氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)的設(shè)計(jì)研制

兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦與煤炭科學(xué)研究總院南京研究所針對(duì)煤礦井下沖擊地壓治理中鉆屑法施工安全性差的現(xiàn)狀，合作研制出了1 種用于進(jìn)行沖擊地壓鉆屑法施工的氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)，通過(guò)氣控和監(jiān)視系統(tǒng)可以使工人遠(yuǎn)離鉆孔的位置進(jìn)行操作，避免突發(fā)情況帶來(lái)的人身傷害。

⑴概況

沖擊地壓是煤礦開(kāi)采中典型的動(dòng)力災(zāi)害之一，通常是在煤、巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到極限強(qiáng)度的時(shí)候，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導(dǎo)致煤巖層瞬時(shí)破壞并且伴隨煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞以及人身傷亡的事故。鉆屑法施工通常是在煤層中打出1 個(gè)直徑42～50 mm 鉆孔，根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)的動(dòng)力效應(yīng)進(jìn)行鑒別沖擊危險(xiǎn)的方法。在我國(guó)的沖擊地壓監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)領(lǐng)域， 鉆屑法是經(jīng)常使用的方法之一。這種方法實(shí)用、可靠，但是所采用的鉆孔機(jī)具多為手持式設(shè)備， 人員需要站在鉆孔的附近操作。在鉆孔的實(shí)施過(guò)程中操作人員的危險(xiǎn)性成為鉆屑法的突出缺點(diǎn)。因此，改進(jìn)鉆機(jī)的推進(jìn)方式，使操作人員遠(yuǎn)離鉆孔位置，就能夠提高施工的安全性。 此項(xiàng)成果的設(shè)備推進(jìn)和阻尼部分設(shè)計(jì)新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)氣-液聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)停止推進(jìn)時(shí)推進(jìn)氣缸位置的鎖死， 避免吸鉆情況的發(fā)生，提高鉆孔工作的安全性。

⑵氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)

氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)采用全氣動(dòng)，驅(qū)動(dòng)由鉆進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、鉆桿自動(dòng)裝卸系統(tǒng)、輔助支撐系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等組成。整機(jī)分為主機(jī)和操作臺(tái)2 個(gè)部分。主機(jī)和操作臺(tái)之間通過(guò)膠管和隔爆電纜連接。通過(guò)手動(dòng)換向閥控制氣控?fù)Q向閥的動(dòng)作， 進(jìn)而控制執(zhí)行元件的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 在這項(xiàng)研究中，他們還引入了礦用監(jiān)視系統(tǒng)。此系統(tǒng)由隔爆攝像頭、控制器、顯示器等組成。 隔爆攝像頭安裝在主機(jī)處，將主機(jī)處的情況傳輸并且顯示到顯示器，為工人的操作提供支持。鉆孔工作的時(shí)候，在監(jiān)視系統(tǒng)的輔助下，工人在操作臺(tái)處操作手動(dòng)換向閥實(shí)現(xiàn)各個(gè)執(zhí)行部件的運(yùn)動(dòng)。主機(jī)鉆桿儲(chǔ)存箱中存有多根鉆桿。1根推進(jìn)完成后，工人在操作臺(tái)處即可以實(shí)現(xiàn)新鉆桿的接入，繼續(xù)鉆進(jìn)工作。 通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有煤粉突出等狀況發(fā)生的時(shí)候，可以遠(yuǎn)程采取必要的應(yīng)對(duì)措施，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)整個(gè)鉆孔工作面的無(wú)人化，避免鉆孔處由于煤粉突出而導(dǎo)致的安全事故發(fā)生。

⑶推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

推進(jìn)系統(tǒng)是整個(gè)氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)的核心系統(tǒng)， 它的作用是帶動(dòng)鉆進(jìn)馬達(dá)作直線運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆孔過(guò)程中鉆桿沿鉆孔方向的推進(jìn)。推進(jìn)系統(tǒng)由氣缸、鋼絲繩組件、夾緊機(jī)構(gòu)等多個(gè)部件組成。推進(jìn)氣缸缸筒為玻璃鋼材質(zhì)的環(huán)形，活塞采用尼龍材質(zhì)，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。他們以鋼絲繩代替活塞桿，其內(nèi)部與活塞固定，外部與鉆進(jìn)馬達(dá)安裝板固定。 采用雙導(dǎo)柱式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)馬達(dá)的直線運(yùn)動(dòng)。 相比其它形式的導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、導(dǎo)向精度好。推進(jìn)氣缸供氣的時(shí)候，推動(dòng)氣缸內(nèi)部的活塞運(yùn)動(dòng)，活塞通過(guò)鋼絲繩帶動(dòng)馬達(dá)， 在雙圓形導(dǎo)軌上實(shí)現(xiàn)推進(jìn)和后退動(dòng)作。

⑷阻尼系統(tǒng)

阻尼系統(tǒng)主要是由雙活塞桿油缸、油箱等組成的， 能夠在停止推進(jìn)時(shí)鎖定推進(jìn)氣缸的位置，并且能夠使得推進(jìn)平穩(wěn)。阻尼油缸為雙活塞桿油缸，行程約為推進(jìn)氣缸行程50%。 活塞桿固定于機(jī)架上，缸體通過(guò)鋼絲繩倍增機(jī)構(gòu)與鉆進(jìn)馬達(dá)的安裝板固定。 與鏈?zhǔn)郊捌渌对鰴C(jī)構(gòu)相比，鋼絲繩倍增機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕， 所使用的改向輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易加工。 推進(jìn)系統(tǒng)工作的時(shí)候，推進(jìn)缸帶動(dòng)鉆進(jìn)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)，鉆進(jìn)馬達(dá)通過(guò)倍增機(jī)構(gòu)帶動(dòng)阻尼油缸的缸體運(yùn)動(dòng)。 缸體運(yùn)動(dòng)速度為推進(jìn)缸運(yùn)動(dòng)速度50%，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中油液通過(guò)活塞桿內(nèi)部的通道在油缸和油箱之間流動(dòng)，從而保證推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)。

為了在發(fā)生吸鉆情況的時(shí)候防止鉆桿被吸入孔內(nèi)，他們?cè)O(shè)計(jì)了氣-液聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，氣缸的活塞桿與彈簧復(fù)位的液壓行程換向閥閥芯接觸，能夠推動(dòng)閥芯實(shí)現(xiàn)換向動(dòng)作。 正常推進(jìn)的時(shí)候，手動(dòng)換向閥同時(shí)給氣控?fù)Q向閥信號(hào)，氣控?fù)Q向閥給推進(jìn)氣缸供氣進(jìn)行推進(jìn)動(dòng)作。 同時(shí)，手動(dòng)換向閥的控制氣使得氣控?fù)Q向閥動(dòng)作， 進(jìn)而使氣缸動(dòng)作，推動(dòng)液壓行程換向閥， 使得阻尼油缸的油路暢通，阻尼油缸缸體與推進(jìn)氣缸聯(lián)動(dòng)。 當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)要發(fā)生吸鉆情況的時(shí)候停止推進(jìn)，即將手動(dòng)換向閥回中位。 由于失去控制氣，推進(jìn)氣缸停止供氣；氣缸的氣控閥也停止供氣，其活塞處于浮動(dòng)狀態(tài)。由于彈簧的作用，行程換向閥動(dòng)作，使得阻尼油缸左腔中的油液無(wú)法排出，實(shí)現(xiàn)油缸運(yùn)動(dòng)的鎖死。 阻尼油缸的缸體與推進(jìn)氣缸鋼絲繩聯(lián)動(dòng)，因此鎖定推進(jìn)氣缸，進(jìn)而保證鉆桿不被吸入孔內(nèi)。

⑸應(yīng)用情況

此氣動(dòng)遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)成套設(shè)備于2011 年3月開(kāi)始在濟(jì)寧二號(hào)煤礦井下進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。他們根據(jù)該礦井下的實(shí)際情況，將鉆機(jī)安置在93下07 軌道順槽使用。 試驗(yàn)結(jié)果表明，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，能夠完成遠(yuǎn)程控制鉆孔工作；氣控系統(tǒng)動(dòng)作靈活，推進(jìn)氣缸運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)；當(dāng)出現(xiàn)吸鉆情況停止推進(jìn)的時(shí)候，阻尼系統(tǒng)能夠?qū)⒂透祖i死，避免鉆桿被吸入到鉆孔內(nèi)。