气动远控卸压钻机推进与阻尼系统的设计.pdf

煤矿 现代化 2 0 1 3 年第3 期 总第1 1 4 期 气动远控卸压钻机推进与阻尼系统的设计 栾兴亮 ， 姜二虎 兖州煤业股份有限公司 济宁二号煤矿， 山东 济宁 2 7 2 0 7 2 摘要针对冲击地压治理 中钻屑法施工安全性差的现状 ，研 究了一种气动远控卸压 钻机。该钻机通过气控和监视 系统 ， 可以使 工人原理钻孔位置进行操作 ， 避免 了突发情况带 来的人身伤害。介绍了该钻机的推进和阻尼系统的结构和原理， 并对其气 _ _ 液联动的阻尼 系统的工作原理进行 了阐述。 关键词气动 ； 钻机 ； 推进 系统 ；阻尼 系统； 设计 中图分类号 T D 4 0 3 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 0 7 9 7 2 0 1 3 0 3 0 0 6 6 0 2 冲击地压是煤矿开采 中典 型的动力灾害之一 ， 通常是在煤 、 岩 力学系统 达到极限强度时 ， 以突然 、 急剧 、 猛烈 的形式释放弹性能 ， 导致煤岩层瞬时破坏 并伴随煤粉和岩石的冲击 ，造成井巷的破坏及人身 伤亡事故【l 】。 钻屑法通常是在煤层中打直径 4 2 ～ 5 0 m m 的钻孔 ，根据排 出的煤粉量及其变化规律和有关动 力效应 ， 鉴别冲击危险的一种方法 ] 。在我国冲击地 压监测预报领域 ， 钻屑法是经常使用 的方法之一 ， 该 方法实用 、 可靠 。然而其钻孔机具多为手持式设备 ， 人员需要在钻孔附近操作 。钻孔实施过程 中操作人 员的危险性是成为钻屑法的突出缺点 。改进钻机的 推进方式， 使得操作人员能够远离钻孑 L 位置 ， 能够提 高施 工 安全 性 。 1 气动远控卸压钻机简介 气动远 控卸压 钻机 采用全 风动 驱动 由钻进 系 统 、 推进系统 、 阻尼 系统 、 钻杆 自动装卸系统 、 辅助支 撑系统 、 气控 系统 、 监视系统等组成。整机分为主机 和操作 台两部分 ， 如图 l 所示 。 主机和操作 台之间通过胶管 和隔爆 电缆连接 。 通过手动换 向阀控制气控换 向阀动作 ，进而控制执 行元件的动作 ， 实现远程控制 。引入矿用监视系统 ， 该 系统 由隔爆摄像头 、 控制器 、 显示器组成。隔爆摄 像头安装于主机处 ，将主机处的情况传输并显示到 显示器， 为工人的操作提供支持。 钻孑 L 工作时， 在监视系统的辅助下， 工人在操作 台处操作手动换 向阀实现各执行部件 的运动。主机 钻杆储存箱 中存有多根钻杆。一根推进完成后 ， 工人 在操作 台处即可实现新钻杆的接人 ， 继续钻进工作。 通过监视系统发现有煤粉突 出等状况发生时 ，可以 远程采取必要的应对措施 。 如此 ， 可以实现整个钻孔 工作面的无人化 ，避免钻孔处 由于煤粉突 出导致 的 安全事故发生 。 1 一主机 ； 2 一操作 台 图 1 气动远控卸压钻机 2 推进 系统结构 推进系统是整机 的核心系统 ，其作用是带动钻 进 马达做直线运动 ，实现钻孔过程 中钻杆沿钻孔方 向的推进。推进系统 由气缸 、 钢丝绳组件 、 夹 紧机构 等部件组成。 推进气缸缸筒采用玻璃钢材质 ，活塞采用尼龙 材质 ， 具有强度高质量轻的特点。以钢丝绳代替活塞 杆 ， 内部 与活塞固定 ， 外部 与钻进 马达安装板 固定 ， 应力破碎巷道的加固问题， 合理锚注技术参数， 不仅 能达到解决煤矿巷道支护的问题 ，也能最大限度地 取得经济利益和社会效益。双河煤矿工程实践表明 ， 锚注加固能够增加岩体的整体性、 改善围岩结构、 为 锚杆提供着力点、使整个巷道成为一个承压拱等优 点，此项技术对治理高应力巷道、松散破碎围岩巷 道、 极不稳定巷道具有良好的效果， 是一项具有广泛 6 6 应用前景 的新型支护技术。 参考文献 【 1 ] 刘长武． 水泥注浆加 固对工程岩体 的作 用与影响[ M 】 ． 徐 I I,i 中国矿业大学， 2 0 0 0 ． 【 2 ]鹿守敏． 巷道锚喷支护机理与应用[ J 】 ． 煤炭学报， 1 9 9 4 ． 收稿 日期 2 0 1 3 4 1 5 煤矿 现代化 2 0 1 3 年第3 期 总第1 1 4 期 构成闭合的环形。 采用双导柱式结构， 实现钻进马达 的直线运动。 该结构与其它形式的导轨相比， 结构紧 凑质量轻 ， 导 向精度好。推进与阻尼系统的整体结构 如图 l 所示 。 5 1 一端 头； 2 一气缸缸 体 ； 3 -阻尼 油缸 ； 4 -前端 头； 5 -夹 紧头 ； 6 一钢丝绳； 7 一钻进马达； 8 一导杆 图 2 推进和 阻尼 系统 推进气缸供气时， 推动缸内部的活塞运动， 活塞 通过钢丝绳带动马达 ，在双 圆形导轨上实现推进和 后退动作 。 3 阻尼系统的设计及工作原理 阻尼 系统 能够在 停止 推进 时锁定 推进 缸 的位 置 ， 并能使推进平稳 ， 主要 由双活塞杆 油缸 、 油箱 等 组成。阻尼油缸为双活塞杆油缸 ， 行程约为推进气缸 行程一半。 活塞杆固定于机架上， 缸体通过钢丝绳倍 增机构与钻进马达的安装板固定。相较于链式及其 它倍增机构 ， 所采用 的钢丝绳倍增机构质量轻 ， 所使 用的改向轮结构简单易加工。 推进系统工作时， 推进缸带动钻进马达运动， 钻 进马达通过倍增 机构带动阻尼油缸 的缸体运动。缸 体运动速度为推进缸运动速度的二分之一，运动过 程 中油液通过活塞杆 内部的通道在油缸和油箱之 间 流动， 从而保证推进系统运动的平稳。 为了在发生吸钻情况时 防止钻 杆被吸人孔 内 ， 设计 了气 一 液联动系统 ， 原理示意图如图 3 所示 。 1 一气控换 向阀 IⅡ； 2 一推进 气缸 ； 3 -气缸 ； 4 -阻尼 油缸 ； 5 一液压行程换 向阀； 6 一气控换 向阀 Ⅱ； 7 一手动换 向阀 图 3阻尼 系统原 理 气缸 3活塞杆与弹簧复位的液压行程换向阀的 阀芯接触 ，能够推动阀芯实现换 向动作。正 常推进 时， 手动换向阀同时给气控换向阀 l 信号， 气控换向 阀给推进气缸供气进行推进动作。同时， 手动换向阀 的控制气使得气控换向阀 6 动作，进而使气缸 3 动 作，推动液压行程换向阀，使得阻尼油缸的油路畅 通， 阻尼油缸缸体与推进气缸联动。 当操作人员发现要发生 吸钻情况 时停止推进 ， 即手动换向阀 6回中位 。由于失去 了控制气 ， 推进气 缸停止供气； 气缸 3的气控阀也停止供气， 其活塞处 于浮动状态。由于弹簧的作用 ， 行程换向阀动作 ， 使 得阻尼油缸 4的左腔中的油液无法排 出，从而实现 了油缸运动的锁死。由于阻尼油缸 4的缸体与推进 气缸钢丝绳联动， 因此其锁定推进气缸， 进而保证钻 杆不被吸入孔内。 4 应用情况 2 0 1 1 年 3月 ，气动远控卸压钻机成套设备开始 在兖州煤业股份有限公司济宁二号煤矿进行工业性 试验。根据济 宁二号煤矿井下的实际情况 ， 该钻机在 济宁二号煤矿 9 3下0 7轨顺使用。通过试 验发现 ， 整 机结构设计合理 ， 能够完成远程控制钻孔工作 。气控 系统动作灵活， 推进气缸运动平稳。当出现吸钻情况 停止推进时， 阻尼系统能够将油缸锁死， 避免了钻杆 被吸入孔 内。 5 结论 济宁二号煤矿与煤炭科学研究总院南京研究所 合作研制 了气动远控卸压钻机 ，用于进行 冲击地压 钻屑法施工。该设备推进和阻尼部分设计新颖 ， 结构 紧凑。通过气 一 液联动， 实现了停止推进时推进气 缸位置 的锁死 ， 避免了吸钻情况 的发生 ， 提高了钻孔 工作 的安全性。 参考文献 [ 1 】 齐庆新， 窦林名． 冲击地压理论与技术[ M 】 ． 徐州 中国矿业 大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2 】钱鸣高， 石平五． 矿山压力与岩层控制【 M 】 ． 徐州 中国矿业 大学 出版社 。 2 0 0 3 ． [ 3 】 陆振裕 ， 窦林名 ， 徐学锋 ， 张银亮． 钻屑法探测巷道 围岩应 力及预 测冲击危险新探究[ J ] ． 煤炭工程 ， 2 0 1 1 ， 1 7 2 7 4 ． [ 4 ] 曲效成， 姜福兴， 于正兴， 鞠红阳． 基于当量钻屑法的冲击 地压监测预警技术研究及应用[ J ] ． 岩石力学与工程学报 ， 2 0 1 1 ． 3 0 1 1 2 3 4 6 2 3 5 1 ． 作者简介 栾兴亮， 1 9 7 5年 1 0月出生， 1 9 9 8年毕业于河南焦作工学 院采矿工程专业， 大学本科 ， 高级工程师， 现在济宁二号煤矿 计划科从事采煤生产工作。 收稿 日期 2 0 1 2 1 0 2 6 6 7