瓦斯抽放鉆機快速移動裝置的設計與試驗

鄯夢濤

（上社二景煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045100）

引言

一直以來，煤炭安全生產備受煤炭企業的關注。瓦斯作為煤炭安全生產的主要威脅，尤其是對于高瓦斯礦井而言，瓦斯處理不當將會導致煤礦毀滅性的損失。目前，針對瓦斯的防治主要從通風和抽采兩方面著手實施。其中，瓦斯抽采的應用一方面可降低工作面瓦斯濃度，降低通風系統的負擔，從而達到節約成本的目的；另一方面基于瓦斯抽采可以實現對瓦斯的再利用。瓦斯抽采的關鍵環節為打鉆，打鉆的速度和鉆孔的質量直接決定工作面瓦斯的抽采效果[1]。為了降低打鉆的勞動強度，確保瓦斯的抽采效率，需提高鉆機的移動速度。本文著重研究并設計了鉆機的快速移動裝置，并對其工業性試驗效果進行了驗證。

1 抽采鉆機及快速移動裝置概述

工作面通過抽采工藝降低其瓦斯濃度，該工藝手段早在20 世紀80 年代就開始實施，也就是說瓦斯抽采鉆機的歷史可追溯至20 世紀80 年代。對于國外而言，以澳大利亞孔底馬達鉆機和日本雙重管鉆機、德國的智能坑道鉆機為代表。但是，孔底馬達鉆機不適用于我國巷道斷面較小的工作面，馬達鉆機的鉆進效率低，而智能坑道鉆機的成本較高。因此，需研制適應于我國綜采工作面的鉆機。

目前，在我國綜采工作面應用較為廣泛的鉆機主要包括有履帶式鉆機、全液壓坑道鉆機兩種。其中，履帶式鉆機沒有回轉平臺，鉆孔傾角小且價格相對昂貴等，與全液壓坑道鉆機相比較應用較少[2]。本文主要研究MK 系列的全液壓坑道鉆，其實物見圖1。

圖1 全液壓坑道鉆機實物圖

針對全液壓坑道鉆機的移動可采用單軌吊法、鉆機自身動力前移法和手動葫蘆法實現。而且，針對全液壓坑道鉆機而言，主要以手動葫蘆法為主。對于該系列的MKD-5 和MKD-6 鉆機由于其質量和體積均較大，作業人員在工作面搬運該設備困難較大、效率較低，而且采用吊鏈和手動葫蘆移動鉆機時容易導致錨桿被拉斷，進而影響工作面巷道的支護效果[3]。隨著工作面采煤效率的不斷提升，傳統的拉葫蘆法已經不適用于對大型鉆機的移動。因此，需要為該系列的MKD-5 和MKD-6 鉆機設計相應的快速移動裝置。

2 快速移動裝置的總體設計

2.1 快速移動裝置總體設計要求

1）快速移動裝置需適應我國綜采工作面的特點，并以目前相對成熟的技術為基礎，提高快速移動裝置設計的科學性、可靠性和實用性；

2）要求所設計的快速移動裝置具有質量輕、良好的防爆性能且安裝方便的特點；

3）在設計時，要求充分利用現有成熟技術。

2.2 快速移動裝置總體設計方案

為了確保快速移動裝置的適用范圍，需分別針對有軌巷道和無軌巷道設計快速移動裝置。本文主要針對有軌巷道設計對應的快速移動裝置，具體總體設計方案如下頁圖2 所示。

3 快速移動裝置的設計

3.1 滑靴的設計

滑靴作為快速移動裝置支撐MK 系列鉆機的主要裝置，要求滑靴具有足夠的強度，以確保其安全性。為確保滑靴功能的實現，所設計的滑靴結構包括有支撐座、支撐板、筋板、銅墊等[4]。結合以往設計經驗，在設計過程中需注意以下問題：

圖2 快速移動裝置總體設計

1）當將固定裝置安裝于滑靴和軌道內側時，容易導致鉆機出現偏倚和傾斜的現象；

2）當滑靴材質選擇不當時，容易導致滑靴過重，增加作業人員勞動強度的同時，降低移動效率；

3）應避免將鉆機的全部承重壓在枕木上，從而導致滑靴和枕木之間的摩擦系數較大，不容易被移動，從而降低移動效率。

綜合考慮上述因素，將滑靴的支撐座分別置于移動裝置軌道的兩側，此方式既能夠將鉆機的質量分布在軌道和枕木上，還能夠避免鉆機的傾斜和偏移；在連接板腺下安裝銅墊，避免移動時火花的產生。具體滑靴的裝配示意圖如圖3 所示。

圖3 滑靴裝配示意圖

3.2 卡軌的設計

卡軌作為快速移動裝置在巷道內移動的支撐點，其性能也直接決定快速移動裝置對鉆機的移動效率[5]。結合以往設計經驗和實際應用中存在的問題，設計如圖4 所示的卡軌。

所設計卡軌的關鍵參數如表1 所示。

圖4 卡軌裝配示意圖

表1 卡軌關鍵參數

4 快速移動裝置的工業性試驗

為了確保所設計快速移動裝置在綜采工作面確保MK 系列鉆機的移動效果，將其應用于實際生產的綜采工作面，并驗證應用快速移動裝置后鉆機的移動速度和作業人員的勞動強度。

工業性試驗的場所情況簡介：該工作面平均傾角為10°，最大傾角為15°，最小傾角為3°，工作面煤層厚度范圍在6.2～7.2 m 之間，頂板以砂巖和泥巖為主，老頂以粉砂巖為主，底板以泥巖和砂巖為主。而且，該工作面的瓦斯涌出量異常。

首先根據將所設計的快速移動裝置與其所服務的MK-6 裝配，并采用封閉式牽引機構實現對快速移動裝置的工業性試驗。工業性試驗結果如下：

1）經實踐表明，此類快速移動裝置在工作面與鉆機裝配所需的時間僅為18 min，而平均一次移動MK-6 鉆機所需時間僅為35.6 min。與以往MK-6 鉆機的移動情況相比較而言，大大提升了鉆機的移動速度，就鉆機移動時間來看，基于快速移動裝置可平均節約30min 的時間，大大提升了鉆機的移動效率。而且，快速移動裝置的安裝僅需要不到20 min 的時間，間接地提升了移動裝置的工作效率。

2）基于快速移動裝置對鉆機移動的過程中，各個零部件之間的連接并未出現故障，說明快速移動裝置具有較好的可靠性和安全性；

3）采用封閉式牽引機構可大大減小作業人員的勞動強度。

5 結語

一直以來，瓦斯都是威脅綜采工作面礦井安全生產的主要因素。工作面采用瓦斯抽采一方面能夠對瓦斯進行治理，另一方面能夠降低通風系統的工作負荷，降低設備的耗電量。為進一步提升瓦斯抽采的效率，以MK 系列鉆機移動困難、效率低的問題為研究對象，為其設計相應的快速移動裝置。經實踐表明，采用快速移動裝置后大大提升了鉆機的移動速度和效率，同時降低了作業人員的勞動強度。此外，所設計的快速移動裝置的可靠性和安全性滿足《煤炭安全規程》的相關規定。