杜海顺

（阳煤集团新景公司，山西阳泉 045008）

0 引言

近年来，随着某单位各矿井机械化程度不断提高，生产能力迅速发展，浅部资源逐渐减少甚至接近枯竭，生产被迫转移至深部。深部开采不同于浅部，出现诸多新问题。由于矿山压力逐渐增大，承受高应力和动压影响断的巷道在不断增多，该类巷道因承受高应力和多次受动压影响，造成围岩松软破碎，致使巷道出现变形严重、变形速度快等一系列问题。其中底鼓现象尤为突出，为了保证生产正常进行，被迫多次起底返修，但收效甚微，不能从根本上解决这一顽疾，严重影响了各矿井的安全、高效生产[1]。

底锚索、注浆支护技术加固底板支护技术已在多个矿井使用，并取得良好效果。但该技术实施过程中，最重要一个环节是在巷道底板上施工大量的锚注钻孔，随着加固支护巷道长度的增加，底板锚注孔的数量十分庞大[2]。据统计，在底锚索、注浆支护技术加固底板支护中，钻孔时间约占底板加固总工期的70%以上，而且在破碎软弱的底板岩层中施工钻孔，成孔难度极大，成孔速度慢，严重影响着后续工作的进展[3]。

综上所述，能否高效快速施工底板锚注钻孔成为该项技术推广的关键，而影响钻孔施工效率最主要因素是钻机。传统钻机多采用分体式结构，靠人工搬迁和稳固，适应了井下巷道的各种条件，但也存在工人劳动强度大、钻进辅助时间长、搬运慢、钻孔慢、故障率高、维护成本高及操作困难等弊端，严重影响工程进度。因此，研制快速高效成孔的新型钻机在底锚索、注浆支护技术中显得十分必要。

1 履带式液压坑道钻机的研究要求

该项目的研究内容包括：履带式液压坑道钻机对不同岩性及不同环境下的钻孔适应性；履带式液压坑道钻机成孔速度及质量；履带式坑道钻机质量稳定性。

在履带式坑道钻机使用过程中，通过不断改进钻机之不足，提供一套适用于各种条件的机动灵活、适应能力强、操作方便及性能稳定的坑道钻机。其中，矿用履带式坑道钻机在不同自然条件下的成孔速度、质量及机器使用的稳定性是该项研究的关键技术。

履带式液压坑道钻机可实现：

（1）尺寸小、采用履带式行走，灵活方便，适合井下现有巷道使用。

（2）扭矩大、钻进速度快，一般单机每天成孔6个。

（3）操作方便，使用人员少，可以多角度施工钻孔。

2 履带式液压坑道钻机设计方案制定

2.1 钻机选型原则

钻机的选型需满足下列要求：钻机重量轻型化；钻机零件制造质量标准化；结构合理化；适应能力广泛化；工作过程智能化。

2.2 设备选型

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机体积小、重量轻、性能可靠。主机安装于行走履带之上，机动性能好、移机速度快、极大地缩短了移机及稳固时间，减轻了工人在移机与定位的劳动强度，能够极大提高钻孔效率。操作方便，使用人员少，一台机器需要2个人。该机扭矩大、钻进速度快，一般单机每天成孔6个。动力头可竖直360°、水平90°旋转，钻孔范围广[4]。这些特征完全符合对坑道钻机的选型要求。

2.3 运行状况和运行测试及效果

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机在近一年试验过程中运行稳定可靠，未出现严重故障，无大修。

（1） 空载运转时，ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机各机构运转平稳、正常，无异响、震动[5]。

（2） 操作过程中，各操作手把动作灵活、定位可靠。

（3） 液压卡盘开闭灵活、可靠，打开时钻杆顺利通过；夹紧钻杆时各卡瓦受力一致。

（4） 钻机在额定工作压力或额定输入功率条件下，输出转矩、输出转速等于额定值。

（5） 在坑道内钻机打孔时，钻进运转平稳，无异响、异常震动和漏液现象。

（6） 所有零部件未发现有影响使用的损坏。

（7） 试验过程中无打滑现象，试验后钻杆表面无打滑痕迹。

钻机运转达到热平衡时，钻机表面温升和变速箱中的油液温升正常。

动力头可竖直360°、水平90°旋转，增加了钻孔范围[6]。

2.4 设备的检查、试验、测试情况

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机在使用过程中，灵活稳定、扭矩大、钻进速度快，提高了成孔效率。

（1）钻机对环境适应性较强

在某单位南区集中胶带大巷、南区集中辅运大巷及韩庄分区辅运大巷进行了试验。结果显示，设备能够适应不同大小的巷道，同时能够在不同倾角及不同湿度地形环境下自由行驶并稳定工作。

（2）扭矩大成孔速度快

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机最大扭矩可达1 200 N·m[7]，在对某单位南区集中胶带大巷、辅运大巷及韩庄分区辅运大巷底板有泥岩、砂质泥岩、砂岩等不同底板岩层试验中，钻机钻进速度稳定，日均成孔保持在6.5个以上8]。

（3）设备性能可靠

在使用过程中，严格按照要求进行注油保养及检修，钻机各系统一直保持稳定运转，一年无大修。

（4）操作简便

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机自动化程度高，操作简便，通常只需2人即可完成设备工作时的所有操作任务，有利于实施减员增效。

2.5 施工效果

ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机性能稳定、钻进速度快。根据现场试验，南区集中胶带大巷日均成孔6.5个，日成孔进尺47 m，成孔率约为97.83%；南区集中辅运大巷日均日均成孔约6.7个，成孔率98.96%，日均钻孔进尺46 m；韩庄分区辅运大巷治理底鼓过程中，日均成孔约6.7个，成孔率高达99.51%，日均钻孔进尺约47 m。有部分巷段底鼓造成底板岩层松软，提钻后塌孔，但塌孔率极低。

通过3条不同巷道施工结果可以看出，不同地质条件及空间环境下，ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机的日均成6.5个以上，日均成孔进尺超过46m，成孔率均高于97%。钻进运转可靠，施工效果极佳，这为巷道底鼓治理后续工作的跟进赢得主动。

3 结论

某单位各矿目前使用的传统气动钻机存在诸多缺陷，钻机比较笨重，人员搬运困难，一台机器需要3名工人操作；风动功率小、成孔率低，易卡钻杆，一般一天单机成孔1个；噪声大，影响施工人员健康。而ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机克服了上述缺陷，底板钻孔成孔率极大提高，日均成孔数高达6.5个以上，成孔速度提高6倍以上。这为巷道底臌治理缩短工期赢得主动，很大程度地减少了由于底鼓影响生产而造成的经济损失，带来十分可观的经济效益。

同时，ZLJ1200L型煤矿用履带式坑道钻机体积小、重量轻、性能可靠。机动性能好、移机速度快、极大地缩短了移机及稳固时间，减轻了工人在移机与定位的劳动强度，能够极大提高钻孔效率。操作方便，一台机器只需2个人操作，而使用气动钻机时需要3人，在当前煤炭市场环境下，使用该型钻机可实现减员增效之目的。