氣動遠控卸壓鉆機在濟寧二號煤礦的應用

田 濤 季明昌

（兗州煤業股份有限公司濟寧二號煤礦 山東 濟寧 272072）

0 前言

我國煤礦地質條件復雜。隨著礦井開采深度的加大，發生沖擊地壓災害的礦井數量顯著增加，危害程度也日趨嚴重。近年來我國煤礦沖擊地壓頻繁發生,造成了重大的人員傷亡與財產損失,我國已經成為受沖擊地壓危害最嚴重的國家之一。

目前煤礦防沖的主要措施之一是在煤層中鉆孔以釋放煤層壓力，將鉆孔預測及鉆孔卸壓合并在一起進行。當前用于卸壓鉆孔的工具基本都是巖石電鉆、煤電鉆和一些液壓鉆機，有的配上鉆機專用鉆架，有的直接由人工手持鉆機鉆孔。采用這些設備工作時，操縱人員必須在鉆機附近工作。如德國哈澤瑪格公司的FIV S/H手提式風動鉆機,在一些煤礦應用，取得較好試驗效果。該鉆機有效解決了由于煤質松軟，使用普通煤電鉆施工防突超前鉆孔難以成孔，軟煤層鉆進出現的坍孔、夾鉆、埋桿問題。但是該鉆機仍是手持式氣動鉆機，操縱人員必須在鉆機附近工作。

濟寧二號煤礦與煤炭科學研究總院南京研究所合作開發了煤礦用氣動遠程控制卸壓鉆機。該鉆機的應用可以使施工人員遠離鉆機操縱，保障操縱人員的安全，以免在施工中發生鉆突而造成人員傷亡。該鉆機的推廣應用不僅能推動我國煤礦鉆屑探測礦壓沖擊技術與裝備的發展，而且對于整個煤礦安全生產有著十分重要的意義，將取得巨大的經濟效益和社會效益。

1 主要結構與工作原理

1.1 主要結構組成

該鉆機采用全風動驅動，由推進系統、鉆進系統、阻尼系統、鉆桿自動裝卸系統、輔助支撐系統、氣動系統、監視系統等組成。整機分為主機和操作臺兩部分，如圖1所示。推進系統由氣缸、鋼絲繩組件、夾緊機構等組成。鉆進系統主要由氣動馬達組成。推進系統和鉆進系統時整機的核心系統。阻尼系統主要由雙活塞桿油缸、油箱等組成，與推進氣缸聯動，能夠使推進平穩，并能在停止推進時鎖定推進缸的位置。鉆桿自動裝卸裝置由鉆桿存儲箱、鉆桿平送機構、鉆桿垂直上送機構等組成。輔助支撐系統由水平支撐和豎直支撐組成，用以固定主機。氣動系統由氣控換向閥、手動換向閥、膠管、壓力表、接頭等組成，其中氣控換向閥等安裝于主機處，手動換向閥和壓力表安裝于操作臺處。通過手動換向閥控制氣控換向閥動作，進而控制執行元件的動作，實現遠程控制。監視系統由隔爆攝像頭、控制器、顯示器組成。隔爆攝像頭安裝于主機處，將主機處的情況傳輸并顯示到顯示器，為工人的操作提供支持。主機和操作臺之間通過膠管和隔爆電纜連接。

圖1 氣動遠程控制鉆機

1.2 工作原理

整機運送至鉆孔位置后，停放好主機，將操縱臺移至距主機20-30m外放好并將管路和電纜理順，接好氣源和電源，檢查設備完好性。將推進系統的鉆進方向對準巷道需要鉆孔的位置，利用輔助支撐系統將主機固定在巷道中。裝好第一根鉆桿和鉆頭，啟動監視系統。檢查鉆機各個部位、零件是否完好。將攝像頭對準鉆孔方向，以便實時觀察鉆進時的情況。開孔并緩慢推進，待鉆頭進入煤體一定距離后，加快至額定鉆孔速度。鉆進第一根鉆桿后，操縱控制閥將驅動頭與鉆桿卸開。通過鉆桿自動裝卸系統接入第二根鉆桿，繼續鉆進。如此以往，直至鉆深到達要求為止。在鉆進過程中，發生抱鉆、卡鉆等特征時，立即停止鉆進，旋轉出煤。或通過推進系統將鉆桿回拉后再推進，往復多次，直至鉆進正常。鉆進過程中如發生礦壓沖擊而抱死鉆機異常現象，立即停鉆，人工暫時不要靠近鉆機，觀察并判斷是否有可能發生礦壓突出。判斷暫無礦壓突出，方可以進入處理鉆機故障。

2 現場使用情況

2.1 現場條件

根據濟寧二號煤礦井下的實際情況，該鉆機在濟寧二號煤礦93下07軌順使用。93下07綜采工作面掘進的地面位置位于礦井西南部,南陽湖農場一分廠下方，東南距南陽湖農場二分場110m，西距南陽湖農場680m。井下位置位于九采區中部，南到井田邊界煤柱，北距九采輔助膠帶運輸巷80m，西側的9308工作面已經停采,東部為設計的9306工作面,上方的93上05，93上06，93上08、93上09和 93上10已經回采完畢，93上11工作面正在回采中，93上07工作面正在準備回采。

2.2 使用情況

2011年3月中旬該設備運至濟寧二號煤礦，于綜掘材料庫進行地面試運行和設備操作培訓工作。2011年4月開始下井安裝調試，進行第一階段試運行，為期一個月。第一階段中除暴露鉆桿連接螺紋強度較弱外，各系統功能發揮正常，達到了設計要求。使用期間共鉆孔43個，累計鉆深385m。針對第一階段使用過程中鉆桿出現的問題，經過討論，將鉆桿的連接螺紋形式更改為18×6的矩形螺紋，防止螺紋被咬合。重新設計并完成了鉆桿制造，同時更換了與之配合的鉆進馬達主軸。2011年8月進行第二階段試驗。期間，對設備的整個性能進行了考核，共鉆孔51個，累計鉆深458m。

通過初期使用發現，整機結構設計合理，各部件功能發揮正常，實現了設計目標。然而，也存在一些待改進之處：①整機結構較大，不適應較小工作場合使用；②鉆機不方便移動，輔助時間較長；③進一步優化氣動系統，使之操控性更強。如果上述問題改進后會取得更好的效果，該設備將煤礦井下卸壓施工提供一種安全可靠的無人值守的鉆機。

3 結論

氣動遠控卸壓鉆機采用氣動遠程控制系統，并引入了監視系統，設計理念先進。通過現場使用表明，該鉆機能夠使操作人員遠程操作鉆孔工作，防止打眼過程中在鉆孔處發生沖擊地壓事故時的人員傷亡，提高了沖擊地壓鉆孔施工的安全性，為煤礦安全生產提供了保障。