气动远控卸压钻机在济宁二号煤矿的应用

2012-08-22季明昌

科技视界 2012年15期

田涛季明昌

（兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿山东济宁 272072）

0 前言

我国煤矿地质条件复杂。随着矿井开采深度的加大，发生冲击地压灾害的矿井数量显著增加，危害程度也日趋严重。近年来我国煤矿冲击地压频繁发生,造成了重大的人员伤亡与财产损失,我国已经成为受冲击地压危害最严重的国家之一。

目前煤矿防冲的主要措施之一是在煤层中钻孔以释放煤层压力，将钻孔预测及钻孔卸压合并在一起进行。当前用于卸压钻孔的工具基本都是岩石电钻、煤电钻和一些液压钻机，有的配上钻机专用钻架，有的直接由人工手持钻机钻孔。采用这些设备工作时，操纵人员必须在钻机附近工作。如德国哈泽玛格公司的FIV S/H手提式风动钻机,在一些煤矿应用，取得较好试验效果。该钻机有效解决了由于煤质松软，使用普通煤电钻施工防突超前钻孔难以成孔，软煤层钻进出现的坍孔、夹钻、埋杆问题。但是该钻机仍是手持式气动钻机，操纵人员必须在钻机附近工作。

济宁二号煤矿与煤炭科学研究总院南京研究所合作开发了煤矿用气动远程控制卸压钻机。该钻机的应用可以使施工人员远离钻机操纵，保障操纵人员的安全，以免在施工中发生钻突而造成人员伤亡。该钻机的推广应用不仅能推动我国煤矿钻屑探测矿压冲击技术与装备的发展，而且对于整个煤矿安全生产有着十分重要的意义，将取得巨大的经济效益和社会效益。

1 主要结构与工作原理

1.1 主要结构组成

该钻机采用全风动驱动，由推进系统、钻进系统、阻尼系统、钻杆自动装卸系统、辅助支撑系统、气动系统、监视系统等组成。整机分为主机和操作台两部分，如图1所示。推进系统由气缸、钢丝绳组件、夹紧机构等组成。钻进系统主要由气动马达组成。推进系统和钻进系统时整机的核心系统。阻尼系统主要由双活塞杆油缸、油箱等组成，与推进气缸联动，能够使推进平稳，并能在停止推进时锁定推进缸的位置。钻杆自动装卸装置由钻杆存储箱、钻杆平送机构、钻杆垂直上送机构等组成。辅助支撑系统由水平支撑和竖直支撑组成，用以固定主机。气动系统由气控换向阀、手动换向阀、胶管、压力表、接头等组成，其中气控换向阀等安装于主机处，手动换向阀和压力表安装于操作台处。通过手动换向阀控制气控换向阀动作，进而控制执行元件的动作，实现远程控制。监视系统由隔爆摄像头、控制器、显示器组成。隔爆摄像头安装于主机处，将主机处的情况传输并显示到显示器，为工人的操作提供支持。主机和操作台之间通过胶管和隔爆电缆连接。

图1 气动远程控制钻机

1.2 工作原理

整机运送至钻孔位置后，停放好主机，将操纵台移至距主机20-30m外放好并将管路和电缆理顺，接好气源和电源，检查设备完好性。将推进系统的钻进方向对准巷道需要钻孔的位置，利用辅助支撑系统将主机固定在巷道中。装好第一根钻杆和钻头，启动监视系统。检查钻机各个部位、零件是否完好。将摄像头对准钻孔方向，以便实时观察钻进时的情况。开孔并缓慢推进，待钻头进入煤体一定距离后，加快至额定钻孔速度。钻进第一根钻杆后，操纵控制阀将驱动头与钻杆卸开。通过钻杆自动装卸系统接入第二根钻杆，继续钻进。如此以往，直至钻深到达要求为止。在钻进过程中，发生抱钻、卡钻等特征时，立即停止钻进，旋转出煤。或通过推进系统将钻杆回拉后再推进，往复多次，直至钻进正常。钻进过程中如发生矿压冲击而抱死钻机异常现象，立即停钻，人工暂时不要靠近钻机，观察并判断是否有可能发生矿压突出。判断暂无矿压突出，方可以进入处理钻机故障。

2 现场使用情况

2.1 现场条件

根据济宁二号煤矿井下的实际情况，该钻机在济宁二号煤矿93下07轨顺使用。93下07综采工作面掘进的地面位置位于矿井西南部,南阳湖农场一分厂下方，东南距南阳湖农场二分场110m，西距南阳湖农场680m。井下位置位于九采区中部，南到井田边界煤柱，北距九采辅助胶带运输巷80m，西侧的9308工作面已经停采,东部为设计的9306工作面,上方的93上05，93上06，93上08、93上09和 93上10已经回采完毕，93上11工作面正在回采中，93上07工作面正在准备回采。

2.2 使用情况

2011年3月中旬该设备运至济宁二号煤矿，于综掘材料库进行地面试运行和设备操作培训工作。2011年4月开始下井安装调试，进行第一阶段试运行，为期一个月。第一阶段中除暴露钻杆连接螺纹强度较弱外，各系统功能发挥正常，达到了设计要求。使用期间共钻孔43个，累计钻深385m。针对第一阶段使用过程中钻杆出现的问题，经过讨论，将钻杆的连接螺纹形式更改为18×6的矩形螺纹，防止螺纹被咬合。重新设计并完成了钻杆制造，同时更换了与之配合的钻进马达主轴。2011年8月进行第二阶段试验。期间，对设备的整个性能进行了考核，共钻孔51个，累计钻深458m。

通过初期使用发现，整机结构设计合理，各部件功能发挥正常，实现了设计目标。然而，也存在一些待改进之处：①整机结构较大，不适应较小工作场合使用；②钻机不方便移动，辅助时间较长；③进一步优化气动系统，使之操控性更强。如果上述问题改进后会取得更好的效果，该设备将煤矿井下卸压施工提供一种安全可靠的无人值守的钻机。