履帶回轉(zhuǎn)鉆車在煤層注水施工中的創(chuàng)新應用

呂繼恒

（鄂托克前旗長城五號礦業(yè)有限公司,內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 研究內(nèi)容

（1）SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機施工現(xiàn)狀及技術難題；

（2）ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車的實驗研究；

（3）施工工藝改進前后的效果對比。

2 實施方案

2.1 SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機施工現(xiàn)狀及技術難題

現(xiàn)階段SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機主要應用于煤層注水孔及地質(zhì)勘探孔的鉆探施工，由于鉆機良好的機械傳動及液壓鉆進性能，在現(xiàn)場作業(yè)中發(fā)揮了極其重要的作用。由于受施工空間等多因素影響設計采用KHYD155型巖石電鉆鉆進，設計孔深80米。

隨著礦井提升系統(tǒng)和開采技術的優(yōu)化，推采速度加快使SGZ-Ⅲ鉆機在超前注水孔的鉆探施工中漸顯吃力。

（1）鉆機挪移和穩(wěn)固。SGZ-Ⅲ鉆機重920kg,支撐用dw-45單體支柱重90kg。經(jīng)現(xiàn)場施工寫實觀察，由于鉆機本身無行走裝置，挪移時鉆機、單體完全靠人工拖拽，完成一次設備挪移需用時2時20分。

鉆機穩(wěn)固時需將鉆機連接專用工字鋼枕槽，下墊枕木后在四角上用液壓單體支柱支撐。完成一次機體穩(wěn)固（包括拆卸、安裝）需用時1時30分。由于單體內(nèi)充入的是防塵用3Mpa高壓水。支撐力約為14KN, 2302工作面宏觀沖擊危險等級為中等沖擊,較小的支撐力給施工的正常進展造成較大安全隱患。

（2）鉆機的調(diào)整與鉆探。現(xiàn)場實地觀察，鉆機穩(wěn)固后調(diào)整鉆探角度需手動拆除6條立軸緊固螺栓，手動旋轉(zhuǎn)定位后再擰緊螺栓。完成一次角度調(diào)整耗時25分鐘。由于鉆機本身設計問題，鉆探高度無法調(diào)整。只能依靠改變鉆探傾角彌補不足。

鉆進時使用Φ50*1m地質(zhì)鉆桿鉆進，鉆桿間采用絲接連接，連接前需手動纏麻密封，密封不良易導致鉆具漏水。鉆桿填裝時需手動卸除水轉(zhuǎn)軸，填裝較為不便，填裝一根鉆桿平均用時8分鐘。SGZ-Ⅲ鉆機立軸行程500mm，完成一根鉆桿鉆進需要兩次往復行程。鉆進過程中立軸末端與煤幫有0.5-1m的間隙。當鉆進中遇到夾矸或受采動與構(gòu)造應力耦合影響，工作面超前區(qū)應力變大時，鉆桿震顫導致角度偏移，成孔困難，嚴重時會造成鉆具折損傷人事故的發(fā)生。且絲接連接鉆桿無法反轉(zhuǎn)，當塌孔吸鉆時無法快速有效的處理問題。

2.2 ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車的實驗研究

ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車是石家莊中煤裝備結(jié)合礦山巷道等特定條件設計制造的新型架柱式鉆機，應用于巖巷和采煤面超前瓦斯或水的探測。其自身配有導軌和固定導軌的立柱，采取頂天立地的頂緊方式，導軌和立柱之間采用錐軸連接方式，消除了主機和立柱之間的間隙的同時還保證鉆機打孔角度在-20°—+60°范圍內(nèi)可調(diào)。并且?guī)в新膸凶哐b置，具有快速移動、高效鉆進的先進性能。

2.2.1 鉆車使用情況

（1）鉆車挪移和穩(wěn)固。據(jù)現(xiàn)場盯班寫實觀察，鉆車的挪移和穩(wěn)固全由液壓系統(tǒng)來實現(xiàn)，電機與雙聯(lián)齒輪油泵間采用柔性聯(lián)軸器連接，減少了齒輪或皮帶傳動的能量損失，系統(tǒng)壓力可達18Mpa。行走部由引導輪、支重輪、鏈輪和張緊裝置組成。采用高強度組合式密封履帶連，爬坡能力可達18°行走速度最快可達15m/s,完成一次挪移僅需3分鐘。施工效率明顯提高。

鉆車穩(wěn)固采用單立柱式撐緊油缸，采取頂天立地頂緊方式，立柱頂緊力可達80KN。大大提高了施工時機體的穩(wěn)固性及抗壓能力。相比SGZ-Ⅲ鉆機，省去了單體支柱拆卸、安裝的繁瑣工序，完成一次機體穩(wěn)固僅需8分鐘。

（2）鉆車的調(diào)整與鉆探。在立柱總成與推進器總成之間裝有絲杠式斜撐桿，可以通過斜撐桿快速調(diào)整打孔角度，斜撐桿同時起到增強整機強度和剛度的功能，減少打鉆中的顫抖。并且調(diào)整動靜滑輪組可以實現(xiàn)推進總成的上下移動，從而實現(xiàn)鉆探高度的調(diào)整,調(diào)整范圍為1.2m-2.4m。完成一次調(diào)整只需耗時12分鐘。

鉆進時使用Φ76水沖式高效螺旋鉆桿搭配Φ89高強復合刀片鉆頭。鉆桿間采用插接連接，可以實現(xiàn)高效、快速填裝。鉆桿釬尾配有專用O形密封圈，密封緊密不易漏水。經(jīng)現(xiàn)場考察，完成一根鉆桿填裝僅需3分鐘。ZYJ-800/200鉆機推進行程為1300mm,一個行程便可以完成整根鉆桿的鉆進。并且鉆進時導軌可以緊貼煤幫，借助于導向支架的定位作用，可以減輕鉆機鉆進時鉆具的震顫，提高鉆進的精準度，保證成孔質(zhì)量。鉆具回轉(zhuǎn)采用高效液壓擺線馬達，可以實現(xiàn)鉆具的正反轉(zhuǎn)，配合螺旋鉆桿可以最大程度排凈煤粉，降低了因塌孔抱鉆、吸鉆發(fā)生的幾率。

2.3 施工工藝改進前后的效果對比

經(jīng)現(xiàn)場施工寫實調(diào)研上巷59#鉆孔移穩(wěn)鉆車耗時23分鐘，角度調(diào)整耗時12分鐘，共計耗時35分鐘。而同期使用SGZ-Ⅲ鉆機施工的56#鉆孔移穩(wěn)鉆機共耗時3時50分鐘，角度調(diào)整耗時32分鐘共耗時4時22分。改進新鉆探工藝后移穩(wěn)鉆機節(jié)省用時3時47分鐘。

本次數(shù)據(jù)比較共采集兩組14個鉆孔的鉆探耗時數(shù)據(jù)，通過分析使用SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機完成一個鉆孔平均耗時4.86（班），使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車完成一個鉆孔平均耗時3.43（班）。每完成一個鉆孔節(jié)省用時1.43（班）。使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉(zhuǎn)鉆車的鉆探效果立竿見影。

3 效益分析

該項目的研究實施，很大程度上提高了工作面超前煤層注水孔的施工效率，同時與卸壓孔相近的鉆探方式施工鉆孔具有良好的卸壓解危效果，保證了工作面的安全快速推采，保障職工身體健康和工作面安全生產(chǎn)，具有極大的經(jīng)濟效益和安全效益。