履帶式液壓坑道鉆機在治理巷道底鼓中的應用

杜海順

（陽煤集團新景公司，山西陽泉 045008）

0 引言

近年來，隨著某單位各礦井機械化程度不斷提高，生產能力迅速發展，淺部資源逐漸減少甚至接近枯竭，生產被迫轉移至深部。深部開采不同于淺部，出現諸多新問題。由于礦山壓力逐漸增大，承受高應力和動壓影響斷的巷道在不斷增多，該類巷道因承受高應力和多次受動壓影響，造成圍巖松軟破碎，致使巷道出現變形嚴重、變形速度快等一系列問題。其中底鼓現象尤為突出，為了保證生產正常進行，被迫多次起底返修，但收效甚微，不能從根本上解決這一頑疾，嚴重影響了各礦井的安全、高效生產[1]。

底錨索、注漿支護技術加固底板支護技術已在多個礦井使用，并取得良好效果。但該技術實施過程中，最重要一個環節是在巷道底板上施工大量的錨注鉆孔，隨著加固支護巷道長度的增加，底板錨注孔的數量十分龐大[2]。據統計，在底錨索、注漿支護技術加固底板支護中，鉆孔時間約占底板加固總工期的70%以上，而且在破碎軟弱的底板巖層中施工鉆孔，成孔難度極大，成孔速度慢，嚴重影響著后續工作的進展[3]。

綜上所述，能否高效快速施工底板錨注鉆孔成為該項技術推廣的關鍵，而影響鉆孔施工效率最主要因素是鉆機。傳統鉆機多采用分體式結構，靠人工搬遷和穩固，適應了井下巷道的各種條件，但也存在工人勞動強度大、鉆進輔助時間長、搬運慢、鉆孔慢、故障率高、維護成本高及操作困難等弊端，嚴重影響工程進度。因此，研制快速高效成孔的新型鉆機在底錨索、注漿支護技術中顯得十分必要。

1 履帶式液壓坑道鉆機的研究要求

該項目的研究內容包括：履帶式液壓坑道鉆機對不同巖性及不同環境下的鉆孔適應性；履帶式液壓坑道鉆機成孔速度及質量；履帶式坑道鉆機質量穩定性。

在履帶式坑道鉆機使用過程中，通過不斷改進鉆機之不足，提供一套適用于各種條件的機動靈活、適應能力強、操作方便及性能穩定的坑道鉆機。其中，礦用履帶式坑道鉆機在不同自然條件下的成孔速度、質量及機器使用的穩定性是該項研究的關鍵技術。

履帶式液壓坑道鉆機可實現：

（1）尺寸小、采用履帶式行走，靈活方便，適合井下現有巷道使用。

（2）扭矩大、鉆進速度快，一般單機每天成孔6個。

（3）操作方便，使用人員少，可以多角度施工鉆孔。

2 履帶式液壓坑道鉆機設計方案制定

2.1 鉆機選型原則

鉆機的選型需滿足下列要求：鉆機重量輕型化；鉆機零件制造質量標準化；結構合理化；適應能力廣泛化；工作過程智能化。

2.2 設備選型

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機體積小、重量輕、性能可靠。主機安裝于行走履帶之上，機動性能好、移機速度快、極大地縮短了移機及穩固時間，減輕了工人在移機與定位的勞動強度，能夠極大提高鉆孔效率。操作方便，使用人員少，一臺機器需要2個人。該機扭矩大、鉆進速度快，一般單機每天成孔6個。動力頭可豎直360°、水平90°旋轉，鉆孔范圍廣[4]。這些特征完全符合對坑道鉆機的選型要求。

2.3 運行狀況和運行測試及效果

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機在近一年試驗過程中運行穩定可靠，未出現嚴重故障，無大修。

（1） 空載運轉時，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機各機構運轉平穩、正常，無異響、震動[5]。

（2） 操作過程中，各操作手把動作靈活、定位可靠。

（3） 液壓卡盤開閉靈活、可靠，打開時鉆桿順利通過；夾緊鉆桿時各卡瓦受力一致。

（4） 鉆機在額定工作壓力或額定輸入功率條件下，輸出轉矩、輸出轉速等于額定值。

（5） 在坑道內鉆機打孔時，鉆進運轉平穩，無異響、異常震動和漏液現象。

（6） 所有零部件未發現有影響使用的損壞。

（7） 試驗過程中無打滑現象，試驗后鉆桿表面無打滑痕跡。

鉆機運轉達到熱平衡時，鉆機表面溫升和變速箱中的油液溫升正常。

動力頭可豎直360°、水平90°旋轉，增加了鉆孔范圍[6]。

2.4 設備的檢查、試驗、測試情況

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機在使用過程中，靈活穩定、扭矩大、鉆進速度快，提高了成孔效率。

（1）鉆機對環境適應性較強

在某單位南區集中膠帶大巷、南區集中輔運大巷及韓莊分區輔運大巷進行了試驗。結果顯示，設備能夠適應不同大小的巷道，同時能夠在不同傾角及不同濕度地形環境下自由行駛并穩定工作。

（2）扭矩大成孔速度快

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機最大扭矩可達1 200 N·m[7]，在對某單位南區集中膠帶大巷、輔運大巷及韓莊分區輔運大巷底板有泥巖、砂質泥巖、砂巖等不同底板巖層試驗中，鉆機鉆進速度穩定，日均成孔保持在6.5個以上8]。

（3）設備性能可靠

在使用過程中，嚴格按照要求進行注油保養及檢修，鉆機各系統一直保持穩定運轉，一年無大修。

（4）操作簡便

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機自動化程度高，操作簡便，通常只需2人即可完成設備工作時的所有操作任務，有利于實施減員增效。

2.5 施工效果

ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機性能穩定、鉆進速度快。根據現場試驗，南區集中膠帶大巷日均成孔6.5個，日成孔進尺47 m，成孔率約為97.83%；南區集中輔運大巷日均日均成孔約6.7個，成孔率98.96%，日均鉆孔進尺46 m；韓莊分區輔運大巷治理底鼓過程中，日均成孔約6.7個，成孔率高達99.51%，日均鉆孔進尺約47 m。有部分巷段底鼓造成底板巖層松軟，提鉆后塌孔，但塌孔率極低。

通過3條不同巷道施工結果可以看出，不同地質條件及空間環境下，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機的日均成6.5個以上，日均成孔進尺超過46m，成孔率均高于97%。鉆進運轉可靠，施工效果極佳，這為巷道底鼓治理后續工作的跟進贏得主動。

3 結論

某單位各礦目前使用的傳統氣動鉆機存在諸多缺陷，鉆機比較笨重，人員搬運困難，一臺機器需要3名工人操作；風動功率小、成孔率低，易卡鉆桿，一般一天單機成孔1個；噪聲大，影響施工人員健康。而ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機克服了上述缺陷，底板鉆孔成孔率極大提高，日均成孔數高達6.5個以上，成孔速度提高6倍以上。這為巷道底臌治理縮短工期贏得主動，很大程度地減少了由于底鼓影響生產而造成的經濟損失，帶來十分可觀的經濟效益。

同時，ZLJ1200L型煤礦用履帶式坑道鉆機體積小、重量輕、性能可靠。機動性能好、移機速度快、極大地縮短了移機及穩固時間，減輕了工人在移機與定位的勞動強度，能夠極大提高鉆孔效率。操作方便，一臺機器只需2個人操作，而使用氣動鉆機時需要3人，在當前煤炭市場環境下，使用該型鉆機可實現減員增效之目的。