陈四楼煤矿井下掘进工作面开孔定位仪的研究与应用

2021-05-13张新龙

山东煤炭科技 2021年4期

张新龙

（河南能源化工集团永煤公司陈四楼煤矿，河南永城 476600）

1 研究背景

陈四楼煤矿在井下煤巷掘进工作面进行区域验证时，以往的要求是由掘进工作面验收员负责放线，确定验证钻孔开孔距煤墙帮距离和开孔夹角、倾角、巷道中心线、开孔高度等参数。由于井下作业环境限制，通过放线确定钻孔开孔位置和角度费时费力，同时由于放线人员个人业务技能水平和责任心限制，极易造成开孔位置偏差，造成井下验证数据不准，区域预测失效，给安全生产埋下隐患。陈四楼煤矿为了解决上述难题，经过多方尝试，研制出了一种适用于煤巷掘进工作面区域预测开孔定位的仪器。

2 开孔定位仪组成及工作原理

2.1 开孔定位仪结构组成

开孔定位仪主要由定值杆、固定杆、坡度规和墙托等组成。定值杆包括定值杆1 和定值杆2（如图1 所示），定值杆1 和定值杆2 上均垂直焊接坡度规（坡度规型号为KP-200 型矿用坡度规），定值杆1 与固定杆3 焊接处以及定值杆2 与固定杆3焊接处均焊接有墙托5。

2.2 开孔定位仪应用原理

井下掘进工作面区域预测前，井下验证人员使用开孔定位仪进行钻孔开孔定位。用开孔定位仪墙托5 顶住巷道煤墙帮，定值杆1 紧贴掘进工作面迎面墙煤壁，定值杆1 与定值杆2 夹角为110°，定值杆2 与巷道煤墙壁的夹角即为±70°。当预测钻孔开孔时，直径42 mm 麻花钻杆沿着长度0.5 m、定值杆2 所示方向，即为开孔夹角±20°，钻孔终孔深度10 m，终孔点位于巷道两帮轮廓线外2.92 m，距帮0.5 m（如图2），符合《防治煤与瓦斯突出细则》第八十九条其他钻孔的终孔点应当位于巷道断面两侧轮廓线外 2～4 m 规定[1]。

图1 开孔定位仪元件组成

图2 开孔定位仪验证钻孔终孔位置

3 主要关键技术特点

3.1 开孔定位仪的结构参数

定值杆1 和定值杆2 均采用直径为10 mm 螺纹钢制作而成，长度均为0.5 m；固定杆3 采用直径为10 mm 螺纹钢制作而成，长0.82 m；墙托5 采用直径10 mm 的螺纹钢制作而成，长0.05 m。墙托5分别与其对应的定值杆1 或定值杆2 成90°夹角，定值杆1 与定值杆2 夹角110°。

3.2 开孔定位仪各部件及技术功能

（1）定植杆。定值杆1 和2 长度均为0.5 m，保障钻孔开孔位置距离巷帮0.5 m。定值杆1 与定值杆2 焊接夹角110°，施工预测钻孔时，直径为42 mm 麻花钻杆沿着定值杆2 或定值杆1 所示方向，即为开孔夹角±20°。

（2）固定杆。固定杆3 长度0.82 m，固定杆3和定值杆1、定值杆2 首尾焊接成三角结构，固定支撑开孔定位仪结构稳定性。

（3）墙托。墙托5 长0.05 m，保障开孔定位仪锐角紧贴巷帮，预测钻孔开孔位置距离巷帮0.5 m。

（4）坡度规。坡度规采用型号为KP-200 型矿用坡度规，与定值杆1、定值杆2 均垂直焊接，测量钻孔开孔倾角大小。

4 应用效果

（1）在人员行为上，克服现有技术的不足，提供一种不需要工作人员有太繁琐的操作步骤、解决人员放线不准确问题的煤矿掘进工作面区域钻孔实用型工具，确保了钻孔施工深度、开孔位置的准确性。开孔定位仪的应用从解决煤矿井下实际问题的角度出发，不仅打破了煤矿职工旧有的工作模式和工作方法，还同时提高了职工创新意识和创新思路，给以后的矿井实用性创新思维模式、安全生产打下了坚实基础。

（2）在工作效率上，以掘进工作面区域预测为例，传统的钻孔开孔高度、距巷帮距离、钻孔倾角、钻孔夹角、巷道中心线的确定都需要井下工作面验收员放线、拉线，需多人配合，同时还要保障拉线、放线位置的准确性，用时需10 min 以上。而采用钻孔定位仪只需测量钻孔的开孔高度和确定巷道中心线位置，用时仅需5 min，（10-5）÷10=0.5，至少提高了50%的工作效率，同时还避免了因为人员技术水平低造成的重复拉线、放线问题，保障了预测数据的准确性和真实性，给井下掘进工作面安全生产提供了更有力的和更省时省力的新的工作方法。

（3）在安全系数上，开孔定位仪的应用杜绝了弄虚造假现象的发生，保障了预测数据的准确性和真实性，为矿井的综合瓦斯治理、抽采达标提供了强有力的保障和数据依据，奠定了矿井安全生产的基石。