瓦斯抽采深孔履帶鉆機(jī)的研制與應(yīng)用

馮 強(qiáng)

（1.太原理工大學(xué) 礦業(yè)工程學(xué)院，太原 030024；2.晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河礦,山西 晉城 048000）

1 研制概況

寺河煤礦是大型礦井，瓦斯賦存和涌出量大，地質(zhì)條件復(fù)雜，目前主采3號煤層，平均厚度6.5 m，掘進(jìn)工作面巷道為矩形，一般寬5 m、高3.8 m。瓦斯抽采主要采用定向鉆機(jī)，見圖1，鉆機(jī)采用孔底馬達(dá)鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)鉆孔定向化和“人機(jī)對話”的目的。

圖1 寺河煤礦瓦斯采用的定向鉆機(jī)

寺河煤礦掘進(jìn)工作面局部抽采及消突鉆孔主要采用西安院及重慶院生產(chǎn)的鉆機(jī)，最初該鉆機(jī)為解體式，主要由主機(jī)、泵站、操作臺三部件組成，見圖2，井下搬運(yùn)很不方便、工人勞動強(qiáng)度大；該鉆機(jī)開孔高度0.5～2 m，很難在掘進(jìn)工作面斷面上實(shí)現(xiàn)均勻布置鉆機(jī)，抽采效果不很好。

圖2 西安院及重慶院生產(chǎn)的鉆機(jī)

寺河礦經(jīng)過改造之后，給鉆機(jī)裝備了履帶，將主機(jī)、泵站、操作臺、泥漿泵全都放置于履帶平臺上，見圖3，實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)行走，節(jié)約了搬家時(shí)間、減少了工人勞動強(qiáng)度；但是由于主機(jī)在履帶平臺上的位置固定，造成鉆孔的局限性大，掘進(jìn)工作面迎頭鉆孔時(shí)，鉆孔呈“倒錐形”，經(jīng)常造成工作面迎頭出現(xiàn)“傘檐”，施工作業(yè)不安全；再者，鉆機(jī)開孔高度、鉆孔角度的調(diào)整，仍用調(diào)整四根立柱的螺絲、費(fèi)時(shí)費(fèi)力，鉆機(jī)開孔高度局限在1.5～2.3 m的高度，對工作面1 m以下的軟煤、破碎煤無法鉆孔，不能很好地解決掘進(jìn)工作面迎頭的瓦斯問題，此鉆機(jī)只適于綜采工作面順層鉆孔的施工。

圖3 初步改造后的履帶式鉆機(jī)

2012年，寺河礦與晉城天巨重工合作，采用鏟車結(jié)構(gòu)原理，開發(fā)研制瓦斯抽采深孔履帶鉆機(jī)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面迎頭均勻布孔的目標(biāo)，開孔高度0.8～3.5 m高度，大大減小了工人勞動強(qiáng)度、操作方便，效果很好，見圖4。

圖4 合作研制的瓦斯抽采深孔履帶鉆機(jī)

2 瓦斯抽采深孔履帶鉆機(jī)的創(chuàng)新亮點(diǎn)

1）鏟車的升降機(jī)構(gòu)用于鉆機(jī)上。利用鏟車能升降的優(yōu)勢實(shí)現(xiàn)了鉆機(jī)的升降功能，并解決了升降的穩(wěn)定性及安全性問題。使鉆機(jī)最低可開孔0.8 m，見圖5。該鉆機(jī)最高開孔高度3.5 m，見圖6。

圖5 鉆機(jī)的最低開孔高度簡圖

圖6 鉆機(jī)的最高開孔高度簡圖

2）進(jìn)口擺動油缸新技術(shù)用于鉆機(jī)的方位角度調(diào)整，簡化了機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、增加了鉆機(jī)的靈活性。通過鏟車油缸調(diào)整鉆孔傾角，通過擺動油缸調(diào)整鉆孔方位，見圖7。

圖7 鉆機(jī)的鉆孔傾角及方位的調(diào)整簡圖

3）鉆機(jī)整機(jī)的液壓系統(tǒng)采用進(jìn)口負(fù)載敏感+比例控制閥，全液壓傳動、無級調(diào)速，可滿足不同的鉆進(jìn)工藝，而且系統(tǒng)具有能耗低、操作快捷準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定可靠、發(fā)熱低等優(yōu)點(diǎn)。

4）該鉆機(jī)結(jié)合現(xiàn)有的履帶式鉆機(jī)移動方便的特點(diǎn)，解決了井下鉆機(jī)搬遷難的問題，大大降低了操作者的勞動強(qiáng)度；不需進(jìn)行太多的拆卸安裝，減少了工作面的準(zhǔn)備時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。

5）鉆機(jī)配套的泥漿泵采用液壓馬達(dá)直接驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了泥漿泵的體積小巧、控制簡便，泥漿泵整體安裝于鉆機(jī)平臺上，便于施工作業(yè)的高效快捷。

3 試制結(jié)果

1）2012 年，新鉆機(jī)在寺河煤礦東四盤區(qū)43043工作面迎頭試驗(yàn)，現(xiàn)場總施工鉆孔214個(gè)，總進(jìn)尺25 625.5 m。鉆孔成孔孔深≥110 m的鉆孔成孔率達(dá)80%；成孔孔深≥150 m的鉆孔成孔率達(dá)53%。濃度為40%以上的鉆孔比例為73%。鉆機(jī)每班的平均施工進(jìn)尺為124.5 m（其它鉆機(jī)平均每班施工進(jìn)尺為76.5 m），試驗(yàn)效果良好。

2）由于鉆機(jī)具有很高的巷道覆蓋率，開孔高度在0.8～3.5 m之間自由控制，實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)工作面迎頭鉆孔的均勻布置，減少了鉆孔之間串孔現(xiàn)象，大大提高了瓦斯抽采效果。通過擺動油缸調(diào)整主機(jī)，在鉆車不動機(jī)體的情況下可實(shí)現(xiàn)巷道兩側(cè)幫孔的施工。大大增加了鉆機(jī)的適用性。2013年我礦大力推廣該鉆機(jī)，目前井下每班采用鉆機(jī)達(dá)10臺，運(yùn)行效果良好。

3）經(jīng)濟(jì)及社會效益分析：施工安全方面，鉆機(jī)采用自動上下鉆桿裝置，工人接換鉆桿時(shí)無需頻繁地上下機(jī)組、就可方便實(shí)現(xiàn)，大大的縮短了打鉆時(shí)的輔助時(shí)間，提高了作業(yè)效率，降低了勞動強(qiáng)度，提高了作業(yè)安全。采用液壓控制的泥漿泵，作業(yè)時(shí)工人只需扳動操作手柄就可輕松控制泥漿泵開停，方便了操作工作。鉆機(jī)升降機(jī)構(gòu)使鉆機(jī)現(xiàn)場作業(yè)具有很強(qiáng)的覆蓋性，巷道工作面迎頭和兩幫可實(shí)現(xiàn)完全覆蓋，有力保證了現(xiàn)場鉆孔的成孔效率。使用效益方面，大大降低了密集區(qū)域鉆孔施工時(shí)的“串孔、堵孔”現(xiàn)象，降低了鉆孔一輪又一輪補(bǔ)孔，從而減少了人工投入，節(jié)約了抽放成本、提高抽放效果；鉆孔成孔率、抽采的瓦斯?jié)舛纫裁黠@提高，縮短了抽放時(shí)間，保證了短期內(nèi)巷道順利掘進(jìn)，有效緩解了寺河煤礦采掘銜接緊張的局面，產(chǎn)生的直接經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。此鉆機(jī)有很高的推廣性。