張 帥

（上社二景煤炭有限責(zé)任公司， 山西 陽(yáng)泉 045100）

引言

瓦斯是影響煤礦安全生產(chǎn)的主要威脅源，通常情況下采用通風(fēng)系統(tǒng)和瓦斯抽采等手段降低工作面的瓦斯?jié)舛?，使其符合《煤礦安全規(guī)程》的標(biāo)準(zhǔn)要求?？拥楞@機(jī)作為解決瓦斯突出的設(shè)備之一，鉆孔的質(zhì)量和效果也是保證瓦斯處理效果的關(guān)鍵[1]。為確保采用坑道鉆機(jī)鉆孔的效率和質(zhì)量，可通過(guò)實(shí)現(xiàn)不停機(jī)鉆進(jìn)解決上述問(wèn)題。為此，本文研究一種連續(xù)裝卸桿的裝置的設(shè)計(jì)方案。

1 煤層瓦斯鉆機(jī)概述

煤層瓦斯鉆機(jī)的主要作用是對(duì)煤層表面進(jìn)行鉆孔，基于所鉆的孔對(duì)工作面的瓦斯進(jìn)行抽放、注漿以及勘測(cè)地質(zhì)。本文以坑道鉆機(jī)為研究對(duì)象。

如圖1 所示，坑道鉆機(jī)根據(jù)功能的不同可見其分系統(tǒng)分為各個(gè)不同功能模塊，包括動(dòng)力源模塊、控制模塊、固定模塊和裝卸鉆桿模塊。

動(dòng)力源模塊的主要部件為泵站，為坑道鉆機(jī)的的各項(xiàng)動(dòng)作提供動(dòng)力；控制模塊包括有主控操作臺(tái)和副控操作臺(tái)，主控操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)馬達(dá)的回轉(zhuǎn)、鉆桿的鉆進(jìn)和起拔等操作，副控操作臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆機(jī)的轉(zhuǎn)彎、移動(dòng)等操作；裝卸鉆桿模塊包括有回轉(zhuǎn)裝置、給進(jìn)裝置、輔助定位裝置等。目前，坑道鉆機(jī)的裝卸桿模塊需要人工操作，在實(shí)際工作中工作效率低[2]。本文著重對(duì)裝卸桿模塊進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，使其能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)裝卸桿自動(dòng)化的功能。

2 連續(xù)裝卸桿裝置的設(shè)計(jì)

圖1 坑道鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

目前，應(yīng)用于工作面的坑道鉆機(jī)包括有全液壓坑道鉆機(jī)和履帶式全液壓坑道鉆機(jī)[3]。全液壓坑道鉆機(jī)由于缺乏自主移動(dòng)的裝置，導(dǎo)致其鉆孔效率極低；而履帶式全液壓坑道鉆機(jī)雖然能夠?qū)崿F(xiàn)自主移機(jī)，但是在鉆進(jìn)過(guò)程時(shí)需要接入新的螺旋鉆桿時(shí)，需要鉆機(jī)停機(jī)人工完成，不僅需頻繁啟停鉆機(jī)導(dǎo)致鉆進(jìn)效率受影響，還會(huì)導(dǎo)致鉆桿斷裂、鉆孔質(zhì)量不佳等問(wèn)題。

為此，本文以ZDY6000s 坑道鉆機(jī)為載體，設(shè)計(jì)一款連續(xù)裝卸桿裝置，其關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

表1 ZDY6000s 坑道鉆機(jī)關(guān)鍵參數(shù)

2.1 連續(xù)裝卸桿裝置的設(shè)計(jì)要求

1）連續(xù)裝卸桿裝置作為坑道鉆機(jī)的關(guān)鍵分系統(tǒng)，要求其具備有定向和螺旋鉆進(jìn)的功能。

2）要求連續(xù)裝卸桿裝置還能夠?yàn)榭椎遵R達(dá)鉆進(jìn)提供穩(wěn)定的系統(tǒng)，包括有行進(jìn)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等。

3）基于所設(shè)計(jì)的連續(xù)裝卸桿裝置能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)接續(xù)鉆桿、自動(dòng)拆卸鉆桿。

4）在鉆進(jìn)過(guò)程中能夠根據(jù)實(shí)際工況實(shí)時(shí)對(duì)鉆孔位置和角度進(jìn)行調(diào)整和控制。

2.2 連續(xù)裝卸桿裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

在ZDY6000s 坑道鉆機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其人工接續(xù)鉆機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，得到連續(xù)裝卸桿裝置，見下頁(yè)圖2。

圖2 連續(xù)裝卸桿裝置結(jié)構(gòu)示意圖

如圖2 所示，連續(xù)裝卸桿裝置由前動(dòng)力頭、后動(dòng)力頭、定位裝置、進(jìn)給裝置以及角度調(diào)整裝置等組成。其中，前動(dòng)力頭主要由圖1 中的液壓馬達(dá)、定位裝置、導(dǎo)軌固定裝置等組成；后動(dòng)力頭由卡盤、變量馬達(dá)、角度調(diào)整裝置、液壓缸等組成。

3 連續(xù)裝卸桿裝置工作過(guò)程

目前，針對(duì)鉆機(jī)鉆桿的接續(xù)任務(wù)主要采用靜態(tài)的接續(xù)方式[4]。為了進(jìn)一步提升連續(xù)裝卸桿裝置對(duì)鉆桿的接續(xù)任務(wù)，擬采用動(dòng)態(tài)的接續(xù)方法?；趧?dòng)態(tài)接續(xù)方法，要求連續(xù)裝卸桿裝置各個(gè)零部件均緊密配合，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)需作業(yè)人員介入的全自動(dòng)智能化鉆進(jìn)工作過(guò)程。連續(xù)裝卸桿裝置的工作流程如下：

1）將鉆機(jī)放至綜采工作面的巷道內(nèi)，且確保坑道鉆機(jī)與巷道四周固定，保證鉆機(jī)的平穩(wěn)工作。待鉆機(jī)固定平穩(wěn)后，連續(xù)裝卸桿裝置開始運(yùn)行（第一根鉆桿和鉆頭已在地面安裝完成）。

2）連續(xù)裝卸桿裝置前動(dòng)力頭的鉆桿夾緊后，裝置的后動(dòng)力頭開始工作，在液壓油缸的作用下，將前動(dòng)力頭夾緊的鉆桿深入至后動(dòng)力頭的卡盤[5]。該過(guò)程中對(duì)裝置的定位精度要求很高，確保鉆桿能夠精確深入卡盤內(nèi)。

3）當(dāng)后動(dòng)力頭完全夾緊鉆桿后，將裝置的機(jī)械手松開鉆開，為下一階段鉆桿的接續(xù)任務(wù)做準(zhǔn)備。此時(shí)，將裝置中的定位塊向外移動(dòng)一定的距離，為鉆桿的鉆進(jìn)定位。

4）待新的鉆桿連接完成后，將定位塊向后移動(dòng)。此舉主要是為裝置后動(dòng)力頭向前移動(dòng)提供一定的空間，與此同時(shí)后動(dòng)力頭保持著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力頭的旋轉(zhuǎn)主要確保鉆孔過(guò)程中的煤渣能夠順利排出。基于2）—4）的反復(fù)動(dòng)作，不斷實(shí)現(xiàn)鉆桿的動(dòng)態(tài)連接，直至鉆孔任務(wù)完成。

5）待工作面鉆孔任務(wù)完成后，連續(xù)裝卸裝置開始對(duì)鉆桿進(jìn)行拆卸：前動(dòng)力頭卡盤松開鉆具，此時(shí)后動(dòng)力的卡盤依然夾緊著鉆桿，在進(jìn)給裝置的作用下后動(dòng)力頭向后移動(dòng)。待后動(dòng)力頭達(dá)到預(yù)定位置后，前一根鉆桿的尾部已經(jīng)伸出前動(dòng)力頭一段距離。

6）待后動(dòng)力頭達(dá)到制定位置后，將前動(dòng)力頭的卡盤夾緊鉆具。與此同時(shí)，控制后動(dòng)力頭反向旋轉(zhuǎn)從而使得鉆桿從鉆具中分離出來(lái)。然后，機(jī)械手移動(dòng)至預(yù)定位置，并將鉆桿夾緊。

7）機(jī)械手夾緊鉆具后，后動(dòng)力頭的卡盤松開鉆桿，并在液壓系統(tǒng)的作用下后動(dòng)力頭向后移動(dòng)使其與鉆桿分離。分離后的鉆桿通過(guò)機(jī)械手放至鉆桿庫(kù)中?；?）—7）的反復(fù)動(dòng)作，不斷實(shí)現(xiàn)鉆桿的拆卸，直至鉆桿全部拆除。

4 結(jié)論

實(shí)踐應(yīng)用表明，該連續(xù)裝卸桿裝置大大提升了鉆桿的接續(xù)和拆卸效率，改善了工作面瓦斯治理的效果，保證了工作面的安全性。