履帶回轉鉆車在煤層注水施工中的創新應用

呂繼恒

（鄂托克前旗長城五號礦業有限公司,內蒙古 鄂爾多斯 017000）

1 研究內容

（1）SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機施工現狀及技術難題；

（2）ZYJ-800/200架柱式履帶回轉鉆車的實驗研究；

（3）施工工藝改進前后的效果對比。

2 實施方案

2.1 SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機施工現狀及技術難題

現階段SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機主要應用于煤層注水孔及地質勘探孔的鉆探施工，由于鉆機良好的機械傳動及液壓鉆進性能，在現場作業中發揮了極其重要的作用。由于受施工空間等多因素影響設計采用KHYD155型巖石電鉆鉆進，設計孔深80米。

隨著礦井提升系統和開采技術的優化，推采速度加快使SGZ-Ⅲ鉆機在超前注水孔的鉆探施工中漸顯吃力。

（1）鉆機挪移和穩固。SGZ-Ⅲ鉆機重920kg,支撐用dw-45單體支柱重90kg。經現場施工寫實觀察，由于鉆機本身無行走裝置，挪移時鉆機、單體完全靠人工拖拽，完成一次設備挪移需用時2時20分。

鉆機穩固時需將鉆機連接專用工字鋼枕槽，下墊枕木后在四角上用液壓單體支柱支撐。完成一次機體穩固（包括拆卸、安裝）需用時1時30分。由于單體內充入的是防塵用3Mpa高壓水。支撐力約為14KN, 2302工作面宏觀沖擊危險等級為中等沖擊,較小的支撐力給施工的正常進展造成較大安全隱患。

（2）鉆機的調整與鉆探。現場實地觀察，鉆機穩固后調整鉆探角度需手動拆除6條立軸緊固螺栓，手動旋轉定位后再擰緊螺栓。完成一次角度調整耗時25分鐘。由于鉆機本身設計問題，鉆探高度無法調整。只能依靠改變鉆探傾角彌補不足。

鉆進時使用Φ50*1m地質鉆桿鉆進，鉆桿間采用絲接連接，連接前需手動纏麻密封，密封不良易導致鉆具漏水。鉆桿填裝時需手動卸除水轉軸，填裝較為不便，填裝一根鉆桿平均用時8分鐘。SGZ-Ⅲ鉆機立軸行程500mm，完成一根鉆桿鉆進需要兩次往復行程。鉆進過程中立軸末端與煤幫有0.5-1m的間隙。當鉆進中遇到夾矸或受采動與構造應力耦合影響，工作面超前區應力變大時，鉆桿震顫導致角度偏移，成孔困難，嚴重時會造成鉆具折損傷人事故的發生。且絲接連接鉆桿無法反轉，當塌孔吸鉆時無法快速有效的處理問題。

2.2 ZYJ-800/200架柱式履帶回轉鉆車的實驗研究

ZYJ-800/200架柱式履帶回轉鉆車是石家莊中煤裝備結合礦山巷道等特定條件設計制造的新型架柱式鉆機，應用于巖巷和采煤面超前瓦斯或水的探測。其自身配有導軌和固定導軌的立柱，采取頂天立地的頂緊方式，導軌和立柱之間采用錐軸連接方式，消除了主機和立柱之間的間隙的同時還保證鉆機打孔角度在-20°—+60°范圍內可調。并且帶有履帶行走裝置，具有快速移動、高效鉆進的先進性能。

2.2.1 鉆車使用情況

（1）鉆車挪移和穩固。據現場盯班寫實觀察，鉆車的挪移和穩固全由液壓系統來實現，電機與雙聯齒輪油泵間采用柔性聯軸器連接，減少了齒輪或皮帶傳動的能量損失，系統壓力可達18Mpa。行走部由引導輪、支重輪、鏈輪和張緊裝置組成。采用高強度組合式密封履帶連，爬坡能力可達18°行走速度最快可達15m/s,完成一次挪移僅需3分鐘。施工效率明顯提高。

鉆車穩固采用單立柱式撐緊油缸，采取頂天立地頂緊方式，立柱頂緊力可達80KN。大大提高了施工時機體的穩固性及抗壓能力。相比SGZ-Ⅲ鉆機，省去了單體支柱拆卸、安裝的繁瑣工序，完成一次機體穩固僅需8分鐘。

（2）鉆車的調整與鉆探。在立柱總成與推進器總成之間裝有絲杠式斜撐桿，可以通過斜撐桿快速調整打孔角度，斜撐桿同時起到增強整機強度和剛度的功能，減少打鉆中的顫抖。并且調整動靜滑輪組可以實現推進總成的上下移動，從而實現鉆探高度的調整,調整范圍為1.2m-2.4m。完成一次調整只需耗時12分鐘。

鉆進時使用Φ76水沖式高效螺旋鉆桿搭配Φ89高強復合刀片鉆頭。鉆桿間采用插接連接，可以實現高效、快速填裝。鉆桿釬尾配有專用O形密封圈，密封緊密不易漏水。經現場考察，完成一根鉆桿填裝僅需3分鐘。ZYJ-800/200鉆機推進行程為1300mm,一個行程便可以完成整根鉆桿的鉆進。并且鉆進時導軌可以緊貼煤幫，借助于導向支架的定位作用，可以減輕鉆機鉆進時鉆具的震顫，提高鉆進的精準度，保證成孔質量。鉆具回轉采用高效液壓擺線馬達，可以實現鉆具的正反轉，配合螺旋鉆桿可以最大程度排凈煤粉，降低了因塌孔抱鉆、吸鉆發生的幾率。

2.3 施工工藝改進前后的效果對比

經現場施工寫實調研上巷59#鉆孔移穩鉆車耗時23分鐘，角度調整耗時12分鐘，共計耗時35分鐘。而同期使用SGZ-Ⅲ鉆機施工的56#鉆孔移穩鉆機共耗時3時50分鐘，角度調整耗時32分鐘共耗時4時22分。改進新鉆探工藝后移穩鉆機節省用時3時47分鐘。

本次數據比較共采集兩組14個鉆孔的鉆探耗時數據，通過分析使用SGZ-Ⅲ立軸式坑道鉆機完成一個鉆孔平均耗時4.86（班），使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉鉆車完成一個鉆孔平均耗時3.43（班）。每完成一個鉆孔節省用時1.43（班）。使用ZYJ-800/200架柱式履帶回轉鉆車的鉆探效果立竿見影。

3 效益分析

該項目的研究實施，很大程度上提高了工作面超前煤層注水孔的施工效率，同時與卸壓孔相近的鉆探方式施工鉆孔具有良好的卸壓解危效果，保證了工作面的安全快速推采，保障職工身體健康和工作面安全生產，具有極大的經濟效益和安全效益。