ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機在煤礦探水鉆孔施工中的應用

殷志祥

（山西焦煤山煤國際韓家洼煤業有限公司，山西 大同 037100）

0 引言

目前煤礦井下探水鉆孔施工采用的鉆機主要有三類，分別為氣動架柱式鉆機、分體鉆機以及ZLJ 系列坑道鉆機。三種鉆機在實際應用時存在很多問題，其中氣動架柱式鉆機主要采用壓縮空氣為動力，體積小且易于搬遷，但是在鉆孔施工時動力小、安全系數低；分體鉆機主要采用液壓油作為介質并利用液壓系統提供動力，傳統分體鉆機主要由主機、泵站、操作臺等部分組成，鉆機結構緊湊、鉆孔動力足、故障率低，但是鉆機重量大、不易搬遷、勞動作業強度大；而ZLJ系列坑道鉆機主要采用機械傳動，體積小、靈活、可靠，但是體積大，在安裝時需對底板進行硬化處理，工序煩瑣，不易搬遷，鉆孔施工效率低[1-3]。

為了滿足井下鉆孔高效、快速施工，采用了一套ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機，從而保證采掘工作面探水鉆孔多方位、多角度施工。該鉆機機身小、移動方便、安裝速度快，可同時對多個鉆孔施工，能夠有效提高探水鉆孔施工效率[4-6]。

1 ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機結構

1.1 鉆機參數

ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機主要由執行機構（鉆車）和動力機構（泵車）兩部分組成，且兩者之間采用液壓管連接。鉆機具體技術參數如表1 所示。

表1 ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機主要技術參數

1.2 鉆車結構

ZDY2-1000LF 型雙臂鉆機主要由主機、操作臺、姿態調整操作臺、輔助操作臺、鉆車行走操縱臺、鉆車履帶車體及固定裝置等部分組成，其中主機、操作臺、姿態調整操作臺各分為左、右控制。

鉆車履帶車體兩側分別安裝左、右主機，主機主要由夾持器、回轉裝置、旋轉裝置、下滑動平臺以及給進裝置等部分組成，旋轉裝置采用左右對稱布置方式。下滑動平臺主要用于左、右主機主軸間距調節，調節范圍在1.2～1.9 m 范圍內；旋轉軸主要由于主軸方位角調節，調節范圍在-90°～+90°范圍內；變幅機構主要用于主軸仰俯角調節，調節范圍在-90°～+60°范圍內，從而保證主軸可以大范圍調節。

回轉器主要采用中心通孔式結構，利用不同卡瓦可對不同直徑鉆桿進行夾持，保證滿足不同鉆孔直徑施工需求。

鉆車履帶車體主要由履帶底盤和車體平臺兩部分組成，在底盤與平臺之間安裝一個液壓旋轉支撐，當鉆車到達指定位置后，通過液壓旋轉支撐確保平臺與底盤能夠相對轉動。

1.3 泵車結構

泵車主要由開關、泵車履帶、油箱、冷卻裝置、液壓水泵、行走操作臺、遠程急停開關、電機泵組等部分組成。

電機泵組主要由三相異步電動機、聯軸器、液壓泵、泵底座等部分組成，其中電機功率為75 kW；液壓泵采用Ⅰ泵、Ⅱ泵、Ⅲ泵、Ⅳ泵串聯而成，其中Ⅰ泵調校壓力為10 MPa，設定流量為100 L/min，主要對液壓水泵進行控制，確保鉆孔施工過程中具有足夠壓力的沖洗液。Ⅱ泵和Ⅲ泵調校壓力為25 MPa，主要控制閥組，從而對泵車行走、鉆機姿態調整、回轉器運轉以及給進、起拔等動作，同時對油缸穩固和液壓旋轉支撐進行控制。Ⅳ泵調校的壓力為10 MPa，主要用于對工作臂夾持器和卡盤進行控制，以及控制減壓閥開啟實現對操作臺先導手柄供油動作；同時Ⅳ泵安裝了手動切換把手，當泵車在移動時通過手動控制使泵體內油液流回油箱，從而保證正常供壓。

2 現場應用效果分析

2.1 巷道概述

韓家洼煤礦403 運輸順槽位于三水平西盤區，巷道東部為西盤區回風巷，西部為未開采區域，北部、南部為2008 年12 月兼并重組前遺留的舊巷。

403 運輸順槽掘進煤層為22 號層，巷道掘進斷面規格為寬×高=4.2 m×3.5 m，掘進煤層厚度為12.98 m，由北向南產狀逐漸變緩，大部分地段產狀平緩，傾角4°～6°；中部北段和西部北段產狀相對較陡，傾角一般5°左右。煤層頂板巖性中砂巖，底板為砂質泥巖。

403 運輸順槽上覆存在裂隙含水層，與頂板垂高在25～32 m 范圍內，通過物探共計顯示3 處異常區，分別位于巷道425 m、622 m以及978 m處，預計總水量3275 m3，巷道掘進前期頂板出現淋水，淋水量4.5 m3/h，對巷道掘進影響較大，需進行超前鉆探施工。

2.2 超前探孔布置參數

由于巷道四鄰關系明確，巷道周圍無積水區域，所以對頂板施工探水鉆孔即可，巷道每70 m 施工一組探水鉆孔，鉆孔深度為100 m，共計布置2 排，上排布置3 個鉆孔，下排布置1 個鉆孔；其中上排鉆孔布置間距為1.8 m，鉆孔直徑為75 mm，鉆孔以25°仰角布置；上、下2 排鉆孔布置排距為1.5 m；下排鉆孔垂直迎頭煤壁布置。

2.3 鉆孔施工工藝

403 運輸順槽采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機進行鉆孔施工，具體施工工序如圖1 所示。鉆孔采用直徑75 mm 合金鋼鉆頭以及長度為1.5 m、直徑為63 mm 中空鉆桿聯合鉆進施工；采用巷道內靜壓水作為鉆機液壓系統冷卻器用水。為了防止靜壓水壓力過大造成冷卻器損壞，在管路中安裝截止閥；為了縮短換桿時間，提高鉆進效率，采用中部加桿、后方卸桿的鉆桿替換方式。

圖1 ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機鉆孔施工工序

2.4 現場應用效果

1）提高了鉆孔施工效率：403 運輸順槽采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機探放水施工8 次，鉆孔32 個，鉆孔總深度為3200 m。鉆孔施工過程中分別采用靜壓水和液壓水泵提供沖洗介質，其中采用靜壓水作為沖洗介質時，單工作臂單孔施工時間為2.5 h，雙臂雙孔施工時3 h 可施工2 個鉆孔。而采用其他鉆機進行鉆孔施工時，每個鉆孔施工時間為8 h。由此可見，ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機在進行鉆孔施工時鉆孔施工效率提高了60%。

2）降低了勞動作業強度：采用傳統ZLJ-350 型坑道鉆機進行施工時，由于鉆機體積及重量大，人工搬運困難，在安裝鉆機時需4 名作業人員配合施工，安裝時長為1.5 h，鉆機施工鉆孔方位角及仰俯角有限，所以每組鉆孔需搬運鉆機2 次，輔助時間達3 h；而采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機實施履帶行走，無須人工搬運，1 人操作即可，鉆機安裝勞動作業強度小，且鉆機施工鉆孔時方位角及仰俯角范圍大，每組鉆孔只需移鉆機1 次即可，鉆機輔助時間減少了40%。

3 結語

韓家洼煤礦針對當前煤礦采用的探水鉆機在進行鉆孔施工時效率低、搬移勞動作業強度大等技術難題，對403 運輸順槽探放水施工時采用ZDY2-1000LF 型雙臂探放水鉆機進行鉆孔施工，通過現場實際應用效果來看，該鉆機具有體積小、搬移次數少、鉆孔效率高等優點，適用于掘進巷道多次探孔需要，取得顯著應用成效。