李旭濤，范鐵君，雷曉輝，吳云鵬

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710077；2.黑龍江龍煤雙鴨山礦業(yè)有限責(zé)任公司 東榮三礦，黑龍江 雙鴨山 155100)

切頂卸壓自動(dòng)成巷無煤柱開采技術(shù)又稱為“110”工法[1，2]，即采用恒阻錨索對巷道頂板加強(qiáng)支護(hù)，回采前對巷道正幫側(cè)頂板定向預(yù)裂，待工作面推過后，在礦壓的作用下，頂板沿預(yù)裂切縫自動(dòng)切落形成巷幫，作為下一個(gè)工作面巷道二次使用[3]，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)工作面一條巷道煤柱開采。該技術(shù)的實(shí)施概括為：“拉得住、切得開、下得來、護(hù)得住”。

其中，頂板切得開又是定向預(yù)裂的重要環(huán)節(jié)，因此，定向預(yù)裂孔的施工就要專業(yè)可靠的鉆孔施工設(shè)備保證[4]。中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司(以下簡稱西安研究院)研制的ZDY2-300LM型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)(以下簡稱切縫鉆機(jī))是一款專門用于頂板預(yù)裂鉆孔施工的專用設(shè)備，2019年初，西安研究院與龍煤集團(tuán)雙鴨山礦業(yè)有限公司東榮二礦進(jìn)行合作，進(jìn)行了現(xiàn)場推廣應(yīng)用。

1 巷道地質(zhì)條件

根據(jù)東榮二礦生產(chǎn)實(shí)際需求，切縫鉆機(jī)試驗(yàn)場地布置在南四17層二面下料道，南四17層二面平均走向約583m，傾向長約189m，面積為106106.4m2，開采上線標(biāo)高為-280m，下線標(biāo)高為-380m，17層煤無偽頂，直接頂為1.25m深灰色粉砂巖，17層煤無直接底，下為4m深灰色粉砂巖，具體地質(zhì)情況見表1。

表1 南四17層二面頂板地質(zhì)情況

2 切縫鉆機(jī)

試驗(yàn)設(shè)備采用西安研究院研制的ZDY2-300LM型切縫鉆機(jī)，是一種可進(jìn)行煤礦巷道頂板、邊幫錨桿(索)孔施工的鉆孔設(shè)備，主要用于切頂卸壓自動(dòng)成巷無煤柱開采技術(shù)應(yīng)用。該鉆機(jī)具有定位精確、移動(dòng)靈活、施工快速、結(jié)構(gòu)簡練、安全可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，可大幅降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善作業(yè)環(huán)境，提高作業(yè)效率。

ZDY2-300LM型切縫鉆機(jī)外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由操作臺、工作臂、電磁啟動(dòng)器、液壓油箱、調(diào)角裝置、電機(jī)泵組、履帶車體和散熱裝置組成，切縫鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表2。

圖1 ZDY2-300LM型切縫鉆機(jī)

2.1 調(diào)角裝置

調(diào)角裝置主要由調(diào)節(jié)螺栓、側(cè)推油缸、回轉(zhuǎn)減速器及側(cè)推底板組成，結(jié)構(gòu)如圖2所示。通過調(diào)節(jié)螺栓安裝位置的不同，可實(shí)現(xiàn)等間距雙鉆孔2.4m和2.5m同時(shí)施工?；剞D(zhuǎn)減速器作為工作臂的承載部件，又是工作臂傾角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)垂直于機(jī)身方向-30°～+90°范圍調(diào)節(jié)，滿足預(yù)裂鉆孔角度施工要求[5，6]。通過側(cè)推油缸推動(dòng)側(cè)推底板，實(shí)現(xiàn)工作臂垂直于車體方向，外移350mm，補(bǔ)償鉆機(jī)機(jī)身與巷道側(cè)幫停車距離，解決鉆孔角度偏離問題。

表2 切縫鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

圖2 調(diào)角裝置

2.2 給進(jìn)裝置

給進(jìn)裝置主要由上頂油缸、給進(jìn)桿組件、給進(jìn)油缸、回轉(zhuǎn)器組成。在回轉(zhuǎn)減速器作用下，工作機(jī)構(gòu)可以左右偏轉(zhuǎn)一定角度，滿足預(yù)裂鉆孔角度要求，給進(jìn)裝置通過油缸鏈條組合，實(shí)現(xiàn)倍程倍速，提高鉆孔效率。

2.3 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是切縫鉆機(jī)的動(dòng)力源，由隔爆電動(dòng)機(jī)、液壓油泵、液壓油箱 、冷卻器及換向閥等組成，為保證液壓系統(tǒng)的正常運(yùn)行，在泵站上設(shè)計(jì)有吸油濾油器、回油濾油器、空氣濾清器及液位計(jì)等保護(hù)裝置，液壓油泵具有交叉?zhèn)鞲泻愎β士刂品绞?，能感知壓力的變化，自?dòng)調(diào)節(jié)泵的排量、系統(tǒng)穩(wěn)定，性能可靠。

2.4 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)由一臺YBK2-225M-4(660/1140)型隔爆電動(dòng)機(jī)、QJZ2—80(60)/1140(660)礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動(dòng)器、BZA3-5/36-1J礦用隔爆型急停按鈕及DGE24/36L型礦用隔爆型LED機(jī)車燈等組成。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

3.1 場地條件

切縫鉆機(jī)在東榮二礦南四17層二面下料道進(jìn)行推廣應(yīng)用，該巷道為矩形巷道，部分區(qū)段11°以上的坡度，煤層平均厚度2.86m，該煤層無偽頂，直接頂為1.25m深灰色粉砂巖，老頂為10.4m灰白色粗砂巖，根據(jù)礦方頂板預(yù)裂鉆孔施工要求鉆孔直徑50mm，開孔角度10°，孔間距500mm，孔深9000mm。切縫鉆孔施工方式如圖3所示。

圖3 切縫鉆孔施工示意圖(mm)

3.2 施工工藝

鉆孔施工采用ZDY2-300LM型切縫鉆機(jī)，配套長1000mm的Φ38mm鉆桿及Φ50mm PDC三翼弧角鉆頭，鉆機(jī)液壓系統(tǒng)冷卻、鉆頭冷卻采用井下靜壓水，鉆機(jī)具有雙鉆臂結(jié)構(gòu)，雙鉆臂可同時(shí)施工互不干涉。鉆機(jī)運(yùn)至下料道之后，自行走至施工場地，通過支腿調(diào)整，使得車體平臺處于近水平位置，然后通過鉆架側(cè)移、回轉(zhuǎn)和上頂穩(wěn)固，滿足頂板爆破預(yù)裂鉆孔角度要求[7，8]，具體施工流程如圖4所示。

圖4 鉆機(jī)工作流程示意圖

3.3 試驗(yàn)效果

鉆機(jī)自2019年1月10日開始陸續(xù)鉆孔施工，期間由于水便接頭磨損，導(dǎo)致耽擱2d，其他機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。經(jīng)協(xié)調(diào)整改，于1月13日正式進(jìn)行鉆孔施工，因鉆機(jī)施工效率較高，且只需滿足鉆孔爆破數(shù)量需求即可[9，10]，因此鉆機(jī)只在早班進(jìn)行施工作業(yè)，截至5月中旬，南四17層二面已經(jīng)全部回采完成，共計(jì)施工鉆孔1116個(gè)。

在打鉆施工過程中，以打鉆施工各項(xiàng)工序?yàn)榛A(chǔ)，統(tǒng)計(jì)單根安裝時(shí)間、單根鉆進(jìn)時(shí)間和單根卸鉆時(shí)間，各工序時(shí)間對照見表3。

表3 鉆機(jī)施工鉆孔情況統(tǒng)計(jì)表

而且統(tǒng)計(jì)出，鉆機(jī)移位、支腿穩(wěn)固、鉆架側(cè)移、上頂穩(wěn)固、循環(huán)介質(zhì)、單根安裝、單根鉆進(jìn)和單根卸鉆時(shí)間，具體各工序時(shí)間對照如圖5所示。

圖5 鉆機(jī)施工工序時(shí)間對照

西安研究院生產(chǎn)的ZDY2-300LM型切縫鉆機(jī)與某廠家生產(chǎn)的，在同煤層、同巷道使用的ZLJ1000L型鉆機(jī)，對比分析兩種鉆機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，見表4。

對比分析可以看出，就每班總進(jìn)尺而言，ZDY2-300LM鉆機(jī)較ZLJ1000L型鉆機(jī)提高近73%，且在整機(jī)功率，散熱，加卸鉆桿方面有明顯優(yōu)勢。需要說明的是，ZDY2-300LM型鉆機(jī)是針對“110工法”切縫鉆孔研制的專用鉆機(jī)，而且采用雙鉆臂，可獨(dú)立操作施工，因此施工效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于非專用鉆機(jī)。

表4 鉆機(jī)施工效果對比

4 結(jié) 論

切縫鉆機(jī)在東榮二礦井下工業(yè)性試驗(yàn)約四個(gè)月，共計(jì)施工頂板預(yù)裂鉆孔1100余個(gè)，為后續(xù)“110工法”爆破施工及工作面的安全回采奠定了基礎(chǔ)，具體應(yīng)用情況總結(jié)如下：

1)切縫鉆機(jī)在東北地區(qū)頂板預(yù)裂鉆孔施工作業(yè)尚屬首次，且切縫鉆機(jī)采用雙鉆臂施工，與之前礦方所使用的鉆機(jī)相比，鉆孔施工效率提高73%。

2)切縫鉆機(jī)各項(xiàng)性能均滿足“110工法”切縫鉆孔施工需求，鉆機(jī)移動(dòng)便捷，鉆進(jìn)施工穩(wěn)定性好，施工效率高，鉆臂調(diào)整精準(zhǔn)，鉆孔定位準(zhǔn)確；且鉆機(jī)具有優(yōu)良的鉆孔保直率，為頂板爆破切縫施工提供裝備保障。

3)根據(jù)現(xiàn)場施工特點(diǎn)，總結(jié)了一套適用于切縫鉆機(jī)的頂板預(yù)裂鉆孔施工工藝，滿足爆破裝藥孔精準(zhǔn)施工要求，為類似條件下“110工法”爆破孔施工提供借鑒。