一種可調節鉆孔角度的瓦斯抽采鉆機的設計分析

豆堯堯

（山西晉城無煙煤礦業集團有限公司寺河煤礦， 山西 晉城 048205）

引言

鉆機在瓦斯抽采過程中是其最常使用的機械設備，其完成管路的安裝及瓦斯的抽采。在實際生產的過程中，根據瓦斯的產生部位來對各個區域實施瓦斯的抽放鉆孔，例如本煤層順層、采空區高位裂隙帶等。因此，瓦斯抽放鉆孔的角度、深度及布置形式等是對抽放效果造成影響的核心因素。但是，在現存鉆機的使用中依舊存在較多的問題。因此，寺河煤礦的鉆探隊通過相關研究，對已有的鉆機進行改良，研發出了一種鉆孔角度可調整的鉆機，并將其應用于W33091 巷的回風順槽中[1]。

1 W33091 巷回風順槽概述

該順槽的掘進煤層為山西組下方的3 號煤層，其厚度大約為6.32 m，其中包含了0～2 層泥巖及炭質泥巖的夾矸，通常為1 層，與底板保持0.8 m 的一層十分穩定。3 號煤層的煤體大約有3.35～9.65 m 的厚度，其傾角的平均值為1°～30°。頂板主要包含了粉砂巖、泥巖等，其局部大多為砂巖。底板主要包含了砂質及黑色的泥巖等，該煤層具有較強的穩定性。

根據W33083 巷與相鄰近作業所檢測到的瓦斯含量，抽采部預測該順槽在抽采之前的瓦斯量為1 012 m3/t，其中，超過一半的瓦斯來自于上煤層的裂隙帶中。為了確保巷道正常掘進，實施瓦斯預抽，主攻兩排，一排對作業面前部瓦斯進行預抽，另一排對頂部裂隙帶中煤層瓦斯進行預抽。但是根據抽采的實際效果可知，瓦斯抽采率低于21%。通過實施分析可知，其關鍵原因在于上方煤層在采用傳統鉆機進行鉆孔時，其角度很難得到適當的調節，上端裂隙帶無法取得較好的鉆孔質量[2]。

2 鉆孔角度可調節的瓦斯抽采鉆機的結構及原理

2.1 結構

該鉆機的結構如圖1 所示。

圖1 鉆孔角度可調節的瓦斯抽采鉆機結構示意圖

1）電機的安裝部位為底座，其功率為37 kW，供電電壓為1 140 V，電機借助軸承與齒輪軸建立連接，同時與液壓泵形成連接。

2）螺紋桿的數量為兩個，均安裝于底座之上，螺紋桿的底部與齒輪箱形成連接，采取固定轉動齒輪來與齒輪箱內部的傳動齒輪相互咬合，利用傳動齒輪的運轉來驅動螺紋桿，兩個齒輪箱內部的傳動齒輪將同步運轉[3]。

3）支撐柱的兩端主要與螺紋桿建立連接，其上方可以對支撐平臺進行固定，并且在該平臺上分別設置了液壓伸縮桿及支撐架，當螺紋桿發生轉動的時候，支撐桿將會受到其影響而發生移動，其高度保持在1.03 m 左右。

4）支撐架與升降臺之間的連接主要是借助轉軸來實現，液壓伸縮桿與升降平臺之間創建起相應的連接。升降臺上部配置鉆進器與旋轉器，鉆進器可以在該平臺的上滑道移動，從而驅動鉆孔發生一系列操作。

2.2 工作原理

1）在對作業面進行鉆孔的時候，應將鉆機設置到設定位置，并借助地錨來固定設備及底板，對鉆機進行詳細的檢查，明確零件的完好性，判斷液壓缸中剩余的液壓油，并為設備提供充足的電力。

2）在準備工作結束之后，觸動電機的開關，并將其轉為齒輪轉動的模式，在電機開始轉動之后，可以借助軸承來帶動齒輪的運轉，傳動齒輪帶動固定轉動齒輪的運轉，同時螺紋桿將會發生同步運轉。

3）螺紋桿在啟動之后，支撐柱將會受其影響而產生移動，此時螺紋桿順時針、逆時針旋轉分別使支撐柱上升及下降，當支撐平臺處于事先設定的高度之后，電極開關將會轉變為液壓模式，而此時液壓固定柱將會因液壓油的影響而持續上升，在其與支撐平臺相接觸之后，應當將液壓柱進行固定，以確保支撐平臺取得較好的固定效果。

4）在實施水平鉆孔的時候，將支撐平臺移動至事先設定好的位置之后再進行施工；在實施傾角鉆孔的時候，還需要運用液壓系統來驅動液壓伸縮桿，因受到拉伸的影響，升降平臺將會在轉軸的影響下逐漸在另一方升起，當達到設定好的傾角時應將其立即固定。

5）在進行鉆進時，首先要啟動旋轉器的正向開關，在其運轉之后，需要借助軸承來帶動鉆進器，在其運行之后將會在升降平臺上部的滑道前移，以帶動鉆進器實施鉆孔操作，之后再啟動反向開關，鉆進器將會逐漸向后移動，從而確保鉆桿及時拔出。

3 鉆孔角度可調節的瓦斯抽采鉆機優缺點

3.1 優點

3.1.1 結構及操作流程簡單

該裝置具有十分簡單的結構，體積小，操作及移動較為簡單，而且運行性能較好，故障率低，這就極大節省了維修費用。

3.1.2 應用性較強

該裝置可以利用電氣及液壓兩個系統來對鉆孔在水平及傾斜方向上的角度進行有效調整，并改良傳統裝置中存在的不足，例如改進無法對角度及高度進行有效調節、靈敏度較低等，因其自動化水平較高，所以不需要較多的勞動力。

3.1.3 實用性較高

該裝置可以適用于各個條件下的作業面，而且所適用的領域較廣，例如瓦斯的抽采等，其具備較高的實用性。

3.2 缺點

液壓系統會產生十分嚴重的油污染，需及時更換；齒輪時常會發生磨損問題，需及時更換；在處理深孔的時候，鉆進器會承擔較大的負荷，每間隔2 h就必須停止運行并予以維護。

4 實際應用效果

2019 年4 月，寺河煤礦抽采隊通過運用鉆孔角度可調整的鉆機來對W33091 巷的回風順槽進行鉆孔操作，在經過一定時間的施工之后，總共有64 個鉆孔，其中頂板裂隙帶傾角的鉆孔共有32 個。通過對抽采工作的實際效果進行分析可以發現，鉆孔在各個方面的達標率實現了97%，而瓦斯的抽采率也增加到52.3%，提升了抽采效率。

5 結語

通過對該裝置所取得的效果進行分析可以發現，傳統鉆機存在的缺陷得到了極大改良，提高了抽放鉆孔的運行質量及施工進度，促使開采煤層中的瓦斯取得了較好的抽采率，運用效果較好。