兖州矿业（集团）公司济宁二号煤矿与煤炭科学研究总院南京研究所针对煤矿井下冲击地压治理中钻屑法施工安全性差的现状，合作研制出了1 种用于进行冲击地压钻屑法施工的气动远控卸压钻机，通过气控和监视系统可以使工人远离钻孔的位置进行操作，避免突发情况带来的人身伤害。

⑴概况

冲击地压是煤矿开采中典型的动力灾害之一，通常是在煤、岩力学系统达到极限强度的时候，以突然、急剧、猛烈的形式释放弹性能，导致煤岩层瞬时破坏并且伴随煤粉和岩石的冲击，造成井巷的破坏以及人身伤亡的事故。钻屑法施工通常是在煤层中打出1 个直径42～50 mm 钻孔，根据排出的煤粉量及其变化规律和有关的动力效应进行鉴别冲击危险的方法。在我国的冲击地压监测预报领域， 钻屑法是经常使用的方法之一。这种方法实用、可靠，但是所采用的钻孔机具多为手持式设备， 人员需要站在钻孔的附近操作。在钻孔的实施过程中操作人员的危险性成为钻屑法的突出缺点。因此，改进钻机的推进方式，使操作人员远离钻孔位置，就能够提高施工的安全性。 此项成果的设备推进和阻尼部分设计新颖，结构紧凑，通过气-液联动，实现停止推进时推进气缸位置的锁死， 避免吸钻情况的发生，提高钻孔工作的安全性。

⑵气动远控卸压钻机

气动远控卸压钻机采用全气动，驱动由钻进系统、推进系统、阻尼系统、钻杆自动装卸系统、辅助支撑系统、气控系统、监视系统等组成。整机分为主机和操作台2 个部分。主机和操作台之间通过胶管和隔爆电缆连接。通过手动换向阀控制气控换向阀的动作， 进而控制执行元件的动作，实现远程控制。 在这项研究中，他们还引入了矿用监视系统。此系统由隔爆摄像头、控制器、显示器等组成。 隔爆摄像头安装在主机处，将主机处的情况传输并且显示到显示器，为工人的操作提供支持。钻孔工作的时候，在监视系统的辅助下，工人在操作台处操作手动换向阀实现各个执行部件的运动。主机钻杆储存箱中存有多根钻杆。1根推进完成后，工人在操作台处即可以实现新钻杆的接入，继续钻进工作。 通过监视系统发现有煤粉突出等状况发生的时候，可以远程采取必要的应对措施，这样就能够实现整个钻孔工作面的无人化，避免钻孔处由于煤粉突出而导致的安全事故发生。

⑶推进系统结构

推进系统是整个气动远控卸压钻机的核心系统， 它的作用是带动钻进马达作直线运动，实现钻孔过程中钻杆沿钻孔方向的推进。推进系统由气缸、钢丝绳组件、夹紧机构等多个部件组成。推进气缸缸筒为玻璃钢材质的环形，活塞采用尼龙材质，具有强度高、质量轻的特点。他们以钢丝绳代替活塞杆，其内部与活塞固定，外部与钻进马达安装板固定。 采用双导柱式结构，实现钻进马达的直线运动。 相比其它形式的导轨，这种结构紧凑、质量轻、导向精度好。推进气缸供气的时候，推动气缸内部的活塞运动，活塞通过钢丝绳带动马达， 在双圆形导轨上实现推进和后退动作。

⑷阻尼系统

阻尼系统主要是由双活塞杆油缸、油箱等组成的， 能够在停止推进时锁定推进气缸的位置，并且能够使得推进平稳。阻尼油缸为双活塞杆油缸，行程约为推进气缸行程50%。 活塞杆固定于机架上，缸体通过钢丝绳倍增机构与钻进马达的安装板固定。 与链式及其它倍增机构相比，钢丝绳倍增机构质量轻， 所使用的改向轮结构简单、易加工。 推进系统工作的时候，推进缸带动钻进马达运动，钻进马达通过倍增机构带动阻尼油缸的缸体运动。 缸体运动速度为推进缸运动速度50%，运动过程中油液通过活塞杆内部的通道在油缸和油箱之间流动，从而保证推进系统运动的平稳。

为了在发生吸钻情况的时候防止钻杆被吸入孔内，他们设计了气-液联动系统，气缸的活塞杆与弹簧复位的液压行程换向阀阀芯接触，能够推动阀芯实现换向动作。 正常推进的时候，手动换向阀同时给气控换向阀信号，气控换向阀给推进气缸供气进行推进动作。 同时，手动换向阀的控制气使得气控换向阀动作， 进而使气缸动作，推动液压行程换向阀， 使得阻尼油缸的油路畅通，阻尼油缸缸体与推进气缸联动。 当操作人员发现要发生吸钻情况的时候停止推进，即将手动换向阀回中位。 由于失去控制气，推进气缸停止供气；气缸的气控阀也停止供气，其活塞处于浮动状态。由于弹簧的作用，行程换向阀动作，使得阻尼油缸左腔中的油液无法排出，实现油缸运动的锁死。 阻尼油缸的缸体与推进气缸钢丝绳联动，因此锁定推进气缸，进而保证钻杆不被吸入孔内。

⑸应用情况

此气动远控卸压钻机成套设备于2011 年3月开始在济宁二号煤矿井下进行工业性试验。他们根据该矿井下的实际情况，将钻机安置在93下07 轨道顺槽使用。 试验结果表明，整机结构设计合理，能够完成远程控制钻孔工作；气控系统动作灵活，推进气缸运动平稳；当出现吸钻情况停止推进的时候，阻尼系统能够将油缸锁死，避免钻杆被吸入到钻孔内。