分析礦山垂直鉆井救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備

朱慶民

摘 要：現(xiàn)如今礦山采深逐步增加，多種災(zāi)害極易引發(fā)礦井坍塌、瓦斯爆炸、透水等事故，礦井正常通道無法進(jìn)入，救生操作需要通過地面垂直鉆孔來進(jìn)行，而礦山垂直鉆井救援的價(jià)值就在于此。本文主要對(duì)礦山垂直鉆井救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備進(jìn)行探究，旨在為礦山垂直鉆井救援體系的逐步發(fā)展提供支持，促進(jìn)礦山事故救生率的提升，僅供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：礦山;垂直鉆井;救援;關(guān)鍵技術(shù);裝備

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.19.082

0 引言

由于礦山災(zāi)害具有較強(qiáng)的復(fù)雜性和多發(fā)性，預(yù)測(cè)難度較大，盡管經(jīng)過政府部門和科研人員的不斷努力，礦山小型事故得到有效控制，但重特大事故的發(fā)生，往往會(huì)造成較大的人員傷亡，不利于整個(gè)社會(huì)的和諧發(fā)展。礦山垂直鉆井救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備的應(yīng)用，能夠滿足礦難救援需求，但仍有待進(jìn)一步完善。

1 生命探測(cè)鉆孔與信息探測(cè)系統(tǒng)

（1）生命探測(cè)鉆孔。在礦山事故發(fā)生后，結(jié)合礦區(qū)事故礦井段實(shí)際情況出發(fā)，應(yīng)用小口徑垂直鉆井技術(shù)來將事故巷道頂板鉆穿的鉆孔就是生命探測(cè)鉆孔，其能夠?qū)κ鹿实V井內(nèi)生命進(jìn)行準(zhǔn)確有效探測(cè)，并實(shí)現(xiàn)地表救援人員與井下被困人員之間聯(lián)系，確保生活補(bǔ)給得到保證。生命探測(cè)鉆孔的應(yīng)用特征在于，鉆孔點(diǎn)布置較多，鉆進(jìn)施工效率較高，定向鉆進(jìn)較為準(zhǔn)確。在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)支持下，生命探測(cè)鉆孔技術(shù)發(fā)展逐漸成熟，鉆孔工藝眾多，小口徑空氣潛孔錘的鉆進(jìn)效率較高，技術(shù)應(yīng)用可靠。

（2）生命信息探測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了音頻、視頻以及環(huán)境參數(shù)等的有機(jī)結(jié)合，能夠?qū)Ψ?wù)器設(shè)備地址進(jìn)行發(fā)現(xiàn)，并實(shí)現(xiàn)音頻對(duì)講傳輸和視頻錄像等，作為一個(gè)軟件系統(tǒng)，其能夠?qū)Νh(huán)境參數(shù)進(jìn)行采集和同步傳輸，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。在SDSL有線傳輸技術(shù)的支持下，能夠令探測(cè)器應(yīng)用過程中問題得到有效解決，信息傳輸更具穩(wěn)定性。多媒體中繼遠(yuǎn)傳技術(shù)的應(yīng)用，以無線雙頻Mesh組網(wǎng)和SDSL有線傳輸為支持，便于快速布線，能夠與地面工作站進(jìn)行規(guī)范連接。

2 大口徑救援通道施工技術(shù)

（1）集束式正循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘。結(jié)合礦山垂直救援鉆井需求及專用救生艙外徑和井壁管直徑要求出發(fā)，對(duì)JZQφ850mm-4/φ311集束式正循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘進(jìn)行研發(fā)，其錘頭直徑為311/225mm，錘頭數(shù)量為4，質(zhì)量為6.8t，長(zhǎng)度為2400mm。經(jīng)設(shè)計(jì)加工并開展鉆進(jìn)試驗(yàn)后，對(duì)鉆進(jìn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，經(jīng)過有限元分析后，將排屑槽設(shè)置于集束體上。為促進(jìn)空氣正循環(huán)排渣的實(shí)現(xiàn)，需通過交叉接頭與雙壁鉆具進(jìn)行反循環(huán)鉆進(jìn)，停鉆時(shí)令反循環(huán)排渣充分，以避免巖屑堵住排渣口。

（2）集束式反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘。JFQφ850--4/φ311集束式反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘的錘頭直徑為311/225mm，錘頭數(shù)量為4，質(zhì)量為2.2t，長(zhǎng)度為2800mm。其在設(shè)計(jì)過程中最鉆頭底部排渣問題進(jìn)行充分考慮，將排渣通道設(shè)置于集束體底部，錘頭沖擊巖屑與空氣直接進(jìn)入吸渣口，此時(shí)全孔反循環(huán)鉆進(jìn)得以實(shí)現(xiàn)。與集束式反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘相比，集束式正循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘在排渣方面更具應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，實(shí)際鉆進(jìn)效率也明顯提升。盡管集束式反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘試驗(yàn)施工成功，但仍處于試驗(yàn)階段，有待進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)并開展反復(fù)試驗(yàn)，以確保為礦山垂直鉆井救援通道施工提供可靠技術(shù)支持。

3 礦山大口徑鉆孔井壁管安裝裝置

礦山垂直鉆井救援過程中，在通道鉆孔施工完成后，需要規(guī)范安裝大口徑井壁管，以避免孔壁出現(xiàn)坍塌或者掉塊問題，保證救援的安全性。于救援現(xiàn)場(chǎng)開闊地帶，以大噸位吊車對(duì)井壁管進(jìn)行安裝，受礦區(qū)場(chǎng)地條件有限，則可應(yīng)用礦山大口徑鉆孔井壁管安裝裝置，以確保吊裝操作的安全性。該裝置組成元素眾多，包括卷?yè)P(yáng)機(jī)、導(dǎo)向滑輪、滑輪組以及大口徑鋼管等。其工作原理在于，在將卷?yè)P(yáng)機(jī)啟動(dòng)后，牽引鋼絲繩運(yùn)動(dòng)，促使卷?yè)P(yáng)機(jī)的運(yùn)行方向發(fā)生改變，進(jìn)而有效控制滑輪組升降，進(jìn)而完成大口徑鋼管以及鋼管組的安裝。

該裝置施工過程中，于地面底盤鋼架上將卷?yè)P(yáng)機(jī)和導(dǎo)向滑輪固定，在大口徑鋼管或鋼管組下端對(duì)滑輪組進(jìn)行焊接，于卷?yè)P(yáng)機(jī)上連接鋼絲繩一端，以地錨將鋼絲繩另一端固定于井口另外一側(cè)地面底盤鋼架上，將鋼絲繩滑動(dòng)槽設(shè)置于井口地錨一側(cè)，以鋼絲繩來對(duì)滑輪組進(jìn)行托底，之后放鋼絲繩來進(jìn)行下管。該裝置的優(yōu)勢(shì)在于，安裝簡(jiǎn)便，使用性強(qiáng)，且具有良好的經(jīng)濟(jì)性。

4 礦山垂直救援救生艙裝置

就礦山垂直救援救生艙裝置的組成情況來看，其主要包括底座、塔架、救生艙、起落塔油缸、操作控制箱等，以膠管總成和螺栓來對(duì)各部分進(jìn)行連接，此種方式下結(jié)構(gòu)更為緊湊，且可靠性較強(qiáng)。工作之前，以錨桿來調(diào)整系統(tǒng)底座，以便在工作地面上固定整機(jī)。礦山垂直救援救生艙裝置的最大提升力為45kN，提升深度為600m，上升速度為0-2m·s-1，上升時(shí)間為10min，下降速度為0-3m·s-1，下降時(shí)間為5min，主泵額定壓力為32MPa，輔泵額定壓力為15MPa。電機(jī)電壓為380V，電機(jī)功率為75kW，救生艙直徑為540mm，救生艙質(zhì)量為750kg，整機(jī)質(zhì)量為8500kg。救生艙為上下兩部分，上部包括提升調(diào)換、滾輪導(dǎo)向裝置等，艙內(nèi)配有甲烷、氧氣等氣體，下部主要包括救援艙體位置、供氧裝置等。艙內(nèi)為12V低壓供電，使用防爆產(chǎn)品，以防爆LED進(jìn)行照明，滾輪導(dǎo)向裝置主要起導(dǎo)向及緩沖作用，上逃生裝置通過拉動(dòng)鏈條使上下部分離的方式;下逃生裝置通過緩降器穿過中間預(yù)留通道的方式。

5 結(jié)語(yǔ)

總而言之，為有效應(yīng)對(duì)礦山事故，在應(yīng)用礦山垂直鉆井救援關(guān)鍵技術(shù)與裝備的過程中，要積極創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)，并對(duì)救援裝備進(jìn)行發(fā)展完善，信息存儲(chǔ)與實(shí)時(shí)監(jiān)控的實(shí)現(xiàn)，可協(xié)調(diào)應(yīng)用雙碼流技術(shù)、分層同步法等，基于集束式正反循環(huán)氣動(dòng)潛孔錘來進(jìn)行依次擴(kuò)孔成孔，確保救援通道形成的規(guī)范性，促進(jìn)礦山垂直鉆井救援的順利進(jìn)行。要科學(xué)應(yīng)用托底法井壁管安裝方法，在保證安裝效果和時(shí)效性的同時(shí)，確保操作的安全性，為救援操作的順利進(jìn)行提供可靠支持。

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