轻便型液压防突钻机的研制与应用.pdf

2 0 1 1 年第 1 0 期 中州煤炭 总第 1 9 0 期 轻便 型液压 防突钻 机 的研 制与应用 杨 华 ， 张红武 1 ． 平煤股份 四矿 ， 河南 平顶山4 6 7 0 9 3 ； 2 ． 平煤股份 十一矿 ， 河南 平 顶山4 6 7 0 4 7 摘要 为消除综采工作 面普遍使 用煤电钻打眼注水和执行排放钻孔所 引起 的电源短路 、 起 火花 、 人身触 电、 煤 电钻 综保 故障等事故 ， 研 制 出一种新型钻机来完成 防突深 孔打钻 、 浅孔注 水等作 业， 该新 型钻机 的使用缩 短 了打钻 时间， 提高 了生产 效率， 杜 绝了煤 与瓦斯 突出事故。 关键词 液压 防突钻机 ； 排放钻孔 ； 消突 中图分类 号 T D 4 2 1 ． 2 文献标识码 B 文章 编号 1 0 0 3 0 5 0 6 2 0 1 1 1 0 0 0 3 5 0 3 目前 ， 国内高突综 采工作 面普遍采用施工排 放 钻 孑 L 的措施 防治煤 与 瓦斯 突 出。作 为 防治煤 与瓦 斯 突出的重要技术措施 ， 排放钻孔能有效释放煤层 内 瓦斯压力 。 缓解煤体前方 的地应力 ， 使地应力前移 。 然 而综采 面普 遍 使用 煤 电钻 打注 水 孔 和 排 放 钻孑 L ， 使用 中极易发生电源短路 、 起火花 、 人身触电等事故 及煤 电钻 综保 故 障 。急需研 制 一种 新 型钻机 来完 成 防 突深孔 打 钻 、 浅 孔 注 水 等 作 业 ， 以缩 短 打 钻 时 间 ， 提高生产效率 ， 杜绝 突出事故。轻便 型乳化液防突 钻机可有效避免上述问题 ， 大大提高生产效率。 1 轻便型乳化 液防突钻机设计原则 ①满足综采工作面施工瓦斯排放钻孑 L 、 预测孑 L 、 效检孑 L 、 煤壁浅孔注水孔的技术要求 ； ② 以综采工作 面乳化液泵站为动力源 ； ③体积小 ， 质量小 ， 结构简 单合理 ， 实用性强 ， 易操作 ； ④操作维护简单 ， 工人劳 动强度低 ； ⑤架设移动方便 、 灵活 ， 搬运维修方便 ； ⑥ 工作安全 、 稳定可靠 ； ⑦打钻速度快 ， 效率高； ⑧标准 化 率高 ； ⑨适 用 于负 载 中等 、 体 积 要求 较小 的场 合 。 2钻机 组成 及工作原理 2 ． 1 组成 轻 便 型乳 化 液 防突 钻 机 主要 由 回转机 构 、 推 进 机 构 、 控 制机 构 和 固定机 架 4部分 组成 ， 其 中回转 机 构 由乳化液马达、 旋转供水机构组成 ； 推进机构 由马 达底座 、 滑架 、 伸缩支撑杆组成 ； 控制机构 由三位 四 收稿 日期 2 0 1 1 0 61 0 作者简介 杨华 1 9 7 3 一 ， 男 ， 河南鹿 邑人 ， 助理 工程师 ， 1 9 9 8年 毕业 于焦作工学 院， 现任平煤股份 四矿 防突 队主管技术员 。 通 阀 、 安 全 阀组 成 。 固定 机 架 由一 固定 装 置 和移 动 装置组成， 其 固定在综采工作面输送机上 ， 作为固定 支 撑和移 动 平 台。 采 面 乳化 液 泵 站 作 为该 系统 的动 力 源 ， 系 统 主 要 液压 元件 有乳 化 液 马 达 和操 作 阀 ， 马达 经 过 连 接 装 置驱 动钻 杆转 动 ， 马达 的正 、 反转 由三 位 四通 阀控 制 ， 根据 乳化 液 防 突钻 机 整 体 结构 设 计 和乳 化 液 防 突钻机 必须 实 现 的功能 ， 借鉴 其他 钻机 的液 压系统 ， 最 终确 定该 钻机 液压 系统 结构 图 1 。 图 1液压 系统示意 安全阀 2 ． 2 工作原 理 以综 采 工 作 面乳 化 液 泵 站 为动 力 源 、 以乳 化 液 为工作介质 ， 由操纵 阀组控制 乳化液 马达 的旋转 。 而乳化液马达的旋转带动旋转供水机构 的旋转 ， 从 而带 动钻杆 的旋 转 ， 实 现 回转 机 构 的前 进 、 后 退 ； 由 人工 推动 马达 底座 的扶 手从 而带 动钻 机在 滑架 上滑 动 ， 完成钻 机 的钻 进工 作 ； 钻 机 的 固定 和移 动 以工作 面输送机挡煤板作为承载体 ， 挡煤板也是上 下移动 钻机时的滑道 ， 固定钻机时 ， 由锁紧螺栓锁 紧； 移动 钻机时 ， 松开锁紧螺栓 ， 由固定装置内的轮子滚动前 行移 动到 下一 个工 作位 置 。 由于此种钻机整体质量小 ， 体积小 ， 结构简单 ， 3 5 ． 2 0 1 1 年第 1 0 期 中州煤炭 总第 1 9 0期 且 以工作面乳化液泵站的乳化液作为钻机的工作动 力 ， 适用于薄煤层综采工作 面， 故命名为“ 轻便 型乳 化液 防 突钻机 ” 。 3工业性试验 3 ． 1 试 验地 点 试验 地点 为平 煤 四矿 丁 一 1 9 1 9 0采 面 ， 位 于 一 水平 丁九采 区东翼下 部 ， 北 部为 丁 - 1 9 2 1 0采 面 已 回采结束 ， 南部未 回采 ， 东部 至一矿、 四矿井 田边 界 ， 留设井 田边界煤柱 2 O m， 与一矿丁 ． 3 2 0 2 0采面 平均 相距 3 2 m， 西 与丁 九总 回 、 轨 道相 通 ， 该 采 面 标 高 一 4 3 2～～ 4 8 5 IT I ， 地 面标高 2 4 5～ 3 4 0 m， 距 地 面垂 深 6 5 0～8 4 0 m。该 采 面 倾 斜 长 1 9 4 m， 切 眼 至 终采 线 长 6 5 9 m， 可 采储量 5 6 ． 2万 t 。丁 煤层 呈 块 状亮型 ， 厚 1 ． 2 m； 与丁 中间夹矸的厚度变化较大， 西部 厚 0 ． 3 m 左右 ， 向东 逐渐增 厚 ， 在切 眼一 带 已增 厚 至 4 1T I 左 右 。丁 煤 层 较 暗 ， 呈 碎 粒 、 粉 末 状 ， 厚 2 ． 6 n l 左 右 ， 中间夹 矸厚 约 0 ． 2 m。 回风巷 在 一9点 位 以东 5 9 m， 运输 巷在 6点位 以东 1 6 I n ， 由于丁 夹矸 厚 度 I0 ． 7 m， 巷 道从 丁 煤 层 向东 以 6 。 和 8 ． 5 。 下坡沿丁 煤层 掘进 。该采面丁 煤层走 向在 7 0 。 ～ 9 0 。 ， 倾角西部 6 。 ， 中部 5 。 ， 东部 4 。 ， 平均 5 。 。 3 ． 2试 验钻 机 以 Z Y S J 一 1 0 0 ／ 3 2 0轻 便 型 液 压 防突 钻 机 作 为 试 验 钻机 进行 工业 性试验 。钻机 参 数 见表 1 。该 钻 机 利 用综 采工 作 面现有乳 化 液泵站 或液 压油 泵站 为动 力源 ， 通过操作系统， 为马达提供可靠 的工作压力 ， 通 过操 作 台的多 路换 向 阀组 控 制 马达 ， 进行 正 常 工 作 。在正常推进时可根据最大起拔力的要求调整小 泵 压力 1 ． 5 MP a ， 需要 快速 推进 时 ， 可 以通 过换 向 阀用大泵的系统控制油缸 ， 以满足压力高 、 流量大的 需要 。新增 加 了冷却 器 ， 可 以对 油温 进行 控制 ， 吸油 过滤器和回液经过滤器可以保证油的清洁度 ， 达到 整机系统运行平稳可靠的目的。 3 ． 3试验 过程 丁组煤 层较软 ， 以前 在 突出采 面使用 Q F Z 一 2 2 防 突钻机 ， 只 能 打 到 9 ． 2 m， 并 出现 严 重 的夹 钻 、 喷 孔 、 吸钻 现象 。为 了解决 该采 面防 突 问题 ， 采 面 回采 初期 ， 自运输 巷 向 上 1 5 m， 回风 巷 向 下 1 5 m 开 始 ， 对采面中间 1 6 4 m区域直接执行排放钻孔措施。孔 间距 1 ． 8 m， 孔 深不 得 少 于 2 7 ． 2 m， 孔 径 8 9 mm， 孔 数 9 2个。丁 ． 1 9 1 9 0采面排放钻孑 L 、 效检孔布置如 图 2所示 。在丁 一 1 9 1 9 0采面试验结果见表 2 。 3 6 表 1 Z Y S J ． 1 0 0 ／ 3 2 0钻 机的基本 性能参数 图 2 排放钻孔 、 效检 孔布置示意 Z Y S J ． 1 0 0 ／ 3 2 0轻便型液压钻机在丁 - 1 9 1 9 0采 面 试验初 期 ， 最深 孔打 到 2 8 m， 打成孔 用 时 4 h ， 1台 钻机 1 个 班 只能打 2个 ， 主 要 原 因是 乳 化 液 泵 主 管 路 的密 封容易 损坏 ， 特别 是正在 打 深孔 时 、 乳 化 液泵 停 时 、 开 泵 时 打 钻 用 很 长 时 间 进 行 排 粉 1个 多 小 时 ， 造成打钻时间长。通过现场盯 岗， 改进打钻工 艺 ， 轻便 液压钻 机在 软煤 层 打钻 时 在 0 ． 1 8 5 0 ． 2 0 0 ， 每台能打 2～ 3个 2 7 ． 2 m措施孔 1～ 3 h ， 在 打硬 煤时 每 台钻 机 1个班 能打 4 5个 孑 L 。 丁 ． 1 9 1 9 0采 面 在 投 产 前 对 Z Y S J 一 1 0 0 ／ 3 2 0轻 便 液压 钻机 进 行 了 2 7 ． 2 m 措 施 孔 试 验 ， 用 时 较 短 6 01 7 0 mi n 。主要有 以下情 况 2 0 1 1年第 1 0期 杨 华等 轻便型液压防突钻机的研制与应用 总第 1 9 0期 表 2 轻便 液压 防突钻机在丁s 4 “ 1 9 1 9 0采面试验情况 架 号 备 注 架 号 勰备 注 l 0 1 5 ． 0 1 3 0 1 3 m后 见 矸 4 l 2 7 ． 2 8 5 I l 2 7 ． 2 1 1 2 4 3 2 7 ． 2 1 1 0 1 5 m吸钻 l 3 2 7 ． 2 l 1 5 1 2根钻杆见矸 4 4 2 7 ． 2 l 2 0 l S 2 7 ． 2 6 O 4 5 2 6 ． 7 1 l 0 根 孔 、 1 6 2 7． 2 l 0 5 5 O 2 7． 2 7 5 l 7 2 2 ． 5 2 l 2 3 5 2 1 5 ． 0 7 见 矸 1 0根 后 夹 钻 。 1 9 1 8 ． 0 1 1 5 1 1 、 1 2根 时 5 3 2 7 ． 2 6 5 塌 孔 2 O 27 ． 2 1 4 5 63 27 ．2 1 0 0 65 z ， ， ． z t - ， 嚣 牙 嘉 6 5 2 7 ． 2 9 0 2 2 2 7 ． 2 7 0 钻 6 6 2 7 ．2 5 5 2 3 2 7 ． 2 7 O 7根时夹钻 6 7 2 7 ． 2 6 5 2 5 2 7． 2 l 0 o 6 9 2 7． 2 1 2 5 2 6 2 7． 2 8 5 7 O 27 ． 2 l 4 5 2 7 24 l 2 5 8 6 2 7． 2 8 0 3 6 2 7． 2 6 5 8 7 2 7． 2 5 5 38 2 7． 2 1 O 0 8 8 2 7． 2 26 0 3 9 2 7． 2 8 5 9 0 26 ． 5 1 0 6 4 ．5 6 4 0 2 7． 2 l 7 0 1 打 钻 过 程 中 经 常 出 现 吸 钻 、 夹 钻 、 喷 孔 现 象， 特别在采面中间软煤层打深措施孔时打到第 1 3 根 ， 即 1 9 ． 5 m时 ， 开始 出现吸钻现象 ， 打到 1 5～1 8 根 时 出现严 重 吸 钻 ， 煤 屑 不 能 及 时 排 出 ， 有 时 1个 2 7 ． 2 m措 施孔 能排 出 1 2 t 钻 屑 ， 打深 孔 需 长时 间排 粉 ， 这虽然 增 加 了工人 劳动 强度 ， 但 在严 重 吸钻情况 下， 解决了软煤层打深孑 L 丢钻杆的难题。解决方案 指定专人开泵 ， 保证乳化液泵站正常供液。 2 由于吸钻 、 夹钻 问题 ， 大量钻杆遗 留在煤层 中 ， 造成材料浪费。解决方 案 钻孔时 ， 使用专用销 连接 每 根 钻 杆 ， 试 验 成 功 。且 使 用 乳 化 液 方 便 、 经 济 。 对周围工作环境污染小。 4 结 论 1 Z Y S J 一 1 0 0 ／ 3 2 0轻便 型液 压 防 突钻 机用 途 广 泛 ， 实用性 强 ， 可 以适用 于其 他综 采工 作面 打瓦斯 排 放钻 孔 、 防突 测试 孔 、 注水 孔 ， 通 过 1 a多 的试 验 ， 钻 机运 行稳 定性 、 可 靠性 好 。 2 Z Y S J ． 1 0 0 ／ 3 2 0轻 便型 液压 防突钻 机体 积 小 ， 质量小， 搬运维修方便 ， 操作维护简单 ， 打完钻孔 后 ， 无 需解 体 钻机 ， 该钻 机最 适宜 在薄 煤层 低综工 作 面使用。 3 打钻人员操作方便 ， 移动方便快捷 ， 在打完 一 个钻孔需移动到下一个工作位置时， 1人操作即 可 ， 整个过程用时不足 1 mi n ， 方便灵活， 提高了工作 效率 ， 减轻了工人劳动强度 ， 改善 了作业环境。 4 钻机施 工 8 9 1 1 1 1 ／ 1 钻孔 所用 时 间 比原 来 缩 短 1 ／ 3 ； 增加了综采工作面有效生产时间 ， 提高了生 产效率。工作面月产量提高 了 1万 t 以上 ， 同时消 除 了煤 与瓦斯 突 出危 险性 。 5 该钻机使用乳化液泵 站为动力 源、 乳化液 为工作介质 ， 有效避免了使用电能动力源时易产生 失爆 的问题以及使用普通液压油为工作介质时在高 压渗漏状态下形成的细小微粒与空气混合易引起火 灾 的 问题 ， 安 全性 能好 。 责任 编 辑 刘 欢欢 上接 第 3 4页 ／ 图 3悬 吊点 安装 示意 4 结 语 按 照 以往 施 工经 验 ， 井 筒 变 径 4次 需 加工 4套 不同直径模板 ， 加工费用高， 拆除、 安装周期长 ， 给生 产带来很多不便。变径模板 的成功研制， 能够解决 多井径井筒对模板需求量大 的要求 ， 缩短了生产周 期 ， 模板可重复使用 ， 大大降低了施工多井径井筒模 板时投入 的人力及物力 ， 进一步加快 了多井径井筒 的施工速度 ， 并降低 了经济成本 ， 实现了井筒快速、 优质 、 安全、 低耗施工。 责任 编 辑 刘欢欢 3 7