ZDY4000L 履帶式鉆機(jī)大坡度巷道鉆孔施工實(shí)踐

張茂宇 姜 超 宋正國

（河南能源化工集團(tuán)永煤公司新橋煤礦，河南 永城 476600）

ZDY4000L 履帶式全液壓坑道鉆機(jī)具有扭矩大、挪移方便、能實(shí)現(xiàn)多種鉆孔角度和鉆孔高度調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，可有效提高深孔煤層注水鉆孔施工效率[3-4]。由于煤礦井下地質(zhì)條件比較復(fù)雜，巷道坡度變化較大時(shí)大大限制了ZDY4000L 履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的使用，降低了鉆孔施工效率，影響了工作面回采速度。

1 工程概況

新橋煤礦瓦斯等級為低瓦斯礦井，所采二2 煤層煤塵具有爆炸性，自燃傾向性等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層，可注性鑒定結(jié)果為可不注水煤層。2301 工作面走向長度平均為1711 m，傾斜長度305.6 m，標(biāo)高為-562.0～ -776.2 m。煤厚0～5.2 m，平均3.3 m，局部煤層有夾矸；煤層傾角6°～39°，平均19°，較穩(wěn)定；工作面可采儲(chǔ)量233.7 萬t。工作面采用全負(fù)壓下行通風(fēng)，工作面通風(fēng)路線為“兩進(jìn)一回”，即上順槽、中順槽進(jìn)風(fēng)，下順槽回風(fēng)。

為降低工作面回采期間的產(chǎn)塵量，采用順槽深孔煤層注水工藝，綜合考慮煤層裂隙發(fā)育情況、工作面傾向長度、注水效果，設(shè)計(jì)鉆孔間距6 m，孔深為60～100 m。選用ZDY4000L 履帶式全液壓坑道鉆機(jī)，配備Φ73 mm 三棱鉆桿、Φ92 mm 合金鉆頭、Φ144 mm 或Φ159 mm 合金鉆頭。

2施工分析

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，順槽走向坡度整體較平緩，局部坡度最大19°，超過了鉆機(jī)最大16°的爬坡能力，且由于鉆機(jī)冷卻水、凈化水幕容易造成巷道底板積水，導(dǎo)致鉆機(jī)行走、打鉆期間存在下滑風(fēng)險(xiǎn)，大大降低了鉆孔施工效率。

2.1 鉆機(jī)相關(guān)參數(shù)

外形尺寸：3600 mm×950 mm×2000 mm；機(jī)重：4500 kg；額定轉(zhuǎn)矩：4000 Nm；主軸傾角：-90°～ +90°；方位角：-90°～ +90o；額定給進(jìn)/起拔力：123 kN；行走速度：0～2.0 km/h；最大爬坡能力：16°；接地比壓：0.12 MPa。

2.2 鉆機(jī)受力分析

針對鉆機(jī)行走和鉆進(jìn)2 種情況分別進(jìn)行受力分析。圖1 為鉆機(jī)簡化模型。

圖1 鉆機(jī)簡化模型

（1）鉆機(jī)行走。鉆機(jī)受力有行走牽引力、重力、摩擦力，保持鉆機(jī)不下滑的條件：

上坡行走時(shí)：G·cosα·μ+G·sinα≤F；

下坡行走時(shí)：G·sinα+F≤G·cosα·μ。

式中：G為鉆機(jī)所受重力，kN；α為巷道坡度，（°）；μ為鉆機(jī)與巷道底板摩擦系數(shù)；F為牽引力，kN。

（2）鉆機(jī)鉆進(jìn)。鉆機(jī)受力有重力、摩擦力、支撐壓力和鉆桿前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下滑力，保持鉆機(jī)不下滑的條件：

（G·cosα+P）·μ≥G·sinα+S

式中：G為鉆機(jī)所受重力，kN；α為巷道坡度，（°）；μ為鉆機(jī)與巷道底板摩擦系數(shù)；P為支撐壓力，kN；S為鉆桿前進(jìn)、旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的下滑力，kN。

3 施工方法

3.1 挪鉆機(jī)

（1）挪鉆機(jī)前，旋轉(zhuǎn)調(diào)角裝置使主機(jī)與鉆機(jī)行走方向一致，并將動(dòng)力頭位于機(jī)身最上端，使鉆機(jī)重心盡量上移。

（2）在鉆機(jī)前方巷道底板鋪設(shè)矸塊（底板為巖石時(shí)墊煤粉，以增加鉆機(jī)與底板的摩擦系數(shù)）形成人工假底，減小巷道坡度，待鉆孔施工結(jié)束后恢復(fù)巷道底板。

（3）巷道底板存在積水時(shí)，及時(shí)施工臨時(shí)水泵坑，利用風(fēng)泵將水排出；或者施工橫向水溝，將積水引入永久水溝。

3.2 穩(wěn)鉆機(jī)

（1）鉆機(jī)開至打鉆地點(diǎn)以后，使用倒鏈拉住鉆機(jī)車體上的起吊點(diǎn)，并在巷道兩幫專用錨桿上固定牢靠。

（2）調(diào)整好車體位置后，操作調(diào)節(jié)手把，將下面四個(gè)支撐油缸桿伸出至地面使履帶離地。操作上穩(wěn)固油缸調(diào)節(jié)手把使上穩(wěn)固油缸頂?shù)较锏理敯澹€(wěn)固好車體。

（3）使用自制的戧柱組件一端頂在鉆機(jī)調(diào)角裝置的連接盤組件上，另一端頂?shù)较锏赖装?，確保鉆機(jī)不會(huì)下滑。

3.3 操作鉆機(jī)

（1）鉆進(jìn)期間，鉆機(jī)司機(jī)必須集中注意力，防止誤操作，而且操作時(shí)不可猛地操作調(diào)節(jié)手把，防止鉆機(jī)產(chǎn)生劇烈顫動(dòng)。

（2）預(yù)防孔內(nèi)事故。在地質(zhì)破碎帶施工鉆孔時(shí)，應(yīng)緩慢鉆進(jìn)，使孔壁盡量保持光滑，一旦出現(xiàn)卡鉆預(yù)兆，應(yīng)立即后退鉆桿并反復(fù)鉆進(jìn)，直至卡鉆現(xiàn)象消失。因故停止打鉆30 min 以上或交接班停鉆時(shí)，要將鉆桿退出5 m 以上，以防埋鉆。

4 針對性安全措施

ZDY4000L 履帶式全液壓坑道鉆機(jī)在大坡度巷道中施工鉆孔時(shí)，嚴(yán)格執(zhí)行“危險(xiǎn)預(yù)知、安全站位、安全確認(rèn)、流程作業(yè)”四位一體標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程[5]，確保施工安全。

（1）操作臺(tái)始終位于鉆機(jī)上方側(cè)，以便鉆機(jī)司機(jī)觀察鉆機(jī)狀況和應(yīng)急處置；鉆進(jìn)期間，接、卸鉆桿人員必須站在鉆機(jī)上方。

（2）挪鉆機(jī)和鉆進(jìn)期間，在打鉆地點(diǎn)上、下兩側(cè)分別設(shè)置警戒，上方警戒距鉆機(jī)不少于5 m，下方警戒距鉆機(jī)不少于10 m。人員通行前必須發(fā)出請求信號，鉆機(jī)司機(jī)停機(jī)進(jìn)行安全確認(rèn)后人員方可通行。

（3）跟班隊(duì)干現(xiàn)場進(jìn)行專盯，確保安全措施落實(shí)到位。

（4）2 臺(tái)及以上鉆機(jī)同時(shí)施工時(shí)，鉆機(jī)之間距離保持不少于50 m。

5 結(jié)語

通過采取上述施工方法和安全措施，安全實(shí)現(xiàn)了ZDY4000L 履帶式全液壓坑道鉆機(jī)在大坡度巷道中施工深孔煤層注水鉆孔，有效保證工作面每個(gè)圓班4.8 m 的回采速度。