礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備研制分析

張曉華

[摘 ? ?要]文章結合礦山生產的基本情況，對礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備研制進行分析，主要對礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備進行研究，包括總體方案設計、救援提升車的設計以及救生艙的相應設計，從而滿足礦山救援的基本需求，全面提升礦山救援的能力，降低安全隱患，確保礦山的安全生產，避免各類事故帶來嚴重的人員傷亡事件。

[關鍵詞]礦山地面;大直徑;鉆孔;救援;提升;裝備研制

[中圖分類號]TD774 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）03–00–03

Development and Analysis of Rescue and Lifting Equipment

for Large-Diameter Boreholes in Mine Ground

Zhang Xiao-hua

[Abstract]Based on the basic situation of mine production， the article analyzes the development of rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， mainly studies the rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， including the overall scheme design， including the corresponding design of the rescue lifting vehicle ， including the corresponding design of the rescue cabin， so as to meet the basic needs of mine rescue， comprehensively improve the ability of mine rescue， reduce potential safety hazards， ensure the safe production level of the mine， and avoid serious casualties caused by various accidents.

[Keywords]mine ground; large diameter; drilling; rescue; lifting; equipment development

1 礦山事故鉆孔救援技術現狀

1.1 緊急避難場所選址

礦山生產中容易受到諸多因素的影響，進而造成火突、突水、冒頂和塌陷等災害，同時這類災害也是深井開采中常見的問題。而且，這些事故的危害相對較大，給礦山帶來嚴重的經濟損失。所以，為了滿足礦山安全生產要求，需要對緊急避難場所進行選擇，選擇適宜的緊急避難場所，確保該場所具有較高的安全系數，當災害發生時，如果有工作人員無法及時撤回到地面，就可以在緊急避難場所進行避難，從而保證相應人員的生命安全[1]。

1.2 鉆孔救援技術

為了滿足深部開采礦井的救援，需要合理地對鉆孔救援技術進行應用，要求鉆孔具有足夠的深度和足夠的寬度，能夠承受救生艙的運送需求。結合實際情況，對礦山地面大直徑鉆孔成孔技術進行研究，這部分需要實現地面鉆孔與巷道聯通，從而保證救援工作能夠順利進行。鉆孔直接聯通巷道的形式，具體的連接形式如圖1所示。

通過上述聯通的方法，能夠實現巷道和大直徑鉆孔的有效連接，如此一來，就能滿足救援的相關要求，確保被困人員的救援效果。另外，還有成孔后井下掘硐室與鉆孔聯通的方式，這種方式在上述圖1中有所展示。

除此之外，無論選擇何種方式將鉆孔與巷道聯通，地面大直徑鉆孔的的成孔都包括導向孔精確定向鉆進，擴孔鉆進、下套管、固井等。現實中，也有無需鉆進導向孔，直接使用大孔徑鉆頭一次性鉆進成功的案例。但是，這種方法在實際應用中因為無法定向，所以只能依靠較淺孔深來保證鉆進的精度，所以，在國內開采相對較深的情況下基本是無法實現的。

由大直徑鉆孔的成孔和工序可以確保在精確中靶子的基礎上，大直徑鉆孔孔徑和套管尺寸相對較大，這樣所帶來的鉆進碎巖的面積也就相對較大，所以擴孔鉆進的效率就相對較低，而且鉆具也要承受相對較大的荷載，甚至容易造成一系列的問題[2]。

1.3 救援提升倉

礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置是1種用于礦山井下救援的設備，當礦山出現巷道坍塌問題，甚至次生災害頻繁的情況時，從巷道進行救援的困難就比較大。同時，被困井下的工作人員，也沒有足夠的物資等待救援，所以就要求1種快速的救援方式，而這種救援方式就是礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置。通過該裝置的合理運用，能夠實現快速救援，降低安全事故帶來的風險，提高礦山生產的安全系數，確保開采的安全，避免給工作人員帶來傷亡。

救援提升是實現快速救援的輔助手段，通過提升裝置的利用，使得被困人員使用提升艙，從而將被困人員運送出礦井，進而實現救援的目的。智利曾研究SYLRC-550M型升降救生艙，主要包括斷索保護機構，能夠實現對鋼索的保護，在鋼索出現斷裂的瞬間就能做到防墜落，從而保證提升艙的安全系數，避免二次傷害的發生。

2 鉆孔救援提升裝備研制

2.1 功能和技術要求

礦山救援是1件相對復雜的事情，因為礦山容易受到諸多因素的影響，造成礦山出現各類問題，所以需要鉆孔救援提升裝置的功能和技術符合相應要求，如此一來，才能滿足我國深部開采礦井的基本需求，并且保證救援人員能夠在事后10 h內達到事故現場，從而實現對被困人員的快速營救。結合既往成功經驗，明確了鉆孔救援提升裝備應具備的相應要求。結合我國礦井的基本情況可以發現，我國礦井的埋深相對較深，再從礦井埋深、地質條件和開采技術等因素考慮，可以發現現階段我國的救援深度一般集中在1000 m以內。所以，通過相應的計算，可以得到救援起重能力要滿足5/12 t，提升下放速度要在0～2.219 m/s，最大行駛速度需要在90 km/h左右。另外，救生艙尺寸應為550 mm×4000 mm，同時，要求深井提升設備的主臂長度≥10 m，工作深度能滿足1000 m，并且額定總起重重量大于5 t。如此一來就能滿足礦井救援的基本需求，待鉆孔達到巷道后，再下放救生艙，從而降低鉆進給救生艙帶來的影響，保證礦井的安全系數，降低安全隱患，確保救援效果[3]。

2.2 功能模塊設計和研制

2.2.1 總體方案設計

為了滿足實際需求，需要對礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝置的總體方案進行設計，并且保證整體方案能夠符合實際需求，進而降低安全隱患，控制礦山安全事故帶來的風險。為了實現救援抬升，首先要研制1套具有提升功能的設備。同時，還要求在提升過程中，環境不會給相應的人員帶來安全風險。并且在提升過程中，被解救的人員能夠通過通信系統和地面進行交流，在交流的過程中與被救人員進行溝通，通過合理的心理疏導緩解他們的緊張情緒，使得他們能夠配合救援，從而提高救援的成功率。所以，結合實際情況，可以得到圖2所示的總體方案設計圖。

結合上述設計圖可以發現，該設計中包含提升裝置、救援卷揚的救生艙、通信系統等。同時，上述設計所采用的設備原型為ZMK5200QJY40型救援提升車。該車的合理運用，配合大直徑鉆孔能夠順利實現對井下被困人員的解救，從而保證相應人員的安全，降低安全風險。

2.2.2 救援提升車

2.2.2.1 底盤設計

因為救援提升車需要提升救生艙，同時救生艙具備一定的重力，所以要求提升車底盤要相對穩定，如果底盤不穩定，就會導致提升車在提升的過程中出現翻車的風險，這樣不僅會影響提升車的安全操作，還會給井下被困人員帶來二次傷害，所以要求底盤必須滿足實際需求。實際設計中，可以采用6×4后軸驅動的方式，將接近角和離去角分別設置為20°和10°，從而滿足實際應用的需求。而發動機需要承擔救生艙的提升動力，所以要求發動機具備相應的動力富余，且需要具備較強的爬坡能力，同時底盤自帶隨車起重機吊臂，能夠實現對12 t重的卷揚安裝，并且能夠實現對卷揚的有效操作，確保汽車的穩定與安全。另外，汽車還要配備相應的鋼絲繩，這些鋼絲繩要能夠承載5 t的拉力，從而滿足救生艙的提升工作，降低被困人員的安全風險。

2.2.2.2 大容繩量卷揚

這部分主要是救援卷揚，要求長度能夠滿足1000 m的救援需求，所以要選擇大繩量的卷揚。同時，套絞車系統可以選擇液壓卷揚作為減速機結構，并進行模塊化設計，在卷揚內部實現安裝。同時，安裝過程中，由于該項技術所占的空間較小，卷筒為了滿足需求，需要實現閉環控制。并且需要卷揚能有效防止亂繩和跳繩的狀況，大幅度延長救援鋼絲繩的壽命，避免救援出現二次事故，確保救援的效果。

同時，卷揚運行期間，卷筒和救援鋼絲繩都是運動部件，卷揚通往地面數據交換器導線屬于靜止構件。所以為了保證通信的質量，需要將救援鋼絲繩4根通信線纜預裝在卷筒旋轉軸心中，并且，要選擇防爆滑環連接鋼絲繩運動端和導線靜止端口。除此之外，為了滿足卷揚的安全控制，需要選擇常開式工作鉗和常閉式安全鉗兩級保險結構，進而避免制動失效的問題發生，提高卷揚的運行安全系數，降低安全隱患。

常閉式安全鉗和常開式工作鉗在實際的工作中，工作原理如圖3所示。為了滿足實際工作需求，工作鉗和安全鉗都需要處于正常的工作狀態下，從而能夠避免安全隱患和質量隱患，確保救援效果。

2.3 救生艙設計

實際的救生艙設計中，需要注意的是救生艙的外形設計。①救生艙要設計成為圓筒形結構，且保證上艙段和下艙段都采用錐形導向結構。②還要對緩沖滾輪進行設計，如此一來，可以提升救生艙的安全系數，降低救生艙使用過程中與救援井內壁的刮擦，進而保證救援過程能夠順利進行，降低安全隱患。同時，還能避免反作用力的影響，從而減輕沖擊對救援艙內人員的影響。③救援艙在設計中，還需要設置底部脫開裝置，且要以雙保險銷結構為基礎，從而保證避免被救援的人員因為誤踩導致上艙段與下艙段出現分離的情況。這種保險能提升救生艙的安全系數，降低安全隱患。當雙保險銷拔開后，系好安全帶，救援人員腳踩他們，下艙段與上艙段開始分離，沿著井筒下墜到井底，直至到達目標區域，之后再將被救援人員安排到合適的位置，再抬升救生艙，從而滿足實際救援的基本需求。④救生艙內需要配備攝像頭、通信耳機、氣體測量裝置等設備，從而滿足救援的基本需求，提升救援的效率[4]。

3 結束語

本文結合礦山地面大直徑鉆孔救援提升裝備的基本情況，研究該裝置的具體設計，包括前期的系統研究，之后再對系統的功能組件進行分析，最后實現對系統的有效控制，確保系統具有較好的功能，能夠滿足救援的基本需求，并且積極提升救援效率，降低礦山安全隱患的影響。

參考文獻

[1] 郝世俊，莫海濤.地面大直徑應急救援鉆孔成孔工藝設計與分析[J].煤田地質與勘探，2021，49（1）：8.

[2] 陳艷民.礦山救援設備操作水平提升的分析與研究[J].內蒙古煤炭經濟，2020（11）：2.

[3] 王曉民.超深.超重井管大口徑特殊鉆孔施工工藝研究與應用[J].煤炭與化工，2020，43（8）：4.

[4] 周宇.礦山救護隊應急救援能力的提升研究[J].當代化工研究，2021（7）：2.