鉆機除塵注漿護孔裝置設(shè)計改造

沈君東，張雪城，丁 鵬

（新疆安順達礦山技術(shù)工程有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

1 項目背景

大南湖二號露天煤礦火燒區(qū)東西長約3800m，南北寬約1800m，火燒面積大約7.06km2，該巖段在三維空間的分布形態(tài)較為復(fù)雜，燒變巖厚0～87.55m，最深為87.55m。

火燒區(qū)巖體巖石密度較小（約為1.7t/m3）呈紅褐色，屬易碎裂巖石，耐凍性差，抗風(fēng)化能力弱。巖體裂隙、孔隙相對發(fā)育，結(jié)構(gòu)面粗糙，巖體完整性差，同時巖石中存在大量燒變程度較高、較硬的孤石（局部燒變成黑色、青色），巖段巖石質(zhì)量以極劣為主，巖體破碎，穩(wěn)固性差。

大南湖二號露天煤礦剝離開采工藝采用單斗—卡車間斷開采工藝，采煤開采工藝采用單斗—卡車—半移動式破碎站—帶式輸送機半連續(xù)開采工藝，煤系地層上覆剝離及層間厚層剝離的標準臺階高度10m，即火燒區(qū)正常臺階高度為10m。

現(xiàn)場采用恒特HT150型一體化潛孔鉆機、SWD138型一體化潛孔鉆機及龍工一體化潛孔鉆機進行火燒區(qū)鉆孔作業(yè)，由于巖石性脆易碎，鉆孔過程中風(fēng)機吹渣壓力過大會導(dǎo)致炮孔吹成空洞，提桿后炮孔下部坍塌，無法裝藥；風(fēng)機吹渣壓力小了也會導(dǎo)致孔內(nèi)碎渣太多，提桿后炮孔坍塌，無法成孔；造成現(xiàn)場鉆孔成孔率低，孔深達不到設(shè)計要求，裝藥困難，爆破效果差。

前期采用臺階分層爆破，同時將孔距、排距、鉆孔直徑進行調(diào)整試驗，鉆孔成孔率增加的同時，增加了鉆孔密度，有效對未知焦結(jié)塊進行鉆孔，但同時出現(xiàn)新的問題，鉆孔密度增加后，每到焦結(jié)塊區(qū)域鉆孔時，現(xiàn)有潛孔鉆機仍無法有效成孔，形成孤石，需破碎錘二次處理，無法根本解決火燒區(qū)鉆爆問題。

目前火燒區(qū)正位于采場推進方向，無法解決鉆孔爆破問題，將直接影采場剝離及采煤工作，開展鉆機除塵、注漿護孔裝置設(shè)計改造勢在必行。

2 同類研究現(xiàn)狀

當前國內(nèi)外同類燒變巖石作業(yè)大多采用單一分層爆破作業(yè)形式，利用潛孔鉆機進行淺孔鉆孔作業(yè)，根據(jù)鉆孔深度進行爆破采裝，清理平整工作面再次進行淺孔鉆孔和爆破作業(yè)，如此循環(huán)進行，效率低下，重復(fù)作業(yè)耗費大量的人力物力，而且無法達到有效的鉆孔深度導(dǎo)致爆破效果差，挖運后易形成大塊和孤石，處理更加困難，且安全隱患較高。

進行鉆機除塵、注漿護孔裝置設(shè)計改造，燒變巖石鉆孔時，通過注漿裝置不斷向孔壁注入加入防塌劑的泥漿，泥漿中的防塌劑通過吸附作用吸附在孔壁表面，形成一層良好的吸附層，抑制巖石的膨脹分散，使得原來擠壓過后的孔壁更加密實光滑，以此達到保護炮孔的作用，鉆孔深度可達到設(shè)計要求（10m左右），能正常按設(shè)計孔排距鉆孔，炮孔更加均勻，爆破作業(yè)后直接可進行全臺階采裝，不易留有大塊孤石，從根本上解決了燒變巖石及同類巖石作業(yè)困難的問題。

而且當前國內(nèi)外礦山采用潛孔鉆機多為單一干式除塵或者濕式除塵，無法達到完全抑制粉塵的效果，目前的解決措施也多為鉆機內(nèi)部想辦法，未進行外部加裝設(shè)備改造，但通過鉆機除塵注漿護孔裝置的安裝，創(chuàng)新性實現(xiàn)外部作用達到護孔及干式、濕式共同作用除塵的創(chuàng)舉，效果明顯。

3 設(shè)計改造原理

通過對火燒區(qū)燒變巖進行取樣化驗，分析火燒區(qū)燒變巖成巖機理及鉆機鉆孔原理，確定鉆孔過程成孔率低及塌孔率高的原因主要是燒變巖巖石較破碎，目前鉆機主要采用吹出沖擊式原理（鉆機空壓機產(chǎn)生的壓力及氣流通過鉆頭四周的小孔將產(chǎn)生的巖屑從孔底向上吹出孔外），沖擊震動壓力及氣流的作用導(dǎo)致孔壁周邊的燒變巖更加松散、破碎、易坍塌，無法成孔問題嚴重。

根據(jù)此情況現(xiàn)對鉆機設(shè)備方面進行試驗研究，設(shè)計一款注漿護孔裝置，內(nèi)部加裝泥漿泵及攪拌泵，在裝置內(nèi)加入清水及防塌劑通過攪拌泵進行攪拌形成具有防塌劑的泥漿，再通過泥漿泵將攪拌好的泥漿輸送到孔口，通過鉆桿旋轉(zhuǎn)擠壓，將泥漿壓入鉆孔孔壁四周的縫隙，達到保護炮孔的作用。

目前對一體化鉆機山河智能SWD138 設(shè)計增設(shè)除塵注漿護孔裝置，在鉆機鉆孔過程中產(chǎn)生的巖屑通過鉆桿旋轉(zhuǎn)擠壓，壓入鉆孔孔壁四周的縫隙，再通過注漿裝置不斷向孔壁注入加入防塌劑的泥漿，泥漿中的防塌劑通過吸附作用吸附在孔壁表面，形成一層良好的吸附層，抑制巖石的膨脹分散，使得原來擠壓過后的孔壁更加密實光滑，以此達到保護炮孔的作用，同時注漿過程中可吸附鉆孔產(chǎn)生的粉塵，達到干式、濕式共同作用的除塵效果，解決火燒區(qū)等破碎巖石的鉆孔爆破及粉塵危害難題。

4 設(shè)計改造方案

設(shè)計制作注漿護孔裝置，內(nèi)部加裝泥漿泵及攪拌泵，在裝置內(nèi)加入清水及防塌劑通過攪拌泵進行攪拌形成具有防塌劑的泥漿，再通過泥漿泵將攪拌好的泥漿輸送到孔口，通過鉆桿旋轉(zhuǎn)擠壓，將泥漿壓入鉆孔孔壁四周的縫隙，達到保護炮孔的作用。

如圖1 所示：注漿護孔裝置內(nèi)部主要包含泥漿泵、攪拌泵和攪拌桿三個部分。其中泥漿泵和攪拌泵均為液壓驅(qū)動，可直接連接在鉆機設(shè)備液壓驅(qū)動上。攪拌泵連接攪拌桿，可將裝置內(nèi)泥漿攪拌均勻；泥漿泵外接輸送管，可將裝置中泥漿直接輸送至鉆機作業(yè)炮孔，達到注漿護孔及除塵作用。鉆機注漿護孔裝置安裝示意圖如圖2所示。

圖1 鉆機注漿護孔裝置安裝三視圖

圖2 鉆機注漿護孔裝置安裝示意圖

鉆機注漿護孔裝置工作過程：在鉆機鉆孔過程中產(chǎn)生的巖屑通過鉆桿旋轉(zhuǎn)擠壓，壓入鉆孔孔壁四周的縫隙，再通過注漿裝置不斷向孔壁注入加入防塌劑的泥漿，泥漿中的防塌劑通過吸附作用吸附在孔壁表面，形成一層良好的吸附層，抑制巖石的膨脹分散，使得原來擠壓過后的孔壁更加密實光滑，以此達到保護炮孔的作用，同時注漿過程中可吸附鉆孔產(chǎn)生的粉塵，達到干式、濕式共同作用的除塵效果。

5 目前取得成效

目前，大南湖二礦鉆機除塵注漿護孔裝置設(shè)計改造已趨于成熟，滿足采場原煤及巖石鉆孔作業(yè)需求，干式、濕式共同作用的抑塵措施，也極大地防范了職業(yè)健康問題的發(fā)生。

通過本鉆機除塵注漿護孔裝置設(shè)計改造，使得原煤鉆孔生產(chǎn)環(huán)節(jié)的煤塵濃度符合安全標準，消除了煤塵燃燒等重大安全隱患，確保生產(chǎn)安全。

同時通過使用鉆機除塵注漿護孔裝置，將火燒區(qū)鉆孔成孔率由原來的50%提高到90%以上，減少重復(fù)鉆孔爆破問題。目前火燒區(qū)年爆破量約500×104m3計算，每立方米爆破成本按3.1 元計，全年節(jié)約重復(fù)爆破成本約（90%～50%）×500×3.1=620 萬元，提升經(jīng)濟效益明顯，更重要的是解決了長期困擾的火燒區(qū)爆破采裝困難及鉆孔粉塵治理問題，極大地提高了火燒區(qū)標準化水平，隱形效益明顯。

粉塵污染的治理也是我國環(huán)境治理的重要目標之一，煤炭粉塵污染在煤炭行業(yè)具有相當?shù)钠毡樾?。鉆孔抑塵技術(shù)在二礦的成功實施，不僅可帶來相當?shù)慕?jīng)濟和社會效益，且可作為治理煤炭行業(yè)粉塵的思路和方法，具有行業(yè)推廣價值。