張曉華

[摘 ? ?要]文章結(jié)合礦山生產(chǎn)的基本情況，對(duì)礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備研制進(jìn)行分析，主要對(duì)礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備進(jìn)行研究，包括總體方案設(shè)計(jì)、救援提升車(chē)的設(shè)計(jì)以及救生艙的相應(yīng)設(shè)計(jì)，從而滿(mǎn)足礦山救援的基本需求，全面提升礦山救援的能力，降低安全隱患，確保礦山的安全生產(chǎn)，避免各類(lèi)事故帶來(lái)嚴(yán)重的人員傷亡事件。

[關(guān)鍵詞]礦山地面;大直徑;鉆孔;救援;提升;裝備研制

[中圖分類(lèi)號(hào)]TD774 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2022）03–00–03

Development and Analysis of Rescue and Lifting Equipment

for Large-Diameter Boreholes in Mine Ground

Zhang Xiao-hua

[Abstract]Based on the basic situation of mine production， the article analyzes the development of rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， mainly studies the rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， including the overall scheme design， including the corresponding design of the rescue lifting vehicle ， including the corresponding design of the rescue cabin， so as to meet the basic needs of mine rescue， comprehensively improve the ability of mine rescue， reduce potential safety hazards， ensure the safe production level of the mine， and avoid serious casualties caused by various accidents.

[Keywords]mine ground; large diameter; drilling; rescue; lifting; equipment development

1 礦山事故鉆孔救援技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 緊急避難場(chǎng)所選址

礦山生產(chǎn)中容易受到諸多因素的影響，進(jìn)而造成火突、突水、冒頂和塌陷等災(zāi)害，同時(shí)這類(lèi)災(zāi)害也是深井開(kāi)采中常見(jiàn)的問(wèn)題。而且，這些事故的危害相對(duì)較大，給礦山帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。所以，為了滿(mǎn)足礦山安全生產(chǎn)要求，需要對(duì)緊急避難場(chǎng)所進(jìn)行選擇，選擇適宜的緊急避難場(chǎng)所，確保該場(chǎng)所具有較高的安全系數(shù)，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，如果有工作人員無(wú)法及時(shí)撤回到地面，就可以在緊急避難場(chǎng)所進(jìn)行避難，從而保證相應(yīng)人員的生命安全[1]。

1.2 鉆孔救援技術(shù)

為了滿(mǎn)足深部開(kāi)采礦井的救援，需要合理地對(duì)鉆孔救援技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，要求鉆孔具有足夠的深度和足夠的寬度，能夠承受救生艙的運(yùn)送需求。結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)礦山地面大直徑鉆孔成孔技術(shù)進(jìn)行研究，這部分需要實(shí)現(xiàn)地面鉆孔與巷道聯(lián)通，從而保證救援工作能夠順利進(jìn)行。鉆孔直接聯(lián)通巷道的形式，具體的連接形式如圖1所示。

通過(guò)上述聯(lián)通的方法，能夠?qū)崿F(xiàn)巷道和大直徑鉆孔的有效連接，如此一來(lái)，就能滿(mǎn)足救援的相關(guān)要求，確保被困人員的救援效果。另外，還有成孔后井下掘硐室與鉆孔聯(lián)通的方式，這種方式在上述圖1中有所展示。

除此之外，無(wú)論選擇何種方式將鉆孔與巷道聯(lián)通，地面大直徑鉆孔的的成孔都包括導(dǎo)向孔精確定向鉆進(jìn)，擴(kuò)孔鉆進(jìn)、下套管、固井等?，F(xiàn)實(shí)中，也有無(wú)需鉆進(jìn)導(dǎo)向孔，直接使用大孔徑鉆頭一次性鉆進(jìn)成功的案例。但是，這種方法在實(shí)際應(yīng)用中因?yàn)闊o(wú)法定向，所以只能依靠較淺孔深來(lái)保證鉆進(jìn)的精度，所以，在國(guó)內(nèi)開(kāi)采相對(duì)較深的情況下基本是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。

由大直徑鉆孔的成孔和工序可以確保在精確中靶子的基礎(chǔ)上，大直徑鉆孔孔徑和套管尺寸相對(duì)較大，這樣所帶來(lái)的鉆進(jìn)碎巖的面積也就相對(duì)較大，所以擴(kuò)孔鉆進(jìn)的效率就相對(duì)較低，而且鉆具也要承受相對(duì)較大的荷載，甚至容易造成一系列的問(wèn)題[2]。

1.3 救援提升倉(cāng)

礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置是1種用于礦山井下救援的設(shè)備，當(dāng)?shù)V山出現(xiàn)巷道坍塌問(wèn)題，甚至次生災(zāi)害頻繁的情況時(shí)，從巷道進(jìn)行救援的困難就比較大。同時(shí)，被困井下的工作人員，也沒(méi)有足夠的物資等待救援，所以就要求1種快速的救援方式，而這種救援方式就是礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置。通過(guò)該裝置的合理運(yùn)用，能夠?qū)崿F(xiàn)快速救援，降低安全事故帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，提高礦山生產(chǎn)的安全系數(shù)，確保開(kāi)采的安全，避免給工作人員帶來(lái)傷亡。

救援提升是實(shí)現(xiàn)快速救援的輔助手段，通過(guò)提升裝置的利用，使得被困人員使用提升艙，從而將被困人員運(yùn)送出礦井，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)救援的目的。智利曾研究SYLRC-550M型升降救生艙，主要包括斷索保護(hù)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鋼索的保護(hù)，在鋼索出現(xiàn)斷裂的瞬間就能做到防墜落，從而保證提升艙的安全系數(shù)，避免二次傷害的發(fā)生。

2 鉆孔救援提升裝備研制

2.1 功能和技術(shù)要求

礦山救援是1件相對(duì)復(fù)雜的事情，因?yàn)榈V山容易受到諸多因素的影響，造成礦山出現(xiàn)各類(lèi)問(wèn)題，所以需要鉆孔救援提升裝置的功能和技術(shù)符合相應(yīng)要求，如此一來(lái)，才能滿(mǎn)足我國(guó)深部開(kāi)采礦井的基本需求，并且保證救援人員能夠在事后10 h內(nèi)達(dá)到事故現(xiàn)場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被困人員的快速營(yíng)救。結(jié)合既往成功經(jīng)驗(yàn)，明確了鉆孔救援提升裝備應(yīng)具備的相應(yīng)要求。結(jié)合我國(guó)礦井的基本情況可以發(fā)現(xiàn)，我國(guó)礦井的埋深相對(duì)較深，再?gòu)牡V井埋深、地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)等因素考慮，可以發(fā)現(xiàn)現(xiàn)階段我國(guó)的救援深度一般集中在1000 m以?xún)?nèi)。所以，通過(guò)相應(yīng)的計(jì)算，可以得到救援起重能力要滿(mǎn)足5/12 t，提升下放速度要在0～2.219 m/s，最大行駛速度需要在90 km/h左右。另外，救生艙尺寸應(yīng)為550 mm×4000 mm，同時(shí)，要求深井提升設(shè)備的主臂長(zhǎng)度≥10 m，工作深度能滿(mǎn)足1000 m，并且額定總起重重量大于5 t。如此一來(lái)就能滿(mǎn)足礦井救援的基本需求，待鉆孔達(dá)到巷道后，再下放救生艙，從而降低鉆進(jìn)給救生艙帶來(lái)的影響，保證礦井的安全系數(shù)，降低安全隱患，確保救援效果[3]。

2.2 功能模塊設(shè)計(jì)和研制

2.2.1 總體方案設(shè)計(jì)

為了滿(mǎn)足實(shí)際需求，需要對(duì)礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置的總體方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且保證整體方案能夠符合實(shí)際需求，進(jìn)而降低安全隱患，控制礦山安全事故帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。為了實(shí)現(xiàn)救援抬升，首先要研制1套具有提升功能的設(shè)備。同時(shí)，還要求在提升過(guò)程中，環(huán)境不會(huì)給相應(yīng)的人員帶來(lái)安全風(fēng)險(xiǎn)。并且在提升過(guò)程中，被解救的人員能夠通過(guò)通信系統(tǒng)和地面進(jìn)行交流，在交流的過(guò)程中與被救人員進(jìn)行溝通，通過(guò)合理的心理疏導(dǎo)緩解他們的緊張情緒，使得他們能夠配合救援，從而提高救援的成功率。所以，結(jié)合實(shí)際情況，可以得到圖2所示的總體方案設(shè)計(jì)圖。

結(jié)合上述設(shè)計(jì)圖可以發(fā)現(xiàn)，該設(shè)計(jì)中包含提升裝置、救援卷?yè)P(yáng)的救生艙、通信系統(tǒng)等。同時(shí)，上述設(shè)計(jì)所采用的設(shè)備原型為ZMK5200QJY40型救援提升車(chē)。該車(chē)的合理運(yùn)用，配合大直徑鉆孔能夠順利實(shí)現(xiàn)對(duì)井下被困人員的解救，從而保證相應(yīng)人員的安全，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 救援提升車(chē)

2.2.2.1 底盤(pán)設(shè)計(jì)

因?yàn)榫仍嵘?chē)需要提升救生艙，同時(shí)救生艙具備一定的重力，所以要求提升車(chē)底盤(pán)要相對(duì)穩(wěn)定，如果底盤(pán)不穩(wěn)定，就會(huì)導(dǎo)致提升車(chē)在提升的過(guò)程中出現(xiàn)翻車(chē)的風(fēng)險(xiǎn)，這樣不僅會(huì)影響提升車(chē)的安全操作，還會(huì)給井下被困人員帶來(lái)二次傷害，所以要求底盤(pán)必須滿(mǎn)足實(shí)際需求。實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以采用6×4后軸驅(qū)動(dòng)的方式，將接近角和離去角分別設(shè)置為20°和10°，從而滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需求。而發(fā)動(dòng)機(jī)需要承擔(dān)救生艙的提升動(dòng)力，所以要求發(fā)動(dòng)機(jī)具備相應(yīng)的動(dòng)力富余，且需要具備較強(qiáng)的爬坡能力，同時(shí)底盤(pán)自帶隨車(chē)起重機(jī)吊臂，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)12 t重的卷?yè)P(yáng)安裝，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)卷?yè)P(yáng)的有效操作，確保汽車(chē)的穩(wěn)定與安全。另外，汽車(chē)還要配備相應(yīng)的鋼絲繩，這些鋼絲繩要能夠承載5 t的拉力，從而滿(mǎn)足救生艙的提升工作，降低被困人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2.2 大容繩量卷?yè)P(yáng)

這部分主要是救援卷?yè)P(yáng)，要求長(zhǎng)度能夠滿(mǎn)足1000 m的救援需求，所以要選擇大繩量的卷?yè)P(yáng)。同時(shí)，套絞車(chē)系統(tǒng)可以選擇液壓卷?yè)P(yáng)作為減速機(jī)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，在卷?yè)P(yáng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)安裝。同時(shí)，安裝過(guò)程中，由于該項(xiàng)技術(shù)所占的空間較小，卷筒為了滿(mǎn)足需求，需要實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。并且需要卷?yè)P(yáng)能有效防止亂繩和跳繩的狀況，大幅度延長(zhǎng)救援鋼絲繩的壽命，避免救援出現(xiàn)二次事故，確保救援的效果。

同時(shí)，卷?yè)P(yáng)運(yùn)行期間，卷筒和救援鋼絲繩都是運(yùn)動(dòng)部件，卷?yè)P(yáng)通往地面數(shù)據(jù)交換器導(dǎo)線屬于靜止構(gòu)件。所以為了保證通信的質(zhì)量，需要將救援鋼絲繩4根通信線纜預(yù)裝在卷筒旋轉(zhuǎn)軸心中，并且，要選擇防爆滑環(huán)連接鋼絲繩運(yùn)動(dòng)端和導(dǎo)線靜止端口。除此之外，為了滿(mǎn)足卷?yè)P(yáng)的安全控制，需要選擇常開(kāi)式工作鉗和常閉式安全鉗兩級(jí)保險(xiǎn)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而避免制動(dòng)失效的問(wèn)題發(fā)生，提高卷?yè)P(yáng)的運(yùn)行安全系數(shù)，降低安全隱患。

常閉式安全鉗和常開(kāi)式工作鉗在實(shí)際的工作中，工作原理如圖3所示。為了滿(mǎn)足實(shí)際工作需求，工作鉗和安全鉗都需要處于正常的工作狀態(tài)下，從而能夠避免安全隱患和質(zhì)量隱患，確保救援效果。

2.3 救生艙設(shè)計(jì)

實(shí)際的救生艙設(shè)計(jì)中，需要注意的是救生艙的外形設(shè)計(jì)。①救生艙要設(shè)計(jì)成為圓筒形結(jié)構(gòu)，且保證上艙段和下艙段都采用錐形導(dǎo)向結(jié)構(gòu)。②還要對(duì)緩沖滾輪進(jìn)行設(shè)計(jì)，如此一來(lái)，可以提升救生艙的安全系數(shù)，降低救生艙使用過(guò)程中與救援井內(nèi)壁的刮擦，進(jìn)而保證救援過(guò)程能夠順利進(jìn)行，降低安全隱患。同時(shí)，還能避免反作用力的影響，從而減輕沖擊對(duì)救援艙內(nèi)人員的影響。③救援艙在設(shè)計(jì)中，還需要設(shè)置底部脫開(kāi)裝置，且要以雙保險(xiǎn)銷(xiāo)結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，從而保證避免被救援的人員因?yàn)檎`踩導(dǎo)致上艙段與下艙段出現(xiàn)分離的情況。這種保險(xiǎn)能提升救生艙的安全系數(shù)，降低安全隱患。當(dāng)雙保險(xiǎn)銷(xiāo)拔開(kāi)后，系好安全帶，救援人員腳踩他們，下艙段與上艙段開(kāi)始分離，沿著井筒下墜到井底，直至到達(dá)目標(biāo)區(qū)域，之后再將被救援人員安排到合適的位置，再抬升救生艙，從而滿(mǎn)足實(shí)際救援的基本需求。④救生艙內(nèi)需要配備攝像頭、通信耳機(jī)、氣體測(cè)量裝置等設(shè)備，從而滿(mǎn)足救援的基本需求，提升救援的效率[4]。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備的基本情況，研究該裝置的具體設(shè)計(jì)，包括前期的系統(tǒng)研究，之后再對(duì)系統(tǒng)的功能組件進(jìn)行分析，最后實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的有效控制，確保系統(tǒng)具有較好的功能，能夠滿(mǎn)足救援的基本需求，并且積極提升救援效率，降低礦山安全隱患的影響。

參考文獻(xiàn)

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