新型探放水鉆機的應(yīng)用研究

張 強

（陽泉煤業(yè)集團翼城堡子煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

探放水鉆機作為煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的核心設(shè)備其工作時的效率和穩(wěn)定性直接決定了探放水作業(yè)的安全性和經(jīng)濟性，但目前所應(yīng)用的鉆機多是常規(guī)的分體式鉆機，該類鉆機主要是用于進(jìn)行瓦斯抽放作業(yè)時的鉆孔需求，質(zhì)量大、鉆進(jìn)速度慢、移動困難，單次只能鉆一個孔，因此嚴(yán)重制約了井下探放水作業(yè)的效率和經(jīng)濟性，限制了井下巷道掘進(jìn)作業(yè)效率的進(jìn)一步提升。因此，本文提出了一種新型的探放水鉆機，不僅降低了井下探放水鉆孔時的勞動效率而且有效地提升了鉆進(jìn)速度，確保了鉆孔作業(yè)的效率和經(jīng)濟性，對提升井下綜采作業(yè)安全和作業(yè)效率具有十分重要的意義。

1 探放水鉆機整體結(jié)構(gòu)

根據(jù)煤礦井下探放水作業(yè)的實際需求，既要保證探放水作業(yè)時鉆孔的便捷性，又要保證鉆孔作業(yè)時的效率和穩(wěn)定性，因此本文提出了將作為執(zhí)行機構(gòu)的鉆車和作為動力源的泵車相互分離的方案，即確保了系統(tǒng)的完整性，又確保了在井下狹窄空間內(nèi)移動的便捷性，井下鉆車的主體結(jié)構(gòu)如圖1所示[1]。

圖1 井下探放水鉆機結(jié)構(gòu)示意圖

由圖1可知，該鉆機主要包括了旋轉(zhuǎn)裝置、夾持器、回轉(zhuǎn)裝置、主進(jìn)裝置等。該鉆機的主體部分為回轉(zhuǎn)器，該回轉(zhuǎn)器包括液壓馬達(dá)、變速器及卡盤等，為了確保工作時的靈活性和可靠性，該液壓卡盤采用了執(zhí)行液壓缸夾緊、彈簧機構(gòu)復(fù)位的結(jié)構(gòu)，能夠靈活的選擇不同形式的卡盤結(jié)構(gòu)，從而滿足不同工況下的探放水鉆進(jìn)作業(yè)需求[2]。在變速器內(nèi)采用了直通式的主軸裝配結(jié)構(gòu)，該裝配結(jié)構(gòu)能夠靈活的拆卸主軸，便于進(jìn)行更換和調(diào)整。為了確保鉆進(jìn)作業(yè)的鉆進(jìn)穩(wěn)定性和鉆進(jìn)效率，采用了變量柱塞泵變量馬達(dá)，能夠自動和手動對馬達(dá)排量進(jìn)行調(diào)整，滿足各類工況無級變速的工作要求。

2 探放水泵車整體結(jié)構(gòu)

該泵車主要包括液壓泵、冷卻裝置、電機泵、操作臺、油箱、啟動器、履帶車體等，其整體結(jié)構(gòu)如圖2所示[3]。

圖2 探放水泵車結(jié)構(gòu)示意圖

該泵車的電機泵主要包括本質(zhì)安全型防爆電機和一個串聯(lián)的泵體構(gòu)成，該串聯(lián)泵下側(cè)設(shè)置一個泵座，通過該結(jié)構(gòu)和防爆電機相連接，在電機的驅(qū)動下串聯(lián)泵從油箱內(nèi)吸出高壓油液，并通過控制裝置和管路系統(tǒng)傳輸?shù)讲煌膱?zhí)行機構(gòu)內(nèi)，進(jìn)而控制鉆進(jìn)的運行。行走機構(gòu)設(shè)置在泵車的后側(cè)，能夠便于井下轉(zhuǎn)移位置時，作業(yè)人員的操作，控制系統(tǒng)通過電磁啟動器來實現(xiàn)對泵車運行情況的控制，滿足在煤礦井下不同地質(zhì)條件下的移動靈活性的需求。

該泵車行走機構(gòu)采用了履帶車體結(jié)構(gòu)[4]，整個行走部分還包括了減速器、車體部分，履帶機構(gòu)采用了低摩擦滑動結(jié)構(gòu)，同時驅(qū)動機構(gòu)采用了高可靠性的液壓馬達(dá)，能夠適應(yīng)煤礦井下惡劣的工作環(huán)境，泵車的車體采用了高強度合金板焊接而成，能夠確保在落石沖擊下工作的穩(wěn)定性和可靠性。

該探放水鉆機的液壓系統(tǒng)采用了四泵串聯(lián)的控制模式，包括行走驅(qū)動機構(gòu)、鉆機系統(tǒng)、水路系統(tǒng)等，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，鉆機鉆進(jìn)具有沖擊力小、鉆機力矩大，破石效果好的優(yōu)點。

3 探放水鉆機的工業(yè)應(yīng)用

為了對該探放水鉆機的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，將該探放水鉆機在煤礦井下進(jìn)行實際探放水作業(yè)，在驗證過程中共完成了8次探放水鉆孔的鉆進(jìn)，鉆孔的最大深度超過210 m，在鉆進(jìn)過程中當(dāng)采用靜壓水當(dāng)作鉆進(jìn)沖洗液時，鉆機能夠在1.9 h內(nèi)完成深度為150 m的鉆孔。當(dāng)鉆機啟動雙注漿同時鉆進(jìn)作業(yè)時，能夠在1.5 h內(nèi)完成全部2個深度為150 m的鉆進(jìn)作業(yè)，通常情況下采用人工鉆孔，完成2個深度為150 m的鉆孔至少需要6 h，因此采用新型探放水鉆機后其鉆進(jìn)效率提升了4倍以上，極大地提升了煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的速度。

在鉆進(jìn)過程中，針對轉(zhuǎn)軸I和轉(zhuǎn)軸II在高速鉆進(jìn)作業(yè)時的負(fù)載特性進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖3所示。

由圖3可知，當(dāng)探放水鉆機在高速運行時，其轉(zhuǎn)軸I和轉(zhuǎn)軸II的運行轉(zhuǎn)速均大于290 r/min，對應(yīng)扭矩大于335 N·m，滿足在運行情況下的掘進(jìn)作業(yè)需求，而且經(jīng)過對鉆機在空載運行狀態(tài)下鉆機的鉆進(jìn)穩(wěn)定性分析，該探放水鉆機，在運行時扭力輸出穩(wěn)定性高，扭力穩(wěn)定值比傳統(tǒng)鉆機提升了35%以上。

4 結(jié)論

1）該探放水鉆機將作為執(zhí)行機構(gòu)的鉆車和動力源的泵車，相互分離，既確保了系統(tǒng)的完整性，又確保了在井下狹窄空間內(nèi)移動的便捷性；

2）該探放水鉆機的液壓系統(tǒng)采用了四泵串聯(lián)的控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，鉆機鉆進(jìn)具有沖擊力小、鉆機力矩大，破石效果好的優(yōu)點。

3）新型探放水鉆機鉆進(jìn)效率比人工作業(yè)提升了4倍以上，提升了煤礦井下鉆進(jìn)作業(yè)的速度，且運行時扭力輸出穩(wěn)定性高，扭力穩(wěn)定值比傳統(tǒng)鉆機提升了35%以上。

圖3 回轉(zhuǎn)器運行特性示意圖