履带回转钻车在煤层注水施工中的创新应用

2018-11-30吕继恒

山东工业技术 2018年3期

关键词：履带钻杆钻机

吕继恒

（鄂托克前旗长城五号矿业有限公司,内蒙古鄂尔多斯 017000）

1 研究内容

（1）SGZ-Ⅲ立轴式坑道钻机施工现状及技术难题；

（2）ZYJ-800/200架柱式履带回转钻车的实验研究；

（3）施工工艺改进前后的效果对比。

2 实施方案

2.1 SGZ-Ⅲ立轴式坑道钻机施工现状及技术难题

现阶段SGZ-Ⅲ立轴式坑道钻机主要应用于煤层注水孔及地质勘探孔的钻探施工，由于钻机良好的机械传动及液压钻进性能，在现场作业中发挥了极其重要的作用。由于受施工空间等多因素影响设计采用KHYD155型岩石电钻钻进，设计孔深80米。

随着矿井提升系统和开采技术的优化，推采速度加快使SGZ-Ⅲ钻机在超前注水孔的钻探施工中渐显吃力。

（1）钻机挪移和稳固。SGZ-Ⅲ钻机重920kg,支撑用dw-45单体支柱重90kg。经现场施工写实观察，由于钻机本身无行走装置，挪移时钻机、单体完全靠人工拖拽，完成一次设备挪移需用时2时20分。

钻机稳固时需将钻机连接专用工字钢枕槽，下垫枕木后在四角上用液压单体支柱支撑。完成一次机体稳固（包括拆卸、安装）需用时1时30分。由于单体内充入的是防尘用3Mpa高压水。支撑力约为14KN, 2302工作面宏观冲击危险等级为中等冲击,较小的支撑力给施工的正常进展造成较大安全隐患。

（2）钻机的调整与钻探。现场实地观察，钻机稳固后调整钻探角度需手动拆除6条立轴紧固螺栓，手动旋转定位后再拧紧螺栓。完成一次角度调整耗时25分钟。由于钻机本身设计问题，钻探高度无法调整。只能依靠改变钻探倾角弥补不足。

钻进时使用Φ50*1m地质钻杆钻进，钻杆间采用丝接连接，连接前需手动缠麻密封，密封不良易导致钻具漏水。钻杆填装时需手动卸除水转轴，填装较为不便，填装一根钻杆平均用时8分钟。SGZ-Ⅲ钻机立轴行程500mm，完成一根钻杆钻进需要两次往复行程。钻进过程中立轴末端与煤帮有0.5-1m的间隙。当钻进中遇到夹矸或受采动与构造应力耦合影响，工作面超前区应力变大时，钻杆震颤导致角度偏移，成孔困难，严重时会造成钻具折损伤人事故的发生。且丝接连接钻杆无法反转，当塌孔吸钻时无法快速有效的处理问题。

2.2 ZYJ-800/200架柱式履带回转钻车的实验研究

ZYJ-800/200架柱式履带回转钻车是石家庄中煤装备结合矿山巷道等特定条件设计制造的新型架柱式钻机，应用于岩巷和采煤面超前瓦斯或水的探测。其自身配有导轨和固定导轨的立柱，采取顶天立地的顶紧方式，导轨和立柱之间采用锥轴连接方式，消除了主机和立柱之间的间隙的同时还保证钻机打孔角度在-20°—+60°范围内可调。并且带有履带行走装置，具有快速移动、高效钻进的先进性能。

2.2.1 钻车使用情况

（1）钻车挪移和稳固。据现场盯班写实观察，钻车的挪移和稳固全由液压系统来实现，电机与双联齿轮油泵间采用柔性联轴器连接，减少了齿轮或皮带传动的能量损失，系统压力可达18Mpa。行走部由引导轮、支重轮、链轮和张紧装置组成。采用高强度组合式密封履带连，爬坡能力可达18°行走速度最快可达15m/s,完成一次挪移仅需3分钟。施工效率明显提高。

钻车稳固采用单立柱式撑紧油缸，采取顶天立地顶紧方式，立柱顶紧力可达80KN。大大提高了施工时机体的稳固性及抗压能力。相比SGZ-Ⅲ钻机，省去了单体支柱拆卸、安装的繁琐工序，完成一次机体稳固仅需8分钟。

（2）钻车的调整与钻探。在立柱总成与推进器总成之间装有丝杠式斜撑杆，可以通过斜撑杆快速调整打孔角度，斜撑杆同时起到增强整机强度和刚度的功能，减少打钻中的颤抖。并且调整动静滑轮组可以实现推进总成的上下移动，从而实现钻探高度的调整,调整范围为1.2m-2.4m。完成一次调整只需耗时12分钟。

钻进时使用Φ76水冲式高效螺旋钻杆搭配Φ89高强复合刀片钻头。钻杆间采用插接连接，可以实现高效、快速填装。钻杆钎尾配有专用O形密封圈，密封紧密不易漏水。经现场考察，完成一根钻杆填装仅需3分钟。ZYJ-800/200钻机推进行程为1300mm,一个行程便可以完成整根钻杆的钻进。并且钻进时导轨可以紧贴煤帮，借助于导向支架的定位作用，可以减轻钻机钻进时钻具的震颤，提高钻进的精准度，保证成孔质量。钻具回转采用高效液压摆线马达，可以实现钻具的正反转，配合螺旋钻杆可以最大程度排净煤粉，降低了因塌孔抱钻、吸钻发生的几率。

2.3 施工工艺改进前后的效果对比

经现场施工写实调研上巷59#钻孔移稳钻车耗时23分钟，角度调整耗时12分钟，共计耗时35分钟。而同期使用SGZ-Ⅲ钻机施工的56#钻孔移稳钻机共耗时3时50分钟，角度调整耗时32分钟共耗时4时22分。改进新钻探工艺后移稳钻机节省用时3时47分钟。

本次数据比较共采集两组14个钻孔的钻探耗时数据，通过分析使用SGZ-Ⅲ立轴式坑道钻机完成一个钻孔平均耗时4.86（班），使用ZYJ-800/200架柱式履带回转钻车完成一个钻孔平均耗时3.43（班）。每完成一个钻孔节省用时1.43（班）。使用ZYJ-800/200架柱式履带回转钻车的钻探效果立竿见影。