兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司濟(jì)寧二號煤礦與煤炭科學(xué)研究總院南京研究所針對煤礦井下沖擊地壓治理中鉆屑法施工安全性差的現(xiàn)狀，合作研制出了1 種用于進(jìn)行沖擊地壓鉆屑法施工的氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)，通過氣控和監(jiān)視系統(tǒng)可以使工人遠(yuǎn)離鉆孔的位置進(jìn)行操作，避免突發(fā)情況帶來的人身傷害。

⑴概況

沖擊地壓是煤礦開采中典型的動力災(zāi)害之一，通常是在煤、巖力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到極限強(qiáng)度的時候，以突然、急劇、猛烈的形式釋放彈性能，導(dǎo)致煤巖層瞬時破壞并且伴隨煤粉和巖石的沖擊，造成井巷的破壞以及人身傷亡的事故。鉆屑法施工通常是在煤層中打出1 個直徑42～50 mm 鉆孔，根據(jù)排出的煤粉量及其變化規(guī)律和有關(guān)的動力效應(yīng)進(jìn)行鑒別沖擊危險的方法。在我國的沖擊地壓監(jiān)測預(yù)報領(lǐng)域， 鉆屑法是經(jīng)常使用的方法之一。這種方法實用、可靠，但是所采用的鉆孔機(jī)具多為手持式設(shè)備， 人員需要站在鉆孔的附近操作。在鉆孔的實施過程中操作人員的危險性成為鉆屑法的突出缺點(diǎn)。因此，改進(jìn)鉆機(jī)的推進(jìn)方式，使操作人員遠(yuǎn)離鉆孔位置，就能夠提高施工的安全性。 此項成果的設(shè)備推進(jìn)和阻尼部分設(shè)計新穎，結(jié)構(gòu)緊湊，通過氣-液聯(lián)動，實現(xiàn)停止推進(jìn)時推進(jìn)氣缸位置的鎖死， 避免吸鉆情況的發(fā)生，提高鉆孔工作的安全性。

⑵氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)

氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)采用全氣動，驅(qū)動由鉆進(jìn)系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)、阻尼系統(tǒng)、鉆桿自動裝卸系統(tǒng)、輔助支撐系統(tǒng)、氣控系統(tǒng)、監(jiān)視系統(tǒng)等組成。整機(jī)分為主機(jī)和操作臺2 個部分。主機(jī)和操作臺之間通過膠管和隔爆電纜連接。通過手動換向閥控制氣控?fù)Q向閥的動作， 進(jìn)而控制執(zhí)行元件的動作，實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 在這項研究中，他們還引入了礦用監(jiān)視系統(tǒng)。此系統(tǒng)由隔爆攝像頭、控制器、顯示器等組成。 隔爆攝像頭安裝在主機(jī)處，將主機(jī)處的情況傳輸并且顯示到顯示器，為工人的操作提供支持。鉆孔工作的時候，在監(jiān)視系統(tǒng)的輔助下，工人在操作臺處操作手動換向閥實現(xiàn)各個執(zhí)行部件的運(yùn)動。主機(jī)鉆桿儲存箱中存有多根鉆桿。1根推進(jìn)完成后，工人在操作臺處即可以實現(xiàn)新鉆桿的接入，繼續(xù)鉆進(jìn)工作。 通過監(jiān)視系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)有煤粉突出等狀況發(fā)生的時候，可以遠(yuǎn)程采取必要的應(yīng)對措施，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)整個鉆孔工作面的無人化，避免鉆孔處由于煤粉突出而導(dǎo)致的安全事故發(fā)生。

⑶推進(jìn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

推進(jìn)系統(tǒng)是整個氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)的核心系統(tǒng)， 它的作用是帶動鉆進(jìn)馬達(dá)作直線運(yùn)動，實現(xiàn)鉆孔過程中鉆桿沿鉆孔方向的推進(jìn)。推進(jìn)系統(tǒng)由氣缸、鋼絲繩組件、夾緊機(jī)構(gòu)等多個部件組成。推進(jìn)氣缸缸筒為玻璃鋼材質(zhì)的環(huán)形，活塞采用尼龍材質(zhì)，具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的特點(diǎn)。他們以鋼絲繩代替活塞桿，其內(nèi)部與活塞固定，外部與鉆進(jìn)馬達(dá)安裝板固定。 采用雙導(dǎo)柱式結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)鉆進(jìn)馬達(dá)的直線運(yùn)動。 相比其它形式的導(dǎo)軌，這種結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、導(dǎo)向精度好。推進(jìn)氣缸供氣的時候，推動氣缸內(nèi)部的活塞運(yùn)動，活塞通過鋼絲繩帶動馬達(dá)， 在雙圓形導(dǎo)軌上實現(xiàn)推進(jìn)和后退動作。

⑷阻尼系統(tǒng)

阻尼系統(tǒng)主要是由雙活塞桿油缸、油箱等組成的， 能夠在停止推進(jìn)時鎖定推進(jìn)氣缸的位置，并且能夠使得推進(jìn)平穩(wěn)。阻尼油缸為雙活塞桿油缸，行程約為推進(jìn)氣缸行程50%。 活塞桿固定于機(jī)架上，缸體通過鋼絲繩倍增機(jī)構(gòu)與鉆進(jìn)馬達(dá)的安裝板固定。 與鏈?zhǔn)郊捌渌对鰴C(jī)構(gòu)相比，鋼絲繩倍增機(jī)構(gòu)質(zhì)量輕， 所使用的改向輪結(jié)構(gòu)簡單、易加工。 推進(jìn)系統(tǒng)工作的時候，推進(jìn)缸帶動鉆進(jìn)馬達(dá)運(yùn)動，鉆進(jìn)馬達(dá)通過倍增機(jī)構(gòu)帶動阻尼油缸的缸體運(yùn)動。 缸體運(yùn)動速度為推進(jìn)缸運(yùn)動速度50%，運(yùn)動過程中油液通過活塞桿內(nèi)部的通道在油缸和油箱之間流動，從而保證推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)動的平穩(wěn)。

為了在發(fā)生吸鉆情況的時候防止鉆桿被吸入孔內(nèi)，他們設(shè)計了氣-液聯(lián)動系統(tǒng)，氣缸的活塞桿與彈簧復(fù)位的液壓行程換向閥閥芯接觸，能夠推動閥芯實現(xiàn)換向動作。 正常推進(jìn)的時候，手動換向閥同時給氣控?fù)Q向閥信號，氣控?fù)Q向閥給推進(jìn)氣缸供氣進(jìn)行推進(jìn)動作。 同時，手動換向閥的控制氣使得氣控?fù)Q向閥動作， 進(jìn)而使氣缸動作，推動液壓行程換向閥， 使得阻尼油缸的油路暢通，阻尼油缸缸體與推進(jìn)氣缸聯(lián)動。 當(dāng)操作人員發(fā)現(xiàn)要發(fā)生吸鉆情況的時候停止推進(jìn)，即將手動換向閥回中位。 由于失去控制氣，推進(jìn)氣缸停止供氣；氣缸的氣控閥也停止供氣，其活塞處于浮動狀態(tài)。由于彈簧的作用，行程換向閥動作，使得阻尼油缸左腔中的油液無法排出，實現(xiàn)油缸運(yùn)動的鎖死。 阻尼油缸的缸體與推進(jìn)氣缸鋼絲繩聯(lián)動，因此鎖定推進(jìn)氣缸，進(jìn)而保證鉆桿不被吸入孔內(nèi)。

⑸應(yīng)用情況

此氣動遠(yuǎn)控卸壓鉆機(jī)成套設(shè)備于2011 年3月開始在濟(jì)寧二號煤礦井下進(jìn)行工業(yè)性試驗。他們根據(jù)該礦井下的實際情況，將鉆機(jī)安置在93下07 軌道順槽使用。 試驗結(jié)果表明，整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，能夠完成遠(yuǎn)程控制鉆孔工作；氣控系統(tǒng)動作靈活，推進(jìn)氣缸運(yùn)動平穩(wěn)；當(dāng)出現(xiàn)吸鉆情況停止推進(jìn)的時候，阻尼系統(tǒng)能夠?qū)⒂透祖i死，避免鉆桿被吸入到鉆孔內(nèi)。