全液壓坑道鉆機在五溝煤礦地板注漿鉆孔施工中的應用

黃 巖 王慶斌 張 雷

（恒源煤電股份有限公司五溝煤礦，安徽 淮北 235000）

1 引言

目前五溝煤礦地質條件復雜，井下經常需要施工各類鉆孔，其中水文鉆孔和工作面底板加固注漿鉆孔，這兩類鉆孔一般都在鉆場內集中布置，每個鉆孔參數均不相同。這些鉆孔成孔速度快且成孔率要求較高，鉆機搬遷、固定鉆機等輔助工作占用的時間對鉆尺產生很大影響。

ZDY系列煤礦用全液壓坑道鉆機是一種低轉速，大扭矩的深孔鉆機。主要適用于煤礦井下水文孔、地板注漿孔等施工作業。該鉆機采用全液壓動力頭鉆進方式，具有技術、性能先進。適應性強，搬運、移動方便等優點，是煤礦安全生產的必備機具。

2 ZDY3200S型煤礦用全液壓鉆機的主要特點

2.1 液壓系統

2.1.1 液壓系統為雙油泵系統,回轉的轉速和給進壓力等也可獨立手動調節。

通過調節變量馬達的排量來調節回轉速度,可實現恒功率調速。(即轉速越低,扭距越大,輸出功率不變)

通過調節變量泵的排量來調節回轉速度,可實現恒扭距調速。(即轉速變化,扭距不變)。

回轉器反轉的扭距超過正轉的扭距,保證在大扭距鉆進后,仍然能順利擰開鉆桿螺紋。

2.1.2 鉆機的操作方便,操作面板的標識清晰、直觀閱讀說明書后即能操作,無需進行特別培訓。

2.2 主機部分

2.2.1 卡盤

卡盤采用斜楔增力,液壓卡緊液壓松開方式。在卡盤結構上采用了與日本礦研公司FS-60H型水平鉆機(45KW)相似的結構。卡盤選用滾子推力軸承,提高了軸承載荷能力,軸承壽命長,采用鑲有硬質合金齒板的卡瓦夾緊鉆桿。

2.2.2 夾持器

采用雙向作用式夾持器夾持器松開時鉆桿居中,無卡瓦與鉆桿摩擦現象。夾持器與卡盤連接可靠擰卸鉆桿螺紋。

2.2.3 機架

機架升降傾角調節方便,只需扳動四個機架固定手把,操作機架升降操作閥手把,即可方便升降機架。

2.3 液壓系統元件選用

液壓元件采用國內外優質產品.這樣保證了液壓鉆機性能穩定可靠,鉆機效率較高。主變量泵和液壓馬達采用北京華德液壓公司產品。閥,油缸等液壓元件采用上海新液壓元件廠榆次液壓件廠長江液壓件廠產品。液壓管路的快速接頭采用意大利進口產品。

2.4 鉆機由主機動力裝置和操作臺三部分組成各部分有軟管連接,便于施工現場布置和搬運。

3 ZDY3200S型在底板注漿鉆孔施工特點

此類鉆孔是井下保證工作面安全回采的最主要、最常用的手段，在施工地質條件允許時作為首選的施工方法。同時，此類鉆孔具有鉆孔工程量大，部分軟煤層中施工困難等缺點；解決此類難題的主要途徑就要提高施工鉆機的工作效率，而高效實用、能力適中的全液壓鉆機能大大提高了鉆進效率。其優點：

3.1 安全性

ZDY3200S型煤礦用全液壓鉆機采用四根液壓單體壓車，配合鉆機底盤進行穩定鉆機，鉆機自身有放置液壓單體的預留槽，首先把液壓單體固定在鉆機的單體預留槽上，這就保證了由于單體傾倒造成的危險，實現安全生產。

3.2 提高功效

由于該類鉆孔是在鉆場內集中布置的，所以采用鉆機固定在底部轉盤上，采用轉盤快速固定調向裝置，無需二次調向無需重新穩鉆、無需工程技術人員現場放線，鉆機工通過轉盤可以自行快速準確調向，大大提高了鉆探功效和鉆探的準確，同時降低了職工的勞動強度。

4 應用情況

4.1 地質條件

恒源煤電五溝煤礦1018工作面于五溝礦南翼一采區西部。機巷全長1095m，風巷全長1182m，切眼全長95.8m。工作面煤層底板起止標高：-393.80m～-329.62m。工作面基本為單斜構造，根據地面三維地震解釋資料及1016風巷實揭資料綜合分析，面內可能存在多處褶曲。 與該工作面最近的地面水文長觀孔有：水 4（四含）、水 5（太灰）等，井下有 4個太灰放水孔F-1#、F-3#、F-5#等孔。

該面4個地面鉆孔揭露，10煤底板至太原組一灰間距47.10m～57.72m，平均間距為50.79m，巖性以海相泥巖為主，致密完整，裂隙不發育，隔水性較好，除非由斷層或巖溶陷落柱導通，在一般情況下太灰水與10煤層上、下砂巖含水層地下水之間不會發生直接的水力聯系。根據有關資料分析工作面在回采過程中將受：10煤頂底板砂巖裂隙水、10煤下太原組灰巖水、斷層賦導水及地面鉆孔導水的危害。

4.2 鉆孔布置

該工作面回采巷道設計走向長度在1000m左右，巷道寬4.1m，高3.0m左右。因該工作面兩巷受斷層和物探異常區的影響，這就要求對受水災威脅的區域進行底板注漿加固。這就要求在這些受威脅區域施工一鉆場，在鉆場內集中布置一組底板注漿鉆孔進行加固，工作面底板注漿加固后，將10煤至灰巖的有效隔水層厚度從原來的平均50.8m提高到70m，使工作面突水系數降至0.05Mpa/m以下。并在工作面底板注漿加固結束后，采用電法對底板注漿加固的效果進行檢測，確定底板注漿加固是否達到預期效果。平面圖如圖所示：

4.3 鉆探工藝及施工概況

ZDY-3200全液壓鉆機是集，分主機、液壓泵站、集中控制臺三大部分于一體，鉆機最大偏轉角度可達90°，旋轉自如，可以施工位于鉆場內垂直的鉆孔。在鉆場內穩固鉆車采用轉盤快速穩鉆裝置。

①轉盤快速穩鉆裝置的制作

轉盤快速穩鉆裝置采用20mm厚的鋼板制成，分固定盤和旋轉盤，兩盤均為直徑1.5m的圓盤，在圓盤邊緣均勻的打36個直徑為20mm的圓孔，旋轉盤和固定盤分別在圓盤外邊緣焊接4個固定耳，每個固定耳上打一個直徑為20mm的孔。

②快速穩鉆裝置的安裝

固定盤的安裝：根據開孔位置，在鉆場內確定固定盤位置，然后用風錘在4個固定孔位置打鎖腳錨桿，上緊螺絲把固定盤固定住。固定盤固定后，拿掉固定盤軸心螺絲，把旋轉盤套在固定盤軸心螺絲柱上，然后擰上螺絲。鉆機通過起吊錨桿固定在旋轉盤上，用螺絲上緊即可。

③快速準確定向

根據首次放的基準線，需要施工下一個鉆孔時，只需把固定鉆機的螺絲去掉左右旋轉鉆機即可，每旋轉一格即為增加或減少10°，從而達到快速準確定向目的。

鉆孔施工采用φ63.5mm鉆桿直接配備復合片鉆頭，采用水排渣，鉆孔開孔孔徑為Φ133mm，套管孔徑為Φ108mm，套管以下為裸孔，孔徑不大于Φ75mm,套管長度根據地質條件而定，采用壁外和內壁相結合的注漿方式進行注漿固管，固管要求采用2：1的水泥漿使用TGZ－210/160型注漿泵注漿固管，漿量以孔壁返漿2分鐘以上為準。待凝72小時后再掃孔鉆進，要求鉆進超過孔口管1m，然后用清水進行打壓試驗，試驗壓力不小于6.0Mpa，穩壓延續時間不小于10min，試驗不合格嚴禁鉆進。應重新注漿固管，合格后方可鉆進。

5 結論

5.1 ZDY-3200全液壓鉆機作業安全，且配備了快速推進功能，顯著減輕工人的體力勞動。

5.2 結構緊湊，全液壓控制，操作方便靈活，鉆機機動性好，鉆機穩固方便可靠，輔助時間短，液壓系統使鉆進更合理。

5.3 適用性強，全液壓鉆機采用雙泵系統，回轉參數與給進參數獨立調節，提高了鉆機對各種不同鉆進藝的適應能力。

5.4 機械擰卸鉆具、液壓卡盤、夾持器與油缸之間，液壓回轉部分與夾持器之間可聯動操作。自動化程度高，工作效率好，操作簡便輕巧，安全可靠。

[1]ZDY-3200全液壓鉆機的研制.浙江杭鉆機械制造股份有限公司.

[2]石智軍，胡少韻，姚寧平.煤礦井下瓦斯抽采（放）鉆孔施工新技術.北京：煤炭工業出版社，2008.