豆堯堯

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團(tuán)有限公司寺河煤礦， 山西 晉城 048205）

引言

鉆機(jī)在瓦斯抽采過程中是其最常使用的機(jī)械設(shè)備，其完成管路的安裝及瓦斯的抽采。在實(shí)際生產(chǎn)的過程中，根據(jù)瓦斯的產(chǎn)生部位來對(duì)各個(gè)區(qū)域?qū)嵤┩咚沟某榉陪@孔，例如本煤層順層、采空區(qū)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(duì)抽放效果造成影響的核心因素。但是，在現(xiàn)存鉆機(jī)的使用中依舊存在較多的問題。因此，寺河煤礦的鉆探隊(duì)通過相關(guān)研究，對(duì)已有的鉆機(jī)進(jìn)行改良，研發(fā)出了一種鉆孔角度可調(diào)整的鉆機(jī)，并將其應(yīng)用于W33091 巷的回風(fēng)順槽中[1]。

1 W33091 巷回風(fēng)順槽概述

該順槽的掘進(jìn)煤層為山西組下方的3 號(hào)煤層，其厚度大約為6.32 m，其中包含了0～2 層泥巖及炭質(zhì)泥巖的夾矸，通常為1 層，與底板保持0.8 m 的一層十分穩(wěn)定。3 號(hào)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(zhì)及黑色的泥巖等，該煤層具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

根據(jù)W33083 巷與相鄰近作業(yè)所檢測(cè)到的瓦斯含量，抽采部預(yù)測(cè)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(jìn)，實(shí)施瓦斯預(yù)抽，主攻兩排，一排對(duì)作業(yè)面前部瓦斯進(jìn)行預(yù)抽，另一排對(duì)頂部裂隙帶中煤層瓦斯進(jìn)行預(yù)抽。但是根據(jù)抽采的實(shí)際效果可知，瓦斯抽采率低于21%。通過實(shí)施分析可知，其關(guān)鍵原因在于上方煤層在采用傳統(tǒng)鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔時(shí)，其角度很難得到適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，上端裂隙帶無法取得較好的鉆孔質(zhì)量[2]。

2 鉆孔角度可調(diào)節(jié)的瓦斯抽采鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

2.1 結(jié)構(gòu)

該鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 鉆孔角度可調(diào)節(jié)的瓦斯抽采鉆機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

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

2）螺紋桿的數(shù)量為兩個(gè)，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(zhuǎn)動(dòng)齒輪來與齒輪箱內(nèi)部的傳動(dòng)齒輪相互咬合，利用傳動(dòng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)來驅(qū)動(dòng)螺紋桿，兩個(gè)齒輪箱內(nèi)部的傳動(dòng)齒輪將同步運(yùn)轉(zhuǎn)[3]。

3）支撐柱的兩端主要與螺紋桿建立連接，其上方可以對(duì)支撐平臺(tái)進(jìn)行固定，并且在該平臺(tái)上分別設(shè)置了液壓伸縮桿及支撐架，當(dāng)螺紋桿發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，支撐桿將會(huì)受到其影響而發(fā)生移動(dòng)，其高度保持在1.03 m 左右。

4）支撐架與升降臺(tái)之間的連接主要是借助轉(zhuǎn)軸來實(shí)現(xiàn)，液壓伸縮桿與升降平臺(tái)之間創(chuàng)建起相應(yīng)的連接。升降臺(tái)上部配置鉆進(jìn)器與旋轉(zhuǎn)器，鉆進(jìn)器可以在該平臺(tái)的上滑道移動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)鉆孔發(fā)生一系列操作。

2.2 工作原理

1）在對(duì)作業(yè)面進(jìn)行鉆孔的時(shí)候，應(yīng)將鉆機(jī)設(shè)置到設(shè)定位置，并借助地錨來固定設(shè)備及底板，對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行詳細(xì)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(shè)備提供充足的電力。

2）在準(zhǔn)備工作結(jié)束之后，觸動(dòng)電機(jī)的開關(guān)，并將其轉(zhuǎn)為齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的模式，在電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)之后，可以借助軸承來帶動(dòng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)固定轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)螺紋桿將會(huì)發(fā)生同步運(yùn)轉(zhuǎn)。

3）螺紋桿在啟動(dòng)之后，支撐柱將會(huì)受其影響而產(chǎn)生移動(dòng)，此時(shí)螺紋桿順時(shí)針、逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)分別使支撐柱上升及下降，當(dāng)支撐平臺(tái)處于事先設(shè)定的高度之后，電極開關(guān)將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗Ｊ剑藭r(shí)液壓固定柱將會(huì)因液壓油的影響而持續(xù)上升，在其與支撐平臺(tái)相接觸之后，應(yīng)當(dāng)將液壓柱進(jìn)行固定，以確保支撐平臺(tái)取得較好的固定效果。

4）在實(shí)施水平鉆孔的時(shí)候，將支撐平臺(tái)移動(dòng)至事先設(shè)定好的位置之后再進(jìn)行施工；在實(shí)施傾角鉆孔的時(shí)候，還需要運(yùn)用液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)液壓伸縮桿，因受到拉伸的影響，升降平臺(tái)將會(huì)在轉(zhuǎn)軸的影響下逐漸在另一方升起，當(dāng)達(dá)到設(shè)定好的傾角時(shí)應(yīng)將其立即固定。

5）在進(jìn)行鉆進(jìn)時(shí)，首先要啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)器的正向開關(guān)，在其運(yùn)轉(zhuǎn)之后，需要借助軸承來帶動(dòng)鉆進(jìn)器，在其運(yùn)行之后將會(huì)在升降平臺(tái)上部的滑道前移，以帶動(dòng)鉆進(jìn)器實(shí)施鉆孔操作，之后再啟動(dòng)反向開關(guān)，鉆進(jìn)器將會(huì)逐漸向后移動(dòng)，從而確保鉆桿及時(shí)拔出。

3 鉆孔角度可調(diào)節(jié)的瓦斯抽采鉆機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

3.1 優(yōu)點(diǎn)

3.1.1 結(jié)構(gòu)及操作流程簡(jiǎn)單

該裝置具有十分簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，體積小，操作及移動(dòng)較為簡(jiǎn)單，而且運(yùn)行性能較好，故障率低，這就極大節(jié)省了維修費(fèi)用。

3.1.2 應(yīng)用性較強(qiáng)

該裝置可以利用電氣及液壓兩個(gè)系統(tǒng)來對(duì)鉆孔在水平及傾斜方向上的角度進(jìn)行有效調(diào)整，并改良傳統(tǒng)裝置中存在的不足，例如改進(jìn)無法對(duì)角度及高度進(jìn)行有效調(diào)節(jié)、靈敏度較低等，因其自動(dòng)化水平較高，所以不需要較多的勞動(dòng)力。

3.1.3 實(shí)用性較高

該裝置可以適用于各個(gè)條件下的作業(yè)面，而且所適用的領(lǐng)域較廣，例如瓦斯的抽采等，其具備較高的實(shí)用性。

3.2 缺點(diǎn)

液壓系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的油污染，需及時(shí)更換；齒輪時(shí)常會(huì)發(fā)生磨損問題，需及時(shí)更換；在處理深孔的時(shí)候，鉆進(jìn)器會(huì)承擔(dān)較大的負(fù)荷，每間隔2 h就必須停止運(yùn)行并予以維護(hù)。

4 實(shí)際應(yīng)用效果

2019 年4 月，寺河煤礦抽采隊(duì)通過運(yùn)用鉆孔角度可調(diào)整的鉆機(jī)來對(duì)W33091 巷的回風(fēng)順槽進(jìn)行鉆孔操作，在經(jīng)過一定時(shí)間的施工之后，總共有64 個(gè)鉆孔，其中頂板裂隙帶傾角的鉆孔共有32 個(gè)。通過對(duì)抽采工作的實(shí)際效果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，鉆孔在各個(gè)方面的達(dá)標(biāo)率實(shí)現(xiàn)了97%，而瓦斯的抽采率也增加到52.3%，提升了抽采效率。

5 結(jié)語

通過對(duì)該裝置所取得的效果進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鉆機(jī)存在的缺陷得到了極大改良，提高了抽放鉆孔的運(yùn)行質(zhì)量及施工進(jìn)度，促使開采煤層中的瓦斯取得了較好的抽采率，運(yùn)用效果較好。