履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)在煤層注水施工中的創(chuàng)新應(yīng)用

呂繼恒

（鄂托克前旗長(zhǎng)城五號(hào)礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 研究?jī)?nèi)容

（1）SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機(jī)施工現(xiàn)狀及技術(shù)難題；

（2）ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)的實(shí)驗(yàn)研究；

（3）施工工藝改進(jìn)前后的效果對(duì)比。

2 實(shí)施方案

2.1 SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機(jī)施工現(xiàn)狀及技術(shù)難題

現(xiàn)階段SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機(jī)主要應(yīng)用于煤層注水孔及地質(zhì)勘探孔的鉆探施工，由于鉆機(jī)良好的機(jī)械傳動(dòng)及液壓鉆進(jìn)性能，在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中發(fā)揮了極其重要的作用。由于受施工空間等多因素影響設(shè)計(jì)采用KHYD155型巖石電鉆鉆進(jìn)，設(shè)計(jì)孔深80米。

隨著礦井提升系統(tǒng)和開(kāi)采技術(shù)的優(yōu)化，推采速度加快使SGZ-Ⅲ鉆機(jī)在超前注水孔的鉆探施工中漸顯吃力。

（1）鉆機(jī)挪移和穩(wěn)固。SGZ-Ⅲ鉆機(jī)重920kg,支撐用dw-45單體支柱重90kg。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工寫(xiě)實(shí)觀察，由于鉆機(jī)本身無(wú)行走裝置，挪移時(shí)鉆機(jī)、單體完全靠人工拖拽，完成一次設(shè)備挪移需用時(shí)2時(shí)20分。

鉆機(jī)穩(wěn)固時(shí)需將鉆機(jī)連接專(zhuān)用工字鋼枕槽，下墊枕木后在四角上用液壓?jiǎn)误w支柱支撐。完成一次機(jī)體穩(wěn)固（包括拆卸、安裝）需用時(shí)1時(shí)30分。由于單體內(nèi)充入的是防塵用3Mpa高壓水。支撐力約為14KN, 2302工作面宏觀沖擊危險(xiǎn)等級(jí)為中等沖擊,較小的支撐力給施工的正常進(jìn)展造成較大安全隱患。

（2）鉆機(jī)的調(diào)整與鉆探。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察，鉆機(jī)穩(wěn)固后調(diào)整鉆探角度需手動(dòng)拆除6條立軸緊固螺栓，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)定位后再擰緊螺栓。完成一次角度調(diào)整耗時(shí)25分鐘。由于鉆機(jī)本身設(shè)計(jì)問(wèn)題，鉆探高度無(wú)法調(diào)整。只能依靠改變鉆探傾角彌補(bǔ)不足。

鉆進(jìn)時(shí)使用Φ50*1m地質(zhì)鉆桿鉆進(jìn)，鉆桿間采用絲接連接，連接前需手動(dòng)纏麻密封，密封不良易導(dǎo)致鉆具漏水。鉆桿填裝時(shí)需手動(dòng)卸除水轉(zhuǎn)軸，填裝較為不便，填裝一根鉆桿平均用時(shí)8分鐘。SGZ-Ⅲ鉆機(jī)立軸行程500mm，完成一根鉆桿鉆進(jìn)需要兩次往復(fù)行程。鉆進(jìn)過(guò)程中立軸末端與煤幫有0.5-1m的間隙。當(dāng)鉆進(jìn)中遇到夾矸或受采動(dòng)與構(gòu)造應(yīng)力耦合影響，工作面超前區(qū)應(yīng)力變大時(shí)，鉆桿震顫導(dǎo)致角度偏移，成孔困難，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成鉆具折損傷人事故的發(fā)生。且絲接連接鉆桿無(wú)法反轉(zhuǎn)，當(dāng)塌孔吸鉆時(shí)無(wú)法快速有效的處理問(wèn)題。

2.2 ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)的實(shí)驗(yàn)研究

ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)是石家莊中煤裝備結(jié)合礦山巷道等特定條件設(shè)計(jì)制造的新型架柱式鉆機(jī)，應(yīng)用于巖巷和采煤面超前瓦斯或水的探測(cè)。其自身配有導(dǎo)軌和固定導(dǎo)軌的立柱，采取頂天立地的頂緊方式，導(dǎo)軌和立柱之間采用錐軸連接方式，消除了主機(jī)和立柱之間的間隙的同時(shí)還保證鉆機(jī)打孔角度在-20°—+60°范圍內(nèi)可調(diào)。并且?guī)в新膸凶哐b置，具有快速移動(dòng)、高效鉆進(jìn)的先進(jìn)性能。

2.2.1 鉆車(chē)使用情況

（1）鉆車(chē)挪移和穩(wěn)固。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)盯班寫(xiě)實(shí)觀察，鉆車(chē)的挪移和穩(wěn)固全由液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電機(jī)與雙聯(lián)齒輪油泵間采用柔性聯(lián)軸器連接，減少了齒輪或皮帶傳動(dòng)的能量損失，系統(tǒng)壓力可達(dá)18Mpa。行走部由引導(dǎo)輪、支重輪、鏈輪和張緊裝置組成。采用高強(qiáng)度組合式密封履帶連，爬坡能力可達(dá)18°行走速度最快可達(dá)15m/s,完成一次挪移僅需3分鐘。施工效率明顯提高。

鉆車(chē)穩(wěn)固采用單立柱式撐緊油缸，采取頂天立地頂緊方式，立柱頂緊力可達(dá)80KN。大大提高了施工時(shí)機(jī)體的穩(wěn)固性及抗壓能力。相比SGZ-Ⅲ鉆機(jī)，省去了單體支柱拆卸、安裝的繁瑣工序，完成一次機(jī)體穩(wěn)固僅需8分鐘。

（2）鉆車(chē)的調(diào)整與鉆探。在立柱總成與推進(jìn)器總成之間裝有絲杠式斜撐桿，可以通過(guò)斜撐桿快速調(diào)整打孔角度，斜撐桿同時(shí)起到增強(qiáng)整機(jī)強(qiáng)度和剛度的功能，減少打鉆中的顫抖。并且調(diào)整動(dòng)靜滑輪組可以實(shí)現(xiàn)推進(jìn)總成的上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)鉆探高度的調(diào)整,調(diào)整范圍為1.2m-2.4m。完成一次調(diào)整只需耗時(shí)12分鐘。

鉆進(jìn)時(shí)使用Φ76水沖式高效螺旋鉆桿搭配Φ89高強(qiáng)復(fù)合刀片鉆頭。鉆桿間采用插接連接，可以實(shí)現(xiàn)高效、快速填裝。鉆桿釬尾配有專(zhuān)用O形密封圈，密封緊密不易漏水。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)考察，完成一根鉆桿填裝僅需3分鐘。ZYJ-800/200鉆機(jī)推進(jìn)行程為1300mm,一個(gè)行程便可以完成整根鉆桿的鉆進(jìn)。并且鉆進(jìn)時(shí)導(dǎo)軌可以緊貼煤幫，借助于導(dǎo)向支架的定位作用，可以減輕鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)鉆具的震顫，提高鉆進(jìn)的精準(zhǔn)度，保證成孔質(zhì)量。鉆具回轉(zhuǎn)采用高效液壓擺線馬達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)鉆具的正反轉(zhuǎn)，配合螺旋鉆桿可以最大程度排凈煤粉，降低了因塌孔抱鉆、吸鉆發(fā)生的幾率。

2.3 施工工藝改進(jìn)前后的效果對(duì)比

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)施工寫(xiě)實(shí)調(diào)研上巷59#鉆孔移穩(wěn)鉆車(chē)耗時(shí)23分鐘，角度調(diào)整耗時(shí)12分鐘，共計(jì)耗時(shí)35分鐘。而同期使用SGZ-Ⅲ鉆機(jī)施工的56#鉆孔移穩(wěn)鉆機(jī)共耗時(shí)3時(shí)50分鐘，角度調(diào)整耗時(shí)32分鐘共耗時(shí)4時(shí)22分。改進(jìn)新鉆探工藝后移穩(wěn)鉆機(jī)節(jié)省用時(shí)3時(shí)47分鐘。

本次數(shù)據(jù)比較共采集兩組14個(gè)鉆孔的鉆探耗時(shí)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析使用SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機(jī)完成一個(gè)鉆孔平均耗時(shí)4.86（班），使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)完成一個(gè)鉆孔平均耗時(shí)3.43（班）。每完成一個(gè)鉆孔節(jié)省用時(shí)1.43（班）。使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車(chē)的鉆探效果立竿見(jiàn)影。

3 效益分析

該項(xiàng)目的研究實(shí)施，很大程度上提高了工作面超前煤層注水孔的施工效率，同時(shí)與卸壓孔相近的鉆探方式施工鉆孔具有良好的卸壓解危效果，保證了工作面的安全快速推采，保障職工身體健康和工作面安全生產(chǎn)，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益。