新型探放水鉆機的應用研究

張 強

（陽泉煤業集團翼城堡子煤業有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

探放水鉆機作為煤礦井下鉆進作業的核心設備其工作時的效率和穩定性直接決定了探放水作業的安全性和經濟性，但目前所應用的鉆機多是常規的分體式鉆機，該類鉆機主要是用于進行瓦斯抽放作業時的鉆孔需求，質量大、鉆進速度慢、移動困難，單次只能鉆一個孔，因此嚴重制約了井下探放水作業的效率和經濟性，限制了井下巷道掘進作業效率的進一步提升。因此，本文提出了一種新型的探放水鉆機，不僅降低了井下探放水鉆孔時的勞動效率而且有效地提升了鉆進速度，確保了鉆孔作業的效率和經濟性，對提升井下綜采作業安全和作業效率具有十分重要的意義。

1 探放水鉆機整體結構

根據煤礦井下探放水作業的實際需求，既要保證探放水作業時鉆孔的便捷性，又要保證鉆孔作業時的效率和穩定性，因此本文提出了將作為執行機構的鉆車和作為動力源的泵車相互分離的方案，即確保了系統的完整性，又確保了在井下狹窄空間內移動的便捷性，井下鉆車的主體結構如圖1所示[1]。

圖1 井下探放水鉆機結構示意圖

由圖1可知，該鉆機主要包括了旋轉裝置、夾持器、回轉裝置、主進裝置等。該鉆機的主體部分為回轉器，該回轉器包括液壓馬達、變速器及卡盤等，為了確保工作時的靈活性和可靠性，該液壓卡盤采用了執行液壓缸夾緊、彈簧機構復位的結構，能夠靈活的選擇不同形式的卡盤結構，從而滿足不同工況下的探放水鉆進作業需求[2]。在變速器內采用了直通式的主軸裝配結構，該裝配結構能夠靈活的拆卸主軸，便于進行更換和調整。為了確保鉆進作業的鉆進穩定性和鉆進效率，采用了變量柱塞泵變量馬達，能夠自動和手動對馬達排量進行調整，滿足各類工況無級變速的工作要求。

2 探放水泵車整體結構

該泵車主要包括液壓泵、冷卻裝置、電機泵、操作臺、油箱、啟動器、履帶車體等，其整體結構如圖2所示[3]。

圖2 探放水泵車結構示意圖

該泵車的電機泵主要包括本質安全型防爆電機和一個串聯的泵體構成，該串聯泵下側設置一個泵座，通過該結構和防爆電機相連接，在電機的驅動下串聯泵從油箱內吸出高壓油液，并通過控制裝置和管路系統傳輸到不同的執行機構內，進而控制鉆進的運行。行走機構設置在泵車的后側，能夠便于井下轉移位置時，作業人員的操作，控制系統通過電磁啟動器來實現對泵車運行情況的控制，滿足在煤礦井下不同地質條件下的移動靈活性的需求。

該泵車行走機構采用了履帶車體結構[4]，整個行走部分還包括了減速器、車體部分，履帶機構采用了低摩擦滑動結構，同時驅動機構采用了高可靠性的液壓馬達，能夠適應煤礦井下惡劣的工作環境，泵車的車體采用了高強度合金板焊接而成，能夠確保在落石沖擊下工作的穩定性和可靠性。

該探放水鉆機的液壓系統采用了四泵串聯的控制模式，包括行走驅動機構、鉆機系統、水路系統等，能夠實現對系統的統一控制，鉆機鉆進具有沖擊力小、鉆機力矩大，破石效果好的優點。

3 探放水鉆機的工業應用

為了對該探放水鉆機的應用效果進行分析，將該探放水鉆機在煤礦井下進行實際探放水作業，在驗證過程中共完成了8次探放水鉆孔的鉆進，鉆孔的最大深度超過210 m，在鉆進過程中當采用靜壓水當作鉆進沖洗液時，鉆機能夠在1.9 h內完成深度為150 m的鉆孔。當鉆機啟動雙注漿同時鉆進作業時，能夠在1.5 h內完成全部2個深度為150 m的鉆進作業，通常情況下采用人工鉆孔，完成2個深度為150 m的鉆孔至少需要6 h，因此采用新型探放水鉆機后其鉆進效率提升了4倍以上，極大地提升了煤礦井下鉆進作業的速度。

在鉆進過程中，針對轉軸I和轉軸II在高速鉆進作業時的負載特性進行了分析，結果如圖3所示。

由圖3可知，當探放水鉆機在高速運行時，其轉軸I和轉軸II的運行轉速均大于290 r/min，對應扭矩大于335 N·m，滿足在運行情況下的掘進作業需求，而且經過對鉆機在空載運行狀態下鉆機的鉆進穩定性分析，該探放水鉆機，在運行時扭力輸出穩定性高，扭力穩定值比傳統鉆機提升了35%以上。

4 結論

1）該探放水鉆機將作為執行機構的鉆車和動力源的泵車，相互分離，既確保了系統的完整性，又確保了在井下狹窄空間內移動的便捷性；

2）該探放水鉆機的液壓系統采用了四泵串聯的控制模式，能夠實現對系統的統一控制，鉆機鉆進具有沖擊力小、鉆機力矩大，破石效果好的優點。

3）新型探放水鉆機鉆進效率比人工作業提升了4倍以上，提升了煤礦井下鉆進作業的速度，且運行時扭力輸出穩定性高，扭力穩定值比傳統鉆機提升了35%以上。

圖3 回轉器運行特性示意圖