矿山地面大直径钻孔救援提升装备研制分析

张晓华

[摘    要]文章结合矿山生产的基本情况，对矿山地面大直径钻孔救援提升装备研制进行分析，主要对矿山地面大直径钻孔救援提升装备进行研究，包括总体方案设计、救援提升车的设计以及救生舱的相应设计，从而满足矿山救援的基本需求，全面提升矿山救援的能力，降低安全隐患，确保矿山的安全生产，避免各类事故带来严重的人员伤亡事件。

[关键词]矿山地面;大直径;钻孔;救援;提升;装备研制

[中图分类号]TD774 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）03–00–03

Development and Analysis of Rescue and Lifting Equipment

for Large-Diameter Boreholes in Mine Ground

Zhang Xiao-hua

[Abstract]Based on the basic situation of mine production， the article analyzes the development of rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， mainly studies the rescue and lifting equipment for large-diameter boreholes on the mine ground， including the overall scheme design， including the corresponding design of the rescue lifting vehicle ， including the corresponding design of the rescue cabin， so as to meet the basic needs of mine rescue， comprehensively improve the ability of mine rescue， reduce potential safety hazards， ensure the safe production level of the mine， and avoid serious casualties caused by various accidents.

[Keywords]mine ground; large diameter; drilling; rescue; lifting; equipment development

1 礦山事故钻孔救援技术现状

1.1 紧急避难场所选址

矿山生产中容易受到诸多因素的影响，进而造成火突、突水、冒顶和塌陷等灾害，同时这类灾害也是深井开采中常见的问题。而且，这些事故的危害相对较大，给矿山带来严重的经济损失。所以，为了满足矿山安全生产要求，需要对紧急避难场所进行选择，选择适宜的紧急避难场所，确保该场所具有较高的安全系数，当灾害发生时，如果有工作人员无法及时撤回到地面，就可以在紧急避难场所进行避难，从而保证相应人员的生命安全[1]。

1.2 钻孔救援技术

为了满足深部开采矿井的救援，需要合理地对钻孔救援技术进行应用，要求钻孔具有足够的深度和足够的宽度，能够承受救生舱的运送需求。结合实际情况，对矿山地面大直径钻孔成孔技术进行研究，这部分需要实现地面钻孔与巷道联通，从而保证救援工作能够顺利进行。钻孔直接联通巷道的形式，具体的连接形式如图1所示。

通过上述联通的方法，能够实现巷道和大直径钻孔的有效连接，如此一来，就能满足救援的相关要求，确保被困人员的救援效果。另外，还有成孔后井下掘硐室与钻孔联通的方式，这种方式在上述图1中有所展示。

除此之外，无论选择何种方式将钻孔与巷道联通，地面大直径钻孔的的成孔都包括导向孔精确定向钻进，扩孔钻进、下套管、固井等。现实中，也有无需钻进导向孔，直接使用大孔径钻头一次性钻进成功的案例。但是，这种方法在实际应用中因为无法定向，所以只能依靠较浅孔深来保证钻进的精度，所以，在国内开采相对较深的情况下基本是无法实现的。

由大直径钻孔的成孔和工序可以确保在精确中靶子的基础上，大直径钻孔孔径和套管尺寸相对较大，这样所带来的钻进碎岩的面积也就相对较大，所以扩孔钻进的效率就相对较低，而且钻具也要承受相对较大的荷载，甚至容易造成一系列的问题[2]。

1.3 救援提升仓

矿山地面大直径钻孔救援提升装置是1种用于矿山井下救援的设备，当矿山出现巷道坍塌问题，甚至次生灾害频繁的情况时，从巷道进行救援的困难就比较大。同时，被困井下的工作人员，也没有足够的物资等待救援，所以就要求1种快速的救援方式，而这种救援方式就是矿山地面大直径钻孔救援提升装置。通过该装置的合理运用，能够实现快速救援，降低安全事故带来的风险，提高矿山生产的安全系数，确保开采的安全，避免给工作人员带来伤亡。

救援提升是实现快速救援的辅助手段，通过提升装置的利用，使得被困人员使用提升舱，从而将被困人员运送出矿井，进而实现救援的目的。智利曾研究SYLRC-550M型升降救生舱，主要包括断索保护机构，能够实现对钢索的保护，在钢索出现断裂的瞬间就能做到防坠落，从而保证提升舱的安全系数，避免二次伤害的发生。

2 钻孔救援提升装备研制

2.1 功能和技术要求

矿山救援是1件相对复杂的事情，因为矿山容易受到诸多因素的影响，造成矿山出现各类问题，所以需要钻孔救援提升装置的功能和技术符合相应要求，如此一来，才能满足我国深部开采矿井的基本需求，并且保证救援人员能够在事后10 h内达到事故现场，从而实现对被困人员的快速营救。结合既往成功经验，明确了钻孔救援提升装备应具备的相应要求。结合我国矿井的基本情况可以发现，我国矿井的埋深相对较深，再从矿井埋深、地质条件和开采技术等因素考虑，可以发现现阶段我国的救援深度一般集中在1000 m以内。所以，通过相应的计算，可以得到救援起重能力要满足5/12 t，提升下放速度要在0～2.219 m/s，最大行驶速度需要在90 km/h左右。另外，救生舱尺寸应为550 mm×4000 mm，同时，要求深井提升设备的主臂长度≥10 m，工作深度能满足1000 m，并且额定总起重重量大于5 t。如此一来就能满足矿井救援的基本需求，待钻孔达到巷道后，再下放救生舱，从而降低钻进给救生舱带来的影响，保证矿井的安全系数，降低安全隐患，确保救援效果[3]。

2.2 功能模块设计和研制

2.2.1 总体方案设计

为了满足实际需求，需要对矿山地面大直径钻孔救援提升装置的总体方案进行设计，并且保证整体方案能够符合实际需求，进而降低安全隐患，控制矿山安全事故带来的风险。为了实现救援抬升，首先要研制1套具有提升功能的设备。同时，还要求在提升过程中，环境不会给相应的人员带来安全风险。并且在提升过程中，被解救的人员能够通过通信系统和地面进行交流，在交流的过程中与被救人员进行沟通，通过合理的心理疏导缓解他们的紧张情绪，使得他们能够配合救援，从而提高救援的成功率。所以，结合实际情况，可以得到图2所示的总体方案设计图。

结合上述设计图可以发现，该设计中包含提升装置、救援卷扬的救生舱、通信系统等。同时，上述设计所采用的设备原型为ZMK5200QJY40型救援提升车。该车的合理运用，配合大直径钻孔能够顺利实现对井下被困人员的解救，从而保证相应人员的安全，降低安全风险。

2.2.2 救援提升车

2.2.2.1 底盘设计

因为救援提升车需要提升救生舱，同时救生舱具备一定的重力，所以要求提升车底盘要相对稳定，如果底盘不稳定，就会导致提升车在提升的过程中出现翻车的风险，这样不仅会影响提升车的安全操作，还会给井下被困人员带来二次伤害，所以要求底盘必须满足实际需求。实际设计中，可以采用6×4后轴驱动的方式，将接近角和离去角分别设置为20°和10°，从而满足实际应用的需求。而发动机需要承担救生舱的提升动力，所以要求发动机具备相应的动力富余，且需要具备较强的爬坡能力，同时底盘自带随车起重机吊臂，能够实现对12 t重的卷扬安装，并且能够实现对卷扬的有效操作，确保汽车的稳定与安全。另外，汽车还要配备相应的钢丝绳，这些钢丝绳要能够承载5 t的拉力，从而满足救生舱的提升工作，降低被困人员的安全风险。

2.2.2.2 大容绳量卷扬

这部分主要是救援卷扬，要求长度能够满足1000 m的救援需求，所以要选择大绳量的卷扬。同时，套绞车系统可以选择液压卷扬作为减速机结构，并进行模块化设计，在卷扬内部实现安装。同时，安装过程中，由于该项技术所占的空间较小，卷筒为了满足需求，需要实现闭环控制。并且需要卷扬能有效防止乱绳和跳绳的状況，大幅度延长救援钢丝绳的寿命，避免救援出现二次事故，确保救援的效果。

同时，卷扬运行期间，卷筒和救援钢丝绳都是运动部件，卷扬通往地面数据交换器导线属于静止构件。所以为了保证通信的质量，需要将救援钢丝绳4根通信线缆预装在卷筒旋转轴心中，并且，要选择防爆滑环连接钢丝绳运动端和导线静止端口。除此之外，为了满足卷扬的安全控制，需要选择常开式工作钳和常闭式安全钳两级保险结构，进而避免制动失效的问题发生，提高卷扬的运行安全系数，降低安全隐患。

常闭式安全钳和常开式工作钳在实际的工作中，工作原理如图3所示。为了满足实际工作需求，工作钳和安全钳都需要处于正常的工作状态下，从而能够避免安全隐患和质量隐患，确保救援效果。

2.3 救生舱设计

实际的救生舱设计中，需要注意的是救生舱的外形设计。①救生舱要设计成为圆筒形结构，且保证上舱段和下舱段都采用锥形导向结构。②还要对缓冲滚轮进行设计，如此一来，可以提升救生舱的安全系数，降低救生舱使用过程中与救援井内壁的刮擦，进而保证救援过程能够顺利进行，降低安全隐患。同时，还能避免反作用力的影响，从而减轻冲击对救援舱内人员的影响。③救援舱在设计中，还需要设置底部脱开装置，且要以双保险销结构为基础，从而保证避免被救援的人员因为误踩导致上舱段与下舱段出现分离的情况。这种保险能提升救生舱的安全系数，降低安全隐患。当双保险销拔开后，系好安全带，救援人员脚踩他们，下舱段与上舱段开始分离，沿着井筒下坠到井底，直至到达目标区域，之后再将被救援人员安排到合适的位置，再抬升救生舱，从而满足实际救援的基本需求。④救生舱内需要配备摄像头、通信耳机、气体测量装置等设备，从而满足救援的基本需求，提升救援的效率[4]。

3 结束语

本文结合矿山地面大直径钻孔救援提升装备的基本情况，研究该装置的具体设计，包括前期的系统研究，之后再对系统的功能组件进行分析，最后实现对系统的有效控制，确保系统具有较好的功能，能够满足救援的基本需求，并且积极提升救援效率，降低矿山安全隐患的影响。

参考文献

[1] 郝世俊，莫海涛.地面大直径应急救援钻孔成孔工艺设计与分析[J].煤田地质与勘探，2021，49（1）：8.

[2] 陈艳民.矿山救援设备操作水平提升的分析与研究[J].内蒙古煤炭经济，2020（11）：2.

[3] 王晓民.超深.超重井管大口径特殊钻孔施工工艺研究与应用[J].煤炭与化工，2020，43（8）：4.

[4] 周宇.矿山救护队应急救援能力的提升研究[J].当代化工研究，2021（7）：2.