瓦斯抽采深孔履帶鉆機的研制與應用

馮 強

（1.太原理工大學 礦業工程學院，太原 030024；2.晉城煤業集團 寺河礦,山西 晉城 048000）

1 研制概況

寺河煤礦是大型礦井，瓦斯賦存和涌出量大，地質條件復雜，目前主采3號煤層，平均厚度6.5 m，掘進工作面巷道為矩形，一般寬5 m、高3.8 m。瓦斯抽采主要采用定向鉆機，見圖1，鉆機采用孔底馬達鉆進，實現鉆孔定向化和“人機對話”的目的。

圖1 寺河煤礦瓦斯采用的定向鉆機

寺河煤礦掘進工作面局部抽采及消突鉆孔主要采用西安院及重慶院生產的鉆機，最初該鉆機為解體式，主要由主機、泵站、操作臺三部件組成，見圖2，井下搬運很不方便、工人勞動強度大；該鉆機開孔高度0.5～2 m，很難在掘進工作面斷面上實現均勻布置鉆機，抽采效果不很好。

圖2 西安院及重慶院生產的鉆機

寺河礦經過改造之后，給鉆機裝備了履帶，將主機、泵站、操作臺、泥漿泵全都放置于履帶平臺上，見圖3，實現了鉆機行走，節約了搬家時間、減少了工人勞動強度；但是由于主機在履帶平臺上的位置固定，造成鉆孔的局限性大，掘進工作面迎頭鉆孔時，鉆孔呈“倒錐形”，經常造成工作面迎頭出現“傘檐”，施工作業不安全；再者，鉆機開孔高度、鉆孔角度的調整，仍用調整四根立柱的螺絲、費時費力，鉆機開孔高度局限在1.5～2.3 m的高度，對工作面1 m以下的軟煤、破碎煤無法鉆孔，不能很好地解決掘進工作面迎頭的瓦斯問題，此鉆機只適于綜采工作面順層鉆孔的施工。

圖3 初步改造后的履帶式鉆機

2012年，寺河礦與晉城天巨重工合作，采用鏟車結構原理，開發研制瓦斯抽采深孔履帶鉆機，實現掘進工作面迎頭均勻布孔的目標，開孔高度0.8～3.5 m高度，大大減小了工人勞動強度、操作方便，效果很好，見圖4。

圖4 合作研制的瓦斯抽采深孔履帶鉆機

2 瓦斯抽采深孔履帶鉆機的創新亮點

1）鏟車的升降機構用于鉆機上。利用鏟車能升降的優勢實現了鉆機的升降功能，并解決了升降的穩定性及安全性問題。使鉆機最低可開孔0.8 m，見圖5。該鉆機最高開孔高度3.5 m，見圖6。

圖5 鉆機的最低開孔高度簡圖

圖6 鉆機的最高開孔高度簡圖

2）進口擺動油缸新技術用于鉆機的方位角度調整，簡化了機構設計、增加了鉆機的靈活性。通過鏟車油缸調整鉆孔傾角，通過擺動油缸調整鉆孔方位，見圖7。

圖7 鉆機的鉆孔傾角及方位的調整簡圖

3）鉆機整機的液壓系統采用進口負載敏感+比例控制閥，全液壓傳動、無級調速，可滿足不同的鉆進工藝，而且系統具有能耗低、操作快捷準確、工作穩定可靠、發熱低等優點。

4）該鉆機結合現有的履帶式鉆機移動方便的特點，解決了井下鉆機搬遷難的問題，大大降低了操作者的勞動強度；不需進行太多的拆卸安裝，減少了工作面的準備時間，提高了生產效率。

5）鉆機配套的泥漿泵采用液壓馬達直接驅動，實現了泥漿泵的體積小巧、控制簡便，泥漿泵整體安裝于鉆機平臺上，便于施工作業的高效快捷。

3 試制結果

1）2012 年，新鉆機在寺河煤礦東四盤區43043工作面迎頭試驗，現場總施工鉆孔214個，總進尺25 625.5 m。鉆孔成孔孔深≥110 m的鉆孔成孔率達80%；成孔孔深≥150 m的鉆孔成孔率達53%。濃度為40%以上的鉆孔比例為73%。鉆機每班的平均施工進尺為124.5 m（其它鉆機平均每班施工進尺為76.5 m），試驗效果良好。

2）由于鉆機具有很高的巷道覆蓋率，開孔高度在0.8～3.5 m之間自由控制，實現了掘進工作面迎頭鉆孔的均勻布置，減少了鉆孔之間串孔現象，大大提高了瓦斯抽采效果。通過擺動油缸調整主機，在鉆車不動機體的情況下可實現巷道兩側幫孔的施工。大大增加了鉆機的適用性。2013年我礦大力推廣該鉆機，目前井下每班采用鉆機達10臺，運行效果良好。

3）經濟及社會效益分析：施工安全方面，鉆機采用自動上下鉆桿裝置，工人接換鉆桿時無需頻繁地上下機組、就可方便實現，大大的縮短了打鉆時的輔助時間，提高了作業效率，降低了勞動強度，提高了作業安全。采用液壓控制的泥漿泵，作業時工人只需扳動操作手柄就可輕松控制泥漿泵開停，方便了操作工作。鉆機升降機構使鉆機現場作業具有很強的覆蓋性，巷道工作面迎頭和兩幫可實現完全覆蓋，有力保證了現場鉆孔的成孔效率。使用效益方面，大大降低了密集區域鉆孔施工時的“串孔、堵孔”現象，降低了鉆孔一輪又一輪補孔，從而減少了人工投入，節約了抽放成本、提高抽放效果；鉆孔成孔率、抽采的瓦斯濃度也明顯提高，縮短了抽放時間，保證了短期內巷道順利掘進，有效緩解了寺河煤礦采掘銜接緊張的局面，產生的直接經濟效益相當可觀。此鉆機有很高的推廣性。