陳四樓煤礦井下掘進工作面開孔定位儀的研究與應用

張新龍

（河南能源化工集團永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 研究背景

陳四樓煤礦在井下煤巷掘進工作面進行區域驗證時，以往的要求是由掘進工作面驗收員負責放線，確定驗證鉆孔開孔距煤墻幫距離和開孔夾角、傾角、巷道中心線、開孔高度等參數。由于井下作業環境限制，通過放線確定鉆孔開孔位置和角度費時費力，同時由于放線人員個人業務技能水平和責任心限制，極易造成開孔位置偏差，造成井下驗證數據不準，區域預測失效，給安全生產埋下隱患。陳四樓煤礦為了解決上述難題，經過多方嘗試，研制出了一種適用于煤巷掘進工作面區域預測開孔定位的儀器。

2 開孔定位儀組成及工作原理

2.1 開孔定位儀結構組成

開孔定位儀主要由定值桿、固定桿、坡度規和墻托等組成。定值桿包括定值桿1 和定值桿2（如圖1 所示），定值桿1 和定值桿2 上均垂直焊接坡度規（坡度規型號為KP-200 型礦用坡度規），定值桿1 與固定桿3 焊接處以及定值桿2 與固定桿3焊接處均焊接有墻托5。

2.2 開孔定位儀應用原理

井下掘進工作面區域預測前，井下驗證人員使用開孔定位儀進行鉆孔開孔定位。用開孔定位儀墻托5 頂住巷道煤墻幫，定值桿1 緊貼掘進工作面迎面墻煤壁，定值桿1 與定值桿2 夾角為110°，定值桿2 與巷道煤墻壁的夾角即為±70°。當預測鉆孔開孔時，直徑42 mm 麻花鉆桿沿著長度0.5 m、定值桿2 所示方向，即為開孔夾角±20°，鉆孔終孔深度10 m，終孔點位于巷道兩幫輪廓線外2.92 m，距幫0.5 m（如圖2），符合《防治煤與瓦斯突出細則》第八十九條其他鉆孔的終孔點應當位于巷道斷面兩側輪廓線外 2～4 m 規定[1]。

圖1 開孔定位儀元件組成

圖2 開孔定位儀驗證鉆孔終孔位置

3 主要關鍵技術特點

3.1 開孔定位儀的結構參數

定值桿1 和定值桿2 均采用直徑為10 mm 螺紋鋼制作而成，長度均為0.5 m；固定桿3 采用直徑為10 mm 螺紋鋼制作而成，長0.82 m；墻托5 采用直徑10 mm 的螺紋鋼制作而成，長0.05 m。墻托5分別與其對應的定值桿1 或定值桿2 成90°夾角，定值桿1 與定值桿2 夾角110°。

3.2 開孔定位儀各部件及技術功能

（1）定植桿。定值桿1 和2 長度均為0.5 m，保障鉆孔開孔位置距離巷幫0.5 m。定值桿1 與定值桿2 焊接夾角110°，施工預測鉆孔時，直徑為42 mm 麻花鉆桿沿著定值桿2 或定值桿1 所示方向，即為開孔夾角±20°。

（2）固定桿。固定桿3 長度0.82 m，固定桿3和定值桿1、定值桿2 首尾焊接成三角結構，固定支撐開孔定位儀結構穩定性。

（3）墻托。墻托5 長0.05 m，保障開孔定位儀銳角緊貼巷幫，預測鉆孔開孔位置距離巷幫0.5 m。

（4）坡度規。坡度規采用型號為KP-200 型礦用坡度規，與定值桿1、定值桿2 均垂直焊接，測量鉆孔開孔傾角大小。

4 應用效果

（1）在人員行為上，克服現有技術的不足，提供一種不需要工作人員有太繁瑣的操作步驟、解決人員放線不準確問題的煤礦掘進工作面區域鉆孔實用型工具，確保了鉆孔施工深度、開孔位置的準確性。開孔定位儀的應用從解決煤礦井下實際問題的角度出發，不僅打破了煤礦職工舊有的工作模式和工作方法，還同時提高了職工創新意識和創新思路，給以后的礦井實用性創新思維模式、安全生產打下了堅實基礎。

（2）在工作效率上，以掘進工作面區域預測為例，傳統的鉆孔開孔高度、距巷幫距離、鉆孔傾角、鉆孔夾角、巷道中心線的確定都需要井下工作面驗收員放線、拉線，需多人配合，同時還要保障拉線、放線位置的準確性，用時需10 min 以上。而采用鉆孔定位儀只需測量鉆孔的開孔高度和確定巷道中心線位置，用時僅需5 min，（10-5）÷10=0.5，至少提高了50%的工作效率，同時還避免了因為人員技術水平低造成的重復拉線、放線問題，保障了預測數據的準確性和真實性，給井下掘進工作面安全生產提供了更有力的和更省時省力的新的工作方法。

（3）在安全系數上，開孔定位儀的應用杜絕了弄虛造假現象的發生，保障了預測數據的準確性和真實性，為礦井的綜合瓦斯治理、抽采達標提供了強有力的保障和數據依據，奠定了礦井安全生產的基石。

5 結 語

陳四樓煤礦井下掘進工作面開孔定位儀的應用，打破了傳統的掘進工作面開孔定位方式，使驗收人員從枯燥、繁復的工作中釋放出來，極大程度地提高了井下掘進工作面區域預測效率和安全系數，為礦井的安全高效生產提供了有力保障。