履帶式全液壓坑道鉆機在巷道掘進中的應用研究

霍 璇

（陜西彬長小莊礦業有限公司，陜西 咸陽 713500）

引言

我國煤礦賦存環境復雜，“有掘必探，先探后掘”對礦井的安全生產有著重要意義[1]。通過超前探測技術提前探明采掘區前方水源情況，并采取相應防治措施，可以有效避免礦井水害的發生?？拥楞@探作為防治礦井涌水的重要手段之一，分為螺旋差動給進式和動力頭式（液壓式）兩類[2]。小莊煤礦40302 工作面運輸巷采用的傳統機械式坑道鉆機存在工作強度大、探查精度低、周期長的問題。隨著安全生產對鉆孔施工技術要求的不斷提高，傳統坑道鉆機的局限性也日益凸顯。因此，急需尋求一種新型鉆機對小莊煤礦40302 工作面運輸巷道采掘過程中超前探水設備進行改進。

1 小莊煤礦40302 工作面概況

40302 工作面運輸巷由40302 設備硐室向東側開口掘進，北側為40304 工作面，南側為40210 工作面，西側為中央2 號回風大巷，東側緊鄰井田東翼開拓大巷保護煤柱，設計長度2 200.6 m。40302 工作面運輸巷與40302 回風順槽平行且相距196 m，沿煤層底板掘進，掘進方位90°，工作面四周無采空區，均不會對該運輸巷道造成影響。40302 運輸巷煤層硬度為中硬，施工范圍內主含水層由中、粗粒砂巖組成，依分選性、膠結程度及裂隙發育程度不同，呈現相對隔水或局部含水，受局部斷裂構造的影響，可能在局部地段通過導水裂隙進入井巷系統。

由工程概況可知，掘進巷道地質構造較復雜，可能存在含水構造。為避免巷道掘進過程中揭露含水構造，威脅巷道的安全掘進，需要在巷道掘進前進行超前探水施工。但通過前期探水效果看來，采用傳統機械式坑道鉆機施工無法達到預期效果，施工效率低，勞動作業強度大，精確性低，無法充分消除作業區域水害隱患。因此，需要尋找一種新型坑道鉆機替換傳統機械式坑道鉆機。

2 傳統坑道鉆機分析

2.1 傳統坑道鉆機的組成和運行

由圖1 所示，傳統坑道鉆機主要由鉆機、鉆桿、鉆頭三部分組成。利用鉆機的動力頭驅動孔內鉆具回轉，帶動鉆頭旋轉切削煤巖層，同時鉆機提供孔內鉆具前進的動力，實現破巖鉆進，最后鉆屑隨高壓沖洗液沿四周環形空間間隙排出孔外[3]。

圖1 傳統坑道鉆機組成示意圖

2.2 傳統坑道鉆機應用效果分析

1）由工程概況可知，小莊煤礦40302 工作面運輸巷涌水量主要來源于構造裂隙水和施工水兩方面，其中構造裂隙水主要為巷道頂板淋滴水或前方遇斷層構造或裂隙帶時突然涌水。開展鉆探作業難度較大，采用傳統坑道鉆機施工時，需要頻繁調節設備位置及角度，極大增加了工人工作量，同時拖延了施工進度，影響巷道開掘和生產。

2）采用傳統坑道鉆機在上山方向鉆探施工時，頂板和煤壁易發生冒頂、片幫等事故。由于40302 運輸巷煤層較為堅硬，容易出現因負荷過大導致鉆桿卡死的現象，造成鉆機的綜合保護插件頻繁燒毀，存在一定程度的安全隱患[4-5]。

3）傳統坑道鉆機體積大、結構松散復雜、行走不便，對作業環境要求較高。采用點柱的方式作為中心支撐點，當施加力較大時，將會產生相對應的大反作用力，最終使得鉆機在鉆孔時搖擺不定，產生左右晃動的不穩定現象。

綜上，傳統坑道鉆機存在工人工作強度大、設備不穩定、移動拆卸困難等問題，在40302 運輸巷中，開掘應用效果不佳，不能保質保量地完成鉆探水施工，影響施工進度。

3 履帶式全液壓坑道鉆機分析

3.1 履帶式全液壓坑道鉆機的結構組成

履帶式全液壓坑道鉆機為整體式布局，由前下穩固裝置、上穩固裝置、主機、回轉油路板總成、冷卻器、電機泵組、上下穩固裝置、主操縱臺、油箱及履帶車體等部分組成，各部分之間用高壓膠管和螺栓連接。履帶式全液壓坑道鉆機結構如圖2 所示。

圖2 履帶式全液壓坑道鉆機

3.2 履帶式全液壓坑道鉆機的特點

1）40302 運輸巷掘進探水施工時工作量大，履帶式全液壓坑道鉆機低轉速大轉矩，鉆孔破巖速度快，工作行程大，可以極大減輕工人勞動強度。

2）履帶式全液壓坑道鉆機適應性強，解體性好，移機和穩鉆時間短，移動搬遷方便，可實現360°無死角鉆探，可滿足40302 運輸巷探水鉆孔多方位、多角度的需求。

3）履帶式全液壓坑道鉆機操作臺設在履帶車體后方左側，操作時遠離孔口，可以避免上山施工所造成的砸傷等隱患，提高了施工環境及施工人員的安全性。

綜上，履帶式全液壓坑道鉆機具有鉆孔效率高，工藝適應性強，穩定牢固，移動搬遷方便，安全可靠等一系列優點，符合相關設計要求，適合用于巷道掘進探水鉆孔施工。

4 履帶式全液壓坑道鉆機的應用效果分析

根據小莊煤礦40302 運輸巷特點，結合現場實際情況，應用ZDY3500LP 煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機進行探放水施工，針對ZDY3500LP 煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機的鉆進速度、工人勞動強度、打鉆安全性和穩定性對其應用效果進行評價。

4.1 鉆進速度

40302 運輸巷采用綜掘機進行掘進，平均每天掘進工程量為6 m，巷道每掘進10 d 需進行一次探放水施工，探水施工周期為2 d，每月因探水施工影響施工工期為4～6 d，掘進前期探水鉆場間距為60 m，每個探水鉆場布置2 排鉆孔，共6 個鉆孔。采用煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機ZDY3500LP 施工超前探水鉆孔后，比預計工時78 d 提前了16 d 左右，并完成鉆孔施工深度大約在60 m，巷道掘進效率提高了21%。

4.2 工人勞動強度

采用液壓支架支護比傳統鉆機減少了很多工序，用傳統鉆機打鉆需4 人推鉆、1 人抱鉆、1 人觀山、1人灑水，共7 人；而使用履帶式全液壓坑道鉆機只需4 人完成，推、抱鉆環節各1 人即可，工作量也大幅減少。

4.3 安全穩定性

采用履帶式全液壓坑道鉆機后，施工人員所在操作臺的位置安裝于主機輪廓外，不僅可以避免上山施工所造成的砸傷等隱患，同時還能保證在下山施工時實現遠程操作、定時排水。表現方式更為穩定，確保40302 運輸巷在探水施工時鉆孔角度符合設定值，工作安全性穩步提升。

整個設備具有安全高效、結構緊湊、性能穩定、易于操作以及拆卸移動方便等優點，經過相關檢測機構進行實驗得出，符合相關設計施工要求，適用于煤礦井下掘進探水及其他工程孔的施工，具有一定的推廣意義。

5 結論

1）傳統坑道鉆機由于體積大和結構松散等特點，造成40302 運輸巷的掘進工期延遲。

2）履帶式全液壓坑道鉆機結構緊湊，穩定性高，安裝搬運方便，在巷道掘進探水中具有更強的適應性。

3）選用履帶式全液壓坑道鉆機后，掘進效率提升21%，工人勞動強度降低，安全性提高。