置。鉆桿自動裝卸裝置由鉆桿存儲箱、鉆桿平送機(jī)構(gòu)、鉆桿垂直上送機(jī)構(gòu)等組成。輔助支撐系統(tǒng)由水平支撐和豎直支撐組成，用以固定主機(jī)。氣動系統(tǒng)由氣控?fù)Q向閥、手動換向閥、膠管、壓力表、接頭等組成，其中氣控?fù)Q向閥等安裝于主機(jī)處，手動換向閥和壓力表安裝于操作臺處。通過手動換向閥控制氣控?fù)Q向閥動作，進(jìn)而控制執(zhí)行元件的動作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。監(jiān)視系統(tǒng)由隔爆攝像頭、控制器、顯示器組成。隔爆攝像頭安裝于主機(jī)處，將主機(jī)處的情況傳輸并顯示到顯示器，為工人的操作提供支持。主機(jī)和操作臺之間通過膠管和隔爆電纜連接。

圖1 氣動遠(yuǎn)程控制鉆機(jī)

1.2 工作原理

整機(jī)運(yùn)送至鉆孔位置后，停放好主機(jī)，將操縱臺移至距主機(jī)20-30m外放好并將管路和電纜理順，接好氣源和電源，檢查設(shè)備完好性。將推進(jìn)系統(tǒng)的鉆進(jìn)方向?qū)?zhǔn)巷道需要鉆孔的位置，利用輔助支撐系統(tǒng)將主機(jī)固定在巷道中。裝好第一根鉆桿和鉆頭，啟動監(jiān)視系統(tǒng)。檢查鉆機(jī)各個部位、零件是否完好。將攝像頭對準(zhǔn)鉆孔方向，以便實(shí)時觀察鉆進(jìn)時的情況。開孔并緩慢推進(jìn)，待鉆頭進(jìn)入煤體一定距離后，加快至額定鉆孔速度。鉆進(jìn)第一根鉆桿后，操縱控制閥將驅(qū)動頭與鉆桿卸開。通過鉆桿自動裝卸系統(tǒng)接入第二根鉆桿，繼續(xù)鉆進(jìn)。如此以往，直至鉆深到達(dá)要求為止。在鉆進(jìn)過程中，發(fā)生抱鉆、卡鉆等特征時，立即停止鉆進(jìn)，旋轉(zhuǎn)出煤?；蛲ㄟ^推進(jìn)系統(tǒng)將鉆桿回拉后再推進(jìn)，往復(fù)多次，直至鉆進(jìn)正常。鉆進(jìn)過程中如發(fā)生礦壓沖擊而抱死鉆機(jī)異?，F(xiàn)象，立即停鉆，人工暫時不要靠近鉆機(jī)，觀察并判斷是否有可能發(fā)生礦壓突出。判斷暫無礦壓突出，方可以進(jìn)入處理鉆機(jī)故障。

2 現(xiàn)場使用情況

2.1 現(xiàn)場條件

根據(jù)濟(jì)寧二號煤礦井下的實(shí)際情況，該鉆機(jī)在濟(jì)寧二號煤礦93下07軌順使用。93下07綜采工作面掘進(jìn)的地面位置位于礦井西南部,南陽湖農(nóng)場一分廠下方，東南距南陽湖農(nóng)場二分場110m，西距南陽湖農(nóng)場680m。井下位置位于九采區(qū)中部，南到井田邊界煤柱，北距九采輔助膠帶運(yùn)輸巷80m，西側(cè)的9308工作面已經(jīng)停采,東部為設(shè)計的9306工作面,上方的93上05，93上06，93上08、93上09和 93上10已經(jīng)回采完畢，93上11工作面正在回采中，93上07工作面正在準(zhǔn)備回采。

2.2 使用情況

2011年3月中旬該設(shè)備運(yùn)至濟(jì)寧二號煤礦，于綜掘材料庫進(jìn)行地面試運(yùn)行和設(shè)備操作培訓(xùn)工作。2011年4月開始下井安裝調(diào)試，進(jìn)行第一階段試運(yùn)行，為期一個月。第一階段中除暴露鉆桿連接螺紋強(qiáng)度較弱外，各系統(tǒng)功能發(fā)揮正常，達(dá)到了設(shè)計要求。使用期間共鉆孔43個，累計鉆深385m。針對第一階段使用過程中鉆桿出現(xiàn)的問題，經(jīng)過討論，將鉆桿的連接螺紋形式更改為18×6的矩形螺紋，防止螺紋被咬合。重新設(shè)計并完成了鉆桿制造，同時更換了與之配合的鉆進(jìn)馬達(dá)主軸。2011年8月進(jìn)行第二階段試驗(yàn)。期間，對設(shè)備的整個性能進(jìn)行了考核，共鉆孔51個，累計鉆深458m。

通過初期使用發(fā)現(xiàn)，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，各部件功能發(fā)揮正常，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計目標(biāo)。然而，也存在一些待改進(jìn)之處：①整機(jī)結(jié)構(gòu)較大，不適應(yīng)較小工作場合使用；②鉆機(jī)不方便移動，輔助時間較長；③進(jìn)一步優(yōu)化氣動系統(tǒng)，使之操控性更強(qiáng)。如果上述問題改進(jìn)后會取得更好的效果，該設(shè)備將煤礦井下卸壓施工提供一種安全可靠的無人值守的鉆機(jī)。

3 結(jié)論

氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)采用氣動遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，并引入了監(jiān)視系統(tǒng)，設(shè)計理念先進(jìn)。通過現(xiàn)場使用表明，該鉆機(jī)能夠使操作人員遠(yuǎn)程操作鉆孔工作，防止打眼過程中在鉆孔處發(fā)生沖擊地壓事故時的人員傷亡，提高了沖擊地壓鉆孔施工的安全性，為煤礦安全生產(chǎn)提供了保障。