殷志祥

（山西焦煤山煤國(guó)際韓家洼煤業(yè)有限公司，山西 大同 037100）

0 引言

目前煤礦井下探水鉆孔施工采用的鉆機(jī)主要有三類(lèi)，分別為氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)、分體鉆機(jī)以及ZLJ 系列坑道鉆機(jī)。三種鉆機(jī)在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在很多問(wèn)題，其中氣動(dòng)架柱式鉆機(jī)主要采用壓縮空氣為動(dòng)力，體積小且易于搬遷，但是在鉆孔施工時(shí)動(dòng)力小、安全系數(shù)低；分體鉆機(jī)主要采用液壓油作為介質(zhì)并利用液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，傳統(tǒng)分體鉆機(jī)主要由主機(jī)、泵站、操作臺(tái)等部分組成，鉆機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊、鉆孔動(dòng)力足、故障率低，但是鉆機(jī)重量大、不易搬遷、勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大；而ZLJ系列坑道鉆機(jī)主要采用機(jī)械傳動(dòng)，體積小、靈活、可靠，但是體積大，在安裝時(shí)需對(duì)底板進(jìn)行硬化處理，工序煩瑣，不易搬遷，鉆孔施工效率低[1-3]。

為了滿(mǎn)足井下鉆孔高效、快速施工，采用了一套ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機(jī)，從而保證采掘工作面探水鉆孔多方位、多角度施工。該鉆機(jī)機(jī)身小、移動(dòng)方便、安裝速度快，可同時(shí)對(duì)多個(gè)鉆孔施工，能夠有效提高探水鉆孔施工效率[4-6]。

1 ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1 鉆機(jī)參數(shù)

ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機(jī)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)（鉆車(chē)）和動(dòng)力機(jī)構(gòu)（泵車(chē)）兩部分組成，且兩者之間采用液壓管連接。鉆機(jī)具體技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

1.2 鉆車(chē)結(jié)構(gòu)

ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機(jī)主要由主機(jī)、操作臺(tái)、姿態(tài)調(diào)整操作臺(tái)、輔助操作臺(tái)、鉆車(chē)行走操縱臺(tái)、鉆車(chē)履帶車(chē)體及固定裝置等部分組成，其中主機(jī)、操作臺(tái)、姿態(tài)調(diào)整操作臺(tái)各分為左、右控制。

鉆車(chē)履帶車(chē)體兩側(cè)分別安裝左、右主機(jī)，主機(jī)主要由夾持器、回轉(zhuǎn)裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、下滑動(dòng)平臺(tái)以及給進(jìn)裝置等部分組成，旋轉(zhuǎn)裝置采用左右對(duì)稱(chēng)布置方式。下滑動(dòng)平臺(tái)主要用于左、右主機(jī)主軸間距調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在1.2～1.9 m 范圍內(nèi)；旋轉(zhuǎn)軸主要由于主軸方位角調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在-90°～+90°范圍內(nèi)；變幅機(jī)構(gòu)主要用于主軸仰俯角調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍在-90°～+60°范圍內(nèi)，從而保證主軸可以大范圍調(diào)節(jié)。

回轉(zhuǎn)器主要采用中心通孔式結(jié)構(gòu)，利用不同卡瓦可對(duì)不同直徑鉆桿進(jìn)行夾持，保證滿(mǎn)足不同鉆孔直徑施工需求。

鉆車(chē)履帶車(chē)體主要由履帶底盤(pán)和車(chē)體平臺(tái)兩部分組成，在底盤(pán)與平臺(tái)之間安裝一個(gè)液壓旋轉(zhuǎn)支撐，當(dāng)鉆車(chē)到達(dá)指定位置后，通過(guò)液壓旋轉(zhuǎn)支撐確保平臺(tái)與底盤(pán)能夠相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。

1.3 泵車(chē)結(jié)構(gòu)

泵車(chē)主要由開(kāi)關(guān)、泵車(chē)履帶、油箱、冷卻裝置、液壓水泵、行走操作臺(tái)、遠(yuǎn)程急停開(kāi)關(guān)、電機(jī)泵組等部分組成。

電機(jī)泵組主要由三相異步電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、液壓泵、泵底座等部分組成，其中電機(jī)功率為75 kW；液壓泵采用Ⅰ泵、Ⅱ泵、Ⅲ泵、Ⅳ泵串聯(lián)而成，其中Ⅰ泵調(diào)校壓力為10 MPa，設(shè)定流量為100 L/min，主要對(duì)液壓水泵進(jìn)行控制，確保鉆孔施工過(guò)程中具有足夠壓力的沖洗液。Ⅱ泵和Ⅲ泵調(diào)校壓力為25 MPa，主要控制閥組，從而對(duì)泵車(chē)行走、鉆機(jī)姿態(tài)調(diào)整、回轉(zhuǎn)器運(yùn)轉(zhuǎn)以及給進(jìn)、起拔等動(dòng)作，同時(shí)對(duì)油缸穩(wěn)固和液壓旋轉(zhuǎn)支撐進(jìn)行控制。Ⅳ泵調(diào)校的壓力為10 MPa，主要用于對(duì)工作臂夾持器和卡盤(pán)進(jìn)行控制，以及控制減壓閥開(kāi)啟實(shí)現(xiàn)對(duì)操作臺(tái)先導(dǎo)手柄供油動(dòng)作；同時(shí)Ⅳ泵安裝了手動(dòng)切換把手，當(dāng)泵車(chē)在移動(dòng)時(shí)通過(guò)手動(dòng)控制使泵體內(nèi)油液流回油箱，從而保證正常供壓。

2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果分析

2.1 巷道概述

韓家洼煤礦403 運(yùn)輸順槽位于三水平西盤(pán)區(qū)，巷道東部為西盤(pán)區(qū)回風(fēng)巷，西部為未開(kāi)采區(qū)域，北部、南部為2008 年12 月兼并重組前遺留的舊巷。

403 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為22 號(hào)層，巷道掘進(jìn)斷面規(guī)格為寬×高=4.2 m×3.5 m，掘進(jìn)煤層厚度為12.98 m，由北向南產(chǎn)狀逐漸變緩，大部分地段產(chǎn)狀平緩，傾角4°～6°；中部北段和西部北段產(chǎn)狀相對(duì)較陡，傾角一般5°左右。煤層頂板巖性中砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖。

403 運(yùn)輸順槽上覆存在裂隙含水層，與頂板垂高在25～32 m 范圍內(nèi)，通過(guò)物探共計(jì)顯示3 處異常區(qū)，分別位于巷道425 m、622 m以及978 m處，預(yù)計(jì)總水量3275 m3，巷道掘進(jìn)前期頂板出現(xiàn)淋水，淋水量4.5 m3/h，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大，需進(jìn)行超前鉆探施工。

2.2 超前探孔布置參數(shù)

由于巷道四鄰關(guān)系明確，巷道周?chē)鸁o(wú)積水區(qū)域，所以對(duì)頂板施工探水鉆孔即可，巷道每70 m 施工一組探水鉆孔，鉆孔深度為100 m，共計(jì)布置2 排，上排布置3 個(gè)鉆孔，下排布置1 個(gè)鉆孔；其中上排鉆孔布置間距為1.8 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔以25°仰角布置；上、下2 排鉆孔布置排距為1.5 m；下排鉆孔垂直迎頭煤壁布置。

2.3 鉆孔施工工藝

403 運(yùn)輸順槽采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，具體施工工序如圖1 所示。鉆孔采用直徑75 mm 合金鋼鉆頭以及長(zhǎng)度為1.5 m、直徑為63 mm 中空鉆桿聯(lián)合鉆進(jìn)施工；采用巷道內(nèi)靜壓水作為鉆機(jī)液壓系統(tǒng)冷卻器用水。為了防止靜壓水壓力過(guò)大造成冷卻器損壞，在管路中安裝截止閥；為了縮短換桿時(shí)間，提高鉆進(jìn)效率，采用中部加桿、后方卸桿的鉆桿替換方式。

圖1 ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)鉆孔施工工序

2.4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

1）提高了鉆孔施工效率：403 運(yùn)輸順槽采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)探放水施工8 次，鉆孔32 個(gè)，鉆孔總深度為3200 m。鉆孔施工過(guò)程中分別采用靜壓水和液壓水泵提供沖洗介質(zhì)，其中采用靜壓水作為沖洗介質(zhì)時(shí)，單工作臂單孔施工時(shí)間為2.5 h，雙臂雙孔施工時(shí)3 h 可施工2 個(gè)鉆孔。而采用其他鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工時(shí)，每個(gè)鉆孔施工時(shí)間為8 h。由此可見(jiàn)，ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)鉆孔施工效率提高了60%。

2）降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度：采用傳統(tǒng)ZLJ-350 型坑道鉆機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，由于鉆機(jī)體積及重量大，人工搬運(yùn)困難，在安裝鉆機(jī)時(shí)需4 名作業(yè)人員配合施工，安裝時(shí)長(zhǎng)為1.5 h，鉆機(jī)施工鉆孔方位角及仰俯角有限，所以每組鉆孔需搬運(yùn)鉆機(jī)2 次，輔助時(shí)間達(dá)3 h；而采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)實(shí)施履帶行走，無(wú)須人工搬運(yùn)，1 人操作即可，鉆機(jī)安裝勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度小，且鉆機(jī)施工鉆孔時(shí)方位角及仰俯角范圍大，每組鉆孔只需移鉆機(jī)1 次即可，鉆機(jī)輔助時(shí)間減少了40%。

3 結(jié)語(yǔ)

韓家洼煤礦針對(duì)當(dāng)前煤礦采用的探水鉆機(jī)在進(jìn)行鉆孔施工時(shí)效率低、搬移勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大等技術(shù)難題，對(duì)403 運(yùn)輸順槽探放水施工時(shí)采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，該鉆機(jī)具有體積小、搬移次數(shù)少、鉆孔效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于掘進(jìn)巷道多次探孔需要，取得顯著應(yīng)用成效。