履帶式液壓坑道鉆機(jī)在治理巷道底鼓中的應(yīng)用

杜海順

（陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司，山西陽(yáng)泉 045008）

0 引言

近年來(lái)，隨著某單位各礦井機(jī)械化程度不斷提高，生產(chǎn)能力迅速發(fā)展，淺部資源逐漸減少甚至接近枯竭，生產(chǎn)被迫轉(zhuǎn)移至深部。深部開(kāi)采不同于淺部，出現(xiàn)諸多新問(wèn)題。由于礦山壓力逐漸增大，承受高應(yīng)力和動(dòng)壓影響斷的巷道在不斷增多，該類(lèi)巷道因承受高應(yīng)力和多次受動(dòng)壓影響，造成圍巖松軟破碎，致使巷道出現(xiàn)變形嚴(yán)重、變形速度快等一系列問(wèn)題。其中底鼓現(xiàn)象尤為突出，為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，被迫多次起底返修，但收效甚微，不能從根本上解決這一頑疾，嚴(yán)重影響了各礦井的安全、高效生產(chǎn)[1]。

底錨索、注漿支護(hù)技術(shù)加固底板支護(hù)技術(shù)已在多個(gè)礦井使用，并取得良好效果。但該技術(shù)實(shí)施過(guò)程中，最重要一個(gè)環(huán)節(jié)是在巷道底板上施工大量的錨注鉆孔，隨著加固支護(hù)巷道長(zhǎng)度的增加，底板錨注孔的數(shù)量十分龐大[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在底錨索、注漿支護(hù)技術(shù)加固底板支護(hù)中，鉆孔時(shí)間約占底板加固總工期的70%以上，而且在破碎軟弱的底板巖層中施工鉆孔，成孔難度極大，成孔速度慢，嚴(yán)重影響著后續(xù)工作的進(jìn)展[3]。

綜上所述，能否高效快速施工底板錨注鉆孔成為該項(xiàng)技術(shù)推廣的關(guān)鍵，而影響鉆孔施工效率最主要因素是鉆機(jī)。傳統(tǒng)鉆機(jī)多采用分體式結(jié)構(gòu)，靠人工搬遷和穩(wěn)固，適應(yīng)了井下巷道的各種條件，但也存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、鉆進(jìn)輔助時(shí)間長(zhǎng)、搬運(yùn)慢、鉆孔慢、故障率高、維護(hù)成本高及操作困難等弊端，嚴(yán)重影響工程進(jìn)度。因此，研制快速高效成孔的新型鉆機(jī)在底錨索、注漿支護(hù)技術(shù)中顯得十分必要。

1 履帶式液壓坑道鉆機(jī)的研究要求

該項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容包括：履帶式液壓坑道鉆機(jī)對(duì)不同巖性及不同環(huán)境下的鉆孔適應(yīng)性；履帶式液壓坑道鉆機(jī)成孔速度及質(zhì)量；履帶式坑道鉆機(jī)質(zhì)量穩(wěn)定性。

在履帶式坑道鉆機(jī)使用過(guò)程中，通過(guò)不斷改進(jìn)鉆機(jī)之不足，提供一套適用于各種條件的機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)能力強(qiáng)、操作方便及性能穩(wěn)定的坑道鉆機(jī)。其中，礦用履帶式坑道鉆機(jī)在不同自然條件下的成孔速度、質(zhì)量及機(jī)器使用的穩(wěn)定性是該項(xiàng)研究的關(guān)鍵技術(shù)。

履帶式液壓坑道鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)：

（1）尺寸小、采用履帶式行走，靈活方便，適合井下現(xiàn)有巷道使用。

（2）扭矩大、鉆進(jìn)速度快，一般單機(jī)每天成孔6個(gè)。

（3）操作方便，使用人員少，可以多角度施工鉆孔。

2 履帶式液壓坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)方案制定

2.1 鉆機(jī)選型原則

鉆機(jī)的選型需滿足下列要求：鉆機(jī)重量輕型化；鉆機(jī)零件制造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化；結(jié)構(gòu)合理化；適應(yīng)能力廣泛化；工作過(guò)程智能化。

2.2 設(shè)備選型

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)體積小、重量輕、性能可靠。主機(jī)安裝于行走履帶之上，機(jī)動(dòng)性能好、移機(jī)速度快、極大地縮短了移機(jī)及穩(wěn)固時(shí)間，減輕了工人在移機(jī)與定位的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠極大提高鉆孔效率。操作方便，使用人員少，一臺(tái)機(jī)器需要2個(gè)人。該機(jī)扭矩大、鉆進(jìn)速度快，一般單機(jī)每天成孔6個(gè)。動(dòng)力頭可豎直360°、水平90°旋轉(zhuǎn)，鉆孔范圍廣[4]。這些特征完全符合對(duì)坑道鉆機(jī)的選型要求。

2.3 運(yùn)行狀況和運(yùn)行測(cè)試及效果

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)在近一年試驗(yàn)過(guò)程中運(yùn)行穩(wěn)定可靠，未出現(xiàn)嚴(yán)重故障，無(wú)大修。

（1） 空載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)各機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、正常，無(wú)異響、震動(dòng)[5]。

（2） 操作過(guò)程中，各操作手把動(dòng)作靈活、定位可靠。

（3） 液壓卡盤(pán)開(kāi)閉靈活、可靠，打開(kāi)時(shí)鉆桿順利通過(guò)；夾緊鉆桿時(shí)各卡瓦受力一致。

（4） 鉆機(jī)在額定工作壓力或額定輸入功率條件下，輸出轉(zhuǎn)矩、輸出轉(zhuǎn)速等于額定值。

（5） 在坑道內(nèi)鉆機(jī)打孔時(shí)，鉆進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，無(wú)異響、異常震動(dòng)和漏液現(xiàn)象。

（6） 所有零部件未發(fā)現(xiàn)有影響使用的損壞。

（7） 試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)打滑現(xiàn)象，試驗(yàn)后鉆桿表面無(wú)打滑痕跡。

鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到熱平衡時(shí)，鉆機(jī)表面溫升和變速箱中的油液溫升正常。

動(dòng)力頭可豎直360°、水平90°旋轉(zhuǎn)，增加了鉆孔范圍[6]。

2.4 設(shè)備的檢查、試驗(yàn)、測(cè)試情況

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)在使用過(guò)程中，靈活穩(wěn)定、扭矩大、鉆進(jìn)速度快，提高了成孔效率。

（1）鉆機(jī)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性較強(qiáng)

在某單位南區(qū)集中膠帶大巷、南區(qū)集中輔運(yùn)大巷及韓莊分區(qū)輔運(yùn)大巷進(jìn)行了試驗(yàn)。結(jié)果顯示，設(shè)備能夠適應(yīng)不同大小的巷道，同時(shí)能夠在不同傾角及不同濕度地形環(huán)境下自由行駛并穩(wěn)定工作。

（2）扭矩大成孔速度快

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)最大扭矩可達(dá)1 200 N·m[7]，在對(duì)某單位南區(qū)集中膠帶大巷、輔運(yùn)大巷及韓莊分區(qū)輔運(yùn)大巷底板有泥巖、砂質(zhì)泥巖、砂巖等不同底板巖層試驗(yàn)中，鉆機(jī)鉆進(jìn)速度穩(wěn)定，日均成孔保持在6.5個(gè)以上8]。

（3）設(shè)備性能可靠

在使用過(guò)程中，嚴(yán)格按照要求進(jìn)行注油保養(yǎng)及檢修，鉆機(jī)各系統(tǒng)一直保持穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，一年無(wú)大修。

（4）操作簡(jiǎn)便

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，通常只需2人即可完成設(shè)備工作時(shí)的所有操作任務(wù)，有利于實(shí)施減員增效。

2.5 施工效果

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)性能穩(wěn)定、鉆進(jìn)速度快。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，南區(qū)集中膠帶大巷日均成孔6.5個(gè)，日成孔進(jìn)尺47 m，成孔率約為97.83%；南區(qū)集中輔運(yùn)大巷日均日均成孔約6.7個(gè)，成孔率98.96%，日均鉆孔進(jìn)尺46 m；韓莊分區(qū)輔運(yùn)大巷治理底鼓過(guò)程中，日均成孔約6.7個(gè)，成孔率高達(dá)99.51%，日均鉆孔進(jìn)尺約47 m。有部分巷段底鼓造成底板巖層松軟，提鉆后塌孔，但塌孔率極低。

通過(guò)3條不同巷道施工結(jié)果可以看出，不同地質(zhì)條件及空間環(huán)境下，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)的日均成6.5個(gè)以上，日均成孔進(jìn)尺超過(guò)46m，成孔率均高于97%。鉆進(jìn)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，施工效果極佳，這為巷道底鼓治理后續(xù)工作的跟進(jìn)贏得主動(dòng)。

3 結(jié)論

某單位各礦目前使用的傳統(tǒng)氣動(dòng)鉆機(jī)存在諸多缺陷，鉆機(jī)比較笨重，人員搬運(yùn)困難，一臺(tái)機(jī)器需要3名工人操作；風(fēng)動(dòng)功率小、成孔率低，易卡鉆桿，一般一天單機(jī)成孔1個(gè)；噪聲大，影響施工人員健康。而ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)克服了上述缺陷，底板鉆孔成孔率極大提高，日均成孔數(shù)高達(dá)6.5個(gè)以上，成孔速度提高6倍以上。這為巷道底臌治理縮短工期贏得主動(dòng)，很大程度地減少了由于底鼓影響生產(chǎn)而造成的經(jīng)濟(jì)損失，帶來(lái)十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

同時(shí)，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)體積小、重量輕、性能可靠。機(jī)動(dòng)性能好、移機(jī)速度快、極大地縮短了移機(jī)及穩(wěn)固時(shí)間，減輕了工人在移機(jī)與定位的勞動(dòng)強(qiáng)度，能夠極大提高鉆孔效率。操作方便，一臺(tái)機(jī)器只需2個(gè)人操作，而使用氣動(dòng)鉆機(jī)時(shí)需要3人，在當(dāng)前煤炭市場(chǎng)環(huán)境下，使用該型鉆機(jī)可實(shí)現(xiàn)減員增效之目的。