張 強(qiáng)

（陽(yáng)泉煤業(yè)集團(tuán)翼城堡子煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

探放水鉆機(jī)作為煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的核心設(shè)備其工作時(shí)的效率和穩(wěn)定性直接決定了探放水作業(yè)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，但目前所應(yīng)用的鉆機(jī)多是常規(guī)的分體式鉆機(jī)，該類(lèi)鉆機(jī)主要是用于進(jìn)行瓦斯抽放作業(yè)時(shí)的鉆孔需求，質(zhì)量大、鉆進(jìn)速度慢、移動(dòng)困難，單次只能鉆一個(gè)孔，因此嚴(yán)重制約了井下探放水作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性，限制了井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率的進(jìn)一步提升。因此，本文提出了一種新型的探放水鉆機(jī)，不僅降低了井下探放水鉆孔時(shí)的勞動(dòng)效率而且有效地提升了鉆進(jìn)速度，確保了鉆孔作業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)性，對(duì)提升井下綜采作業(yè)安全和作業(yè)效率具有十分重要的意義。

1 探放水鉆機(jī)整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下探放水作業(yè)的實(shí)際需求，既要保證探放水作業(yè)時(shí)鉆孔的便捷性，又要保證鉆孔作業(yè)時(shí)的效率和穩(wěn)定性，因此本文提出了將作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鉆車(chē)和作為動(dòng)力源的泵車(chē)相互分離的方案，即確保了系統(tǒng)的完整性，又確保了在井下狹窄空間內(nèi)移動(dòng)的便捷性，井下鉆車(chē)的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 井下探放水鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該鉆機(jī)主要包括了旋轉(zhuǎn)裝置、夾持器、回轉(zhuǎn)裝置、主進(jìn)裝置等。該鉆機(jī)的主體部分為回轉(zhuǎn)器，該回轉(zhuǎn)器包括液壓馬達(dá)、變速器及卡盤(pán)等，為了確保工作時(shí)的靈活性和可靠性，該液壓卡盤(pán)采用了執(zhí)行液壓缸夾緊、彈簧機(jī)構(gòu)復(fù)位的結(jié)構(gòu)，能夠靈活的選擇不同形式的卡盤(pán)結(jié)構(gòu)，從而滿足不同工況下的探放水鉆進(jìn)作業(yè)需求[2]。在變速器內(nèi)采用了直通式的主軸裝配結(jié)構(gòu)，該裝配結(jié)構(gòu)能夠靈活的拆卸主軸，便于進(jìn)行更換和調(diào)整。為了確保鉆進(jìn)作業(yè)的鉆進(jìn)穩(wěn)定性和鉆進(jìn)效率，采用了變量柱塞泵變量馬達(dá)，能夠自動(dòng)和手動(dòng)對(duì)馬達(dá)排量進(jìn)行調(diào)整，滿足各類(lèi)工況無(wú)級(jí)變速的工作要求。

2 探放水泵車(chē)整體結(jié)構(gòu)

該泵車(chē)主要包括液壓泵、冷卻裝置、電機(jī)泵、操作臺(tái)、油箱、啟動(dòng)器、履帶車(chē)體等，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

圖2 探放水泵車(chē)結(jié)構(gòu)示意圖

該泵車(chē)的電機(jī)泵主要包括本質(zhì)安全型防爆電機(jī)和一個(gè)串聯(lián)的泵體構(gòu)成，該串聯(lián)泵下側(cè)設(shè)置一個(gè)泵座，通過(guò)該結(jié)構(gòu)和防爆電機(jī)相連接，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下串聯(lián)泵從油箱內(nèi)吸出高壓油液，并通過(guò)控制裝置和管路系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌膱?zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)，進(jìn)而控制鉆進(jìn)的運(yùn)行。行走機(jī)構(gòu)設(shè)置在泵車(chē)的后側(cè)，能夠便于井下轉(zhuǎn)移位置時(shí)，作業(yè)人員的操作，控制系統(tǒng)通過(guò)電磁啟動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)泵車(chē)運(yùn)行情況的控制，滿足在煤礦井下不同地質(zhì)條件下的移動(dòng)靈活性的需求。

該泵車(chē)行走機(jī)構(gòu)采用了履帶車(chē)體結(jié)構(gòu)[4]，整個(gè)行走部分還包括了減速器、車(chē)體部分，履帶機(jī)構(gòu)采用了低摩擦滑動(dòng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)采用了高可靠性的液壓馬達(dá)，能夠適應(yīng)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，泵車(chē)的車(chē)體采用了高強(qiáng)度合金板焊接而成，能夠確保在落石沖擊下工作的穩(wěn)定性和可靠性。

該探放水鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)采用了四泵串聯(lián)的控制模式，包括行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、鉆機(jī)系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，鉆機(jī)鉆進(jìn)具有沖擊力小、鉆機(jī)力矩大，破石效果好的優(yōu)點(diǎn)。

3 探放水鉆機(jī)的工業(yè)應(yīng)用

為了對(duì)該探放水鉆機(jī)的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，將該探放水鉆機(jī)在煤礦井下進(jìn)行實(shí)際探放水作業(yè)，在驗(yàn)證過(guò)程中共完成了8次探放水鉆孔的鉆進(jìn)，鉆孔的最大深度超過(guò)210 m，在鉆進(jìn)過(guò)程中當(dāng)采用靜壓水當(dāng)作鉆進(jìn)沖洗液時(shí)，鉆機(jī)能夠在1.9 h內(nèi)完成深度為150 m的鉆孔。當(dāng)鉆機(jī)啟動(dòng)雙注漿同時(shí)鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)，能夠在1.5 h內(nèi)完成全部2個(gè)深度為150 m的鉆進(jìn)作業(yè)，通常情況下采用人工鉆孔，完成2個(gè)深度為150 m的鉆孔至少需要6 h，因此采用新型探放水鉆機(jī)后其鉆進(jìn)效率提升了4倍以上，極大地提升了煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的速度。

在鉆進(jìn)過(guò)程中，針對(duì)轉(zhuǎn)軸I和轉(zhuǎn)軸II在高速鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)的負(fù)載特性進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)探放水鉆機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，其轉(zhuǎn)軸I和轉(zhuǎn)軸II的運(yùn)行轉(zhuǎn)速均大于290 r/min，對(duì)應(yīng)扭矩大于335 N·m，滿足在運(yùn)行情況下的掘進(jìn)作業(yè)需求，而且經(jīng)過(guò)對(duì)鉆機(jī)在空載運(yùn)行狀態(tài)下鉆機(jī)的鉆進(jìn)穩(wěn)定性分析，該探放水鉆機(jī)，在運(yùn)行時(shí)扭力輸出穩(wěn)定性高，扭力穩(wěn)定值比傳統(tǒng)鉆機(jī)提升了35%以上。

4 結(jié)論

1）該探放水鉆機(jī)將作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的鉆車(chē)和動(dòng)力源的泵車(chē)，相互分離，既確保了系統(tǒng)的完整性，又確保了在井下狹窄空間內(nèi)移動(dòng)的便捷性；

2）該探放水鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)采用了四泵串聯(lián)的控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，鉆機(jī)鉆進(jìn)具有沖擊力小、鉆機(jī)力矩大，破石效果好的優(yōu)點(diǎn)。

3）新型探放水鉆機(jī)鉆進(jìn)效率比人工作業(yè)提升了4倍以上，提升了煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的速度，且運(yùn)行時(shí)扭力輸出穩(wěn)定性高，扭力穩(wěn)定值比傳統(tǒng)鉆機(jī)提升了35%以上。

圖3 回轉(zhuǎn)器運(yùn)行特性示意圖