煤層瓦斯鉆機連續裝卸桿裝置的設計

張 帥

（上社二景煤炭有限責任公司， 山西 陽泉 045100）

引言

瓦斯是影響煤礦安全生產的主要威脅源，通常情況下采用通風系統和瓦斯抽采等手段降低工作面的瓦斯濃度，使其符合《煤礦安全規程》的標準要求?？拥楞@機作為解決瓦斯突出的設備之一，鉆孔的質量和效果也是保證瓦斯處理效果的關鍵[1]。為確保采用坑道鉆機鉆孔的效率和質量，可通過實現不停機鉆進解決上述問題。為此，本文研究一種連續裝卸桿的裝置的設計方案。

1 煤層瓦斯鉆機概述

煤層瓦斯鉆機的主要作用是對煤層表面進行鉆孔，基于所鉆的孔對工作面的瓦斯進行抽放、注漿以及勘測地質。本文以坑道鉆機為研究對象。

如圖1 所示，坑道鉆機根據功能的不同可見其分系統分為各個不同功能模塊，包括動力源模塊、控制模塊、固定模塊和裝卸鉆桿模塊。

動力源模塊的主要部件為泵站，為坑道鉆機的的各項動作提供動力；控制模塊包括有主控操作臺和副控操作臺，主控操作臺實現對馬達的回轉、鉆桿的鉆進和起拔等操作，副控操作臺主要實現對鉆機的轉彎、移動等操作；裝卸鉆桿模塊包括有回轉裝置、給進裝置、輔助定位裝置等。目前，坑道鉆機的裝卸桿模塊需要人工操作，在實際工作中工作效率低[2]。本文著重對裝卸桿模塊進行改進設計，使其能夠實現連續裝卸桿自動化的功能。

2 連續裝卸桿裝置的設計

圖1 坑道鉆機結構示意圖

目前，應用于工作面的坑道鉆機包括有全液壓坑道鉆機和履帶式全液壓坑道鉆機[3]。全液壓坑道鉆機由于缺乏自主移動的裝置，導致其鉆孔效率極低；而履帶式全液壓坑道鉆機雖然能夠實現自主移機，但是在鉆進過程時需要接入新的螺旋鉆桿時，需要鉆機停機人工完成，不僅需頻繁啟停鉆機導致鉆進效率受影響，還會導致鉆桿斷裂、鉆孔質量不佳等問題。

為此，本文以ZDY6000s 坑道鉆機為載體，設計一款連續裝卸桿裝置，其關鍵參數如表1 所示。

表1 ZDY6000s 坑道鉆機關鍵參數

2.1 連續裝卸桿裝置的設計要求

1）連續裝卸桿裝置作為坑道鉆機的關鍵分系統，要求其具備有定向和螺旋鉆進的功能。

2）要求連續裝卸桿裝置還能夠為孔底馬達鉆進提供穩定的系統，包括有行進系統、控制系統等。

3）基于所設計的連續裝卸桿裝置能夠實現自動接續鉆桿、自動拆卸鉆桿。

4）在鉆進過程中能夠根據實際工況實時對鉆孔位置和角度進行調整和控制。

2.2 連續裝卸桿裝置結構的設計

在ZDY6000s 坑道鉆機的基礎上對其人工接續鉆機進行改進設計，得到連續裝卸桿裝置，見下頁圖2。

圖2 連續裝卸桿裝置結構示意圖

如圖2 所示，連續裝卸桿裝置由前動力頭、后動力頭、定位裝置、進給裝置以及角度調整裝置等組成。其中，前動力頭主要由圖1 中的液壓馬達、定位裝置、導軌固定裝置等組成；后動力頭由卡盤、變量馬達、角度調整裝置、液壓缸等組成。

3 連續裝卸桿裝置工作過程

目前，針對鉆機鉆桿的接續任務主要采用靜態的接續方式[4]。為了進一步提升連續裝卸桿裝置對鉆桿的接續任務，擬采用動態的接續方法?；趧討B接續方法，要求連續裝卸桿裝置各個零部件均緊密配合，從而實現無需作業人員介入的全自動智能化鉆進工作過程。連續裝卸桿裝置的工作流程如下：

1）將鉆機放至綜采工作面的巷道內，且確?？拥楞@機與巷道四周固定，保證鉆機的平穩工作。待鉆機固定平穩后，連續裝卸桿裝置開始運行（第一根鉆桿和鉆頭已在地面安裝完成）。

2）連續裝卸桿裝置前動力頭的鉆桿夾緊后，裝置的后動力頭開始工作，在液壓油缸的作用下，將前動力頭夾緊的鉆桿深入至后動力頭的卡盤[5]。該過程中對裝置的定位精度要求很高，確保鉆桿能夠精確深入卡盤內。

3）當后動力頭完全夾緊鉆桿后，將裝置的機械手松開鉆開，為下一階段鉆桿的接續任務做準備。此時，將裝置中的定位塊向外移動一定的距離，為鉆桿的鉆進定位。

4）待新的鉆桿連接完成后，將定位塊向后移動。此舉主要是為裝置后動力頭向前移動提供一定的空間，與此同時后動力頭保持著旋轉運動。動力頭的旋轉主要確保鉆孔過程中的煤渣能夠順利排出?；?）—4）的反復動作，不斷實現鉆桿的動態連接，直至鉆孔任務完成。

5）待工作面鉆孔任務完成后，連續裝卸裝置開始對鉆桿進行拆卸：前動力頭卡盤松開鉆具，此時后動力的卡盤依然夾緊著鉆桿，在進給裝置的作用下后動力頭向后移動。待后動力頭達到預定位置后，前一根鉆桿的尾部已經伸出前動力頭一段距離。

6）待后動力頭達到制定位置后，將前動力頭的卡盤夾緊鉆具。與此同時，控制后動力頭反向旋轉從而使得鉆桿從鉆具中分離出來。然后，機械手移動至預定位置，并將鉆桿夾緊。

7）機械手夾緊鉆具后，后動力頭的卡盤松開鉆桿，并在液壓系統的作用下后動力頭向后移動使其與鉆桿分離。分離后的鉆桿通過機械手放至鉆桿庫中?；?）—7）的反復動作，不斷實現鉆桿的拆卸，直至鉆桿全部拆除。

4 結論

實踐應用表明，該連續裝卸桿裝置大大提升了鉆桿的接續和拆卸效率，改善了工作面瓦斯治理的效果，保證了工作面的安全性。