EH260 型高轉(zhuǎn)速液壓螺旋鉆機在新元礦的應(yīng)用

李曉林

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司，山西 陽泉 045000)

1 工程背景

新元煤礦9108工作面標(biāo)高550～685 m，開采9號煤層，煤層平均厚度3.4 m，煤層傾角2～4°，平均3°，工作面走向長1 550 m，傾斜長240 m，設(shè)計停采線距9號煤回風(fēng)大巷(北)395 m，見圖1所示。

圖1 9108工作面采掘平面(m)

9號煤為中灰分-中高灰、特低硫、低磷分、極難選的貧煤、貧瘦煤、無煙煤，煤層以亮煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育，煤層中含2～3層泥質(zhì)夾矸，厚度一般為0.20～1.00 m。9號煤層煤質(zhì)堅硬，裂隙發(fā)育情況較好，瓦斯含量為6.96～14.32 m3/t，瓦斯壓力為0.36～1.64 MPa，煤層透氣性系數(shù)為33×10-4～22.08×10-2mD，普氏系數(shù)為0.41～0.93，破壞類型為III，瓦斯放散初速度ΔP為2.77～12.57 mL/s，屬于易抽放煤層。工作面開采前需要提前布置順層區(qū)段預(yù)抽鉆孔對工作面瓦斯進(jìn)行預(yù)抽[1-2]，預(yù)抽鉆孔要控制被掩護(hù)巷道掘進(jìn)輪廓線外側(cè)不小于15 m。為了使順層鉆孔成孔深度覆蓋240 m長采煤工作面，達(dá)到9108工作面進(jìn)風(fēng)巷掩護(hù)9108工作面回風(fēng)巷的預(yù)抽瓦斯，實現(xiàn)區(qū)域消突目的和工作面之間貫通鉆孔要求，加上9108工作面回風(fēng)巷的寬度5 m，則至少需要的成孔深度為260 m。為了改變本煤層瓦斯抽采“短掘短抽”達(dá)標(biāo)困難、掘抽相互干擾的狀況，引進(jìn)了德國EH260型鉆機，該鉆機施工260～300 m 鉆孔，可以覆蓋一個回采面及下一條巷道規(guī)定的保護(hù)范圍，提前進(jìn)行預(yù)抽，真正實現(xiàn)了遞進(jìn)式區(qū)域抽采[3-4]。

2 鉆探設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 EH260型鉆機設(shè)備簡介

EH260型液壓鉆機是德國哈澤瑪格公司按歐盟ATEX94/9/EC防爆指引開發(fā)的強力液壓鉆機系統(tǒng)，專供本煤層抽放，尤其適合軟及特軟煤層的大功率作業(yè)，鉆孔深度可以達(dá)到300 m左右，其主要技術(shù)參數(shù)見表1所示。

表1 EH260鉆機主要參數(shù)

2.2 EH260型鉆機關(guān)鍵技術(shù)

1) 高轉(zhuǎn)速動力頭。動力頭屬于鉆機的核心關(guān)鍵部件，其齒輪傳動選用一級減速，當(dāng)扭矩為700 N·m時，輸出的轉(zhuǎn)速可達(dá)到1 000 r/min，從而實現(xiàn)高速螺旋鉆進(jìn)，同時可以將鉆孔內(nèi)破碎的煤渣快速排出，對于松軟突出煤層而言有很好的適應(yīng)性。

2) 大行程推進(jìn)機構(gòu)。EH260型鉆機可保證有效推進(jìn)行程在1 500 mm前提下，使得機架長度最短，方便井下施工。

3) 負(fù)載敏感液壓系統(tǒng)。松軟突出煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，施工困難，鉆機鉆進(jìn)所承受的負(fù)載處于動態(tài)變化中，采用液壓系統(tǒng)對鉆機工作過程中的轉(zhuǎn)矩變化進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，通過對扭矩的控制來對鉆進(jìn)速度進(jìn)行控制，從而保證鉆機在允許的負(fù)載范圍內(nèi)正常運轉(zhuǎn)，最大限度地防止了卡鉆、抱鉆等現(xiàn)象的發(fā)生，鉆孔的成孔率得到保證，鉆進(jìn)深度也得到了提高，該液壓系統(tǒng)原理如圖2所示。

圖2 自適應(yīng)自動鉆進(jìn)液壓系統(tǒng)原理

4) 大直徑六角接頭螺旋鉆桿。鉆機選用螺旋鉆桿，而選擇的鉆桿參數(shù)應(yīng)與工作面煤層條件相適應(yīng)，針對新元礦松軟突出煤層的地質(zhì)條件，選用D112 mm×1 500 mm的大直徑六角接頭麻花鉆桿。選用特殊材質(zhì)制作的正階梯三翼鉆頭，可高速切削松軟煤層。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果評價

3.1 順層長鉆孔施工現(xiàn)場評價

布置大功率EH260鉆機，施工本煤層順層預(yù)抽鉆孔，由工作面單側(cè)布孔，孔間距2 m，鉆頭直徑127 mm，鉆孔深度施工至待掘巷道9108回風(fēng)巷西幫巷道輪廓線15 m處，最大孔深不超過300 m。試驗期間當(dāng)鉆孔深度達(dá)到300 m時，停止鉆進(jìn)。其鉆孔深度和下篩管長度見圖3。

圖3 鉆孔深度和下篩管長度統(tǒng)計

從圖3可以看出：采用EH260鉆機統(tǒng)計工作鉆孔數(shù)150個，鉆孔累計進(jìn)尺39 589.4 m，其中打成超過260 m鉆孔129個，成孔率86%。鉆孔最大孔深300 m(停止鉆進(jìn))，最小孔深92.4 m，平均孔深263.9 m；下篩管最長270 m，最小69 m，平均234.2 m；達(dá)到了掩護(hù)9108工作面及回風(fēng)巷的掘進(jìn)要求。

另外，EH260鉆機功率大、轉(zhuǎn)速高，是國內(nèi)鉆機的2～3倍，實現(xiàn)了快速鉆進(jìn)；鉆機工作期間穩(wěn)定性好，各種保護(hù)齊全，設(shè)備事故率少，保證了鉆孔質(zhì)量；鉆機配有專門的搬家車，保證了鉆機的快速移動，鉆進(jìn)效率高。經(jīng)統(tǒng)計，原來1個圓班(3個小班)，同等鉆孔參數(shù)條件下，130 m長的孔最多只能施工3個，采用EH260鉆機后平均每個小班就能施工1個260 m深的孔，其效率提高1倍。

3.2 順層區(qū)段預(yù)抽瓦斯效果評價

采用EH260鉆機鉆孔與原鉆機鉆孔瓦斯抽采參數(shù)平均值(平均抽采濃度和百米鉆孔瓦斯抽采純量)進(jìn)行對比，見表2所示。由表2可以看出，通過臨近區(qū)域不同鉆孔抽采效果對比，發(fā)現(xiàn)本次順層長鉆孔瓦斯抽采效果非常理想，充分體現(xiàn)了EH260鉆機大直徑順層長鉆孔技術(shù)的優(yōu)越性。

表2 EH260鉆機鉆孔與普通鉆機鉆孔瓦斯抽采效果對比

3.3 遞進(jìn)掩護(hù)巷道快速掘進(jìn)分析

在9108進(jìn)風(fēng)巷實施的順層區(qū)段預(yù)抽鉆孔的掩護(hù)下，9108回風(fēng)巷安全掘進(jìn)800余m。掘進(jìn)期間，未發(fā)生一次煤與瓦斯突出。9108回風(fēng)巷掘進(jìn)期間最快270 m/月，平均達(dá)到160 m/月；掘進(jìn)期間效檢306次，超標(biāo)0次。順層區(qū)段預(yù)抽區(qū)域防突措施起到了十分明顯的消除被掩護(hù)煤巷煤與瓦斯突出危險，控制掘進(jìn)期間瓦斯涌出，實現(xiàn)了9108回風(fēng)巷快速掘進(jìn)的目的。

4 結(jié) 語

1) 針對松軟突出煤層的地質(zhì)條件，為實現(xiàn)區(qū)域消突目的和工作面之間貫通鉆孔要求，引進(jìn)德國EH260 型高轉(zhuǎn)速液壓螺旋鉆進(jìn)鉆機，該鉆機具有鉆進(jìn)速度快、不需準(zhǔn)備鉆場、機械化自動快速搬家、自動保護(hù)設(shè)計合理、穩(wěn)定性好、排渣效果好等優(yōu)點。

2) 采用EH260鉆機統(tǒng)計試驗工作鉆孔數(shù)150個，鉆孔累計進(jìn)尺39 589.4 m，其中打成超過260 m鉆孔129個，成孔率86%。鉆孔最大孔深300 m(停止鉆進(jìn))，最小孔深92.4 m，平均孔深263.9 m；下篩管最長270 m，最小69 m，平均234.2 m；基本達(dá)到了掩護(hù)9108工作面及回風(fēng)巷的掘進(jìn)要求。并且實現(xiàn)了快速鉆進(jìn)，平均每個小班就能施工1個260 m以上深孔，其效率與國產(chǎn)鉆機相比提高1倍。

3) 9108回風(fēng)巷掘進(jìn)期間最快270 m/月，平均達(dá)到160 m/月，掘進(jìn)期間統(tǒng)計效檢306次，超標(biāo)0次。表明了EH260 型鉆機的良好應(yīng)用效果。