ZDY2-1000LF 型双臂钻机在煤矿探水钻孔施工中的应用

殷志祥

（山西焦煤山煤国际韩家洼煤业有限公司，山西 大同 037100）

0 引言

目前煤矿井下探水钻孔施工采用的钻机主要有三类，分别为气动架柱式钻机、分体钻机以及ZLJ 系列坑道钻机。三种钻机在实际应用时存在很多问题，其中气动架柱式钻机主要采用压缩空气为动力，体积小且易于搬迁，但是在钻孔施工时动力小、安全系数低；分体钻机主要采用液压油作为介质并利用液压系统提供动力，传统分体钻机主要由主机、泵站、操作台等部分组成，钻机结构紧凑、钻孔动力足、故障率低，但是钻机重量大、不易搬迁、劳动作业强度大；而ZLJ系列坑道钻机主要采用机械传动，体积小、灵活、可靠，但是体积大，在安装时需对底板进行硬化处理，工序烦琐，不易搬迁，钻孔施工效率低[1-3]。

为了满足井下钻孔高效、快速施工，采用了一套ZDY2-1000LF 型双臂钻机，从而保证采掘工作面探水钻孔多方位、多角度施工。该钻机机身小、移动方便、安装速度快，可同时对多个钻孔施工，能够有效提高探水钻孔施工效率[4-6]。

1 ZDY2-1000LF 型双臂钻机结构

1.1 钻机参数

ZDY2-1000LF 型双臂钻机主要由执行机构（钻车）和动力机构（泵车）两部分组成，且两者之间采用液压管连接。钻机具体技术参数如表1 所示。

表1 ZDY2-1000LF 型双臂钻机主要技术参数

1.2 钻车结构

ZDY2-1000LF 型双臂钻机主要由主机、操作台、姿态调整操作台、辅助操作台、钻车行走操纵台、钻车履带车体及固定装置等部分组成，其中主机、操作台、姿态调整操作台各分为左、右控制。

钻车履带车体两侧分别安装左、右主机，主机主要由夹持器、回转装置、旋转装置、下滑动平台以及给进装置等部分组成，旋转装置采用左右对称布置方式。下滑动平台主要用于左、右主机主轴间距调节，调节范围在1.2～1.9 m 范围内；旋转轴主要由于主轴方位角调节，调节范围在-90°～+90°范围内；变幅机构主要用于主轴仰俯角调节，调节范围在-90°～+60°范围内，从而保证主轴可以大范围调节。

回转器主要采用中心通孔式结构，利用不同卡瓦可对不同直径钻杆进行夹持，保证满足不同钻孔直径施工需求。

钻车履带车体主要由履带底盘和车体平台两部分组成，在底盘与平台之间安装一个液压旋转支撑，当钻车到达指定位置后，通过液压旋转支撑确保平台与底盘能够相对转动。

1.3 泵车结构

泵车主要由开关、泵车履带、油箱、冷却装置、液压水泵、行走操作台、远程急停开关、电机泵组等部分组成。

电机泵组主要由三相异步电动机、联轴器、液压泵、泵底座等部分组成，其中电机功率为75 kW；液压泵采用Ⅰ泵、Ⅱ泵、Ⅲ泵、Ⅳ泵串联而成，其中Ⅰ泵调校压力为10 MPa，设定流量为100 L/min，主要对液压水泵进行控制，确保钻孔施工过程中具有足够压力的冲洗液。Ⅱ泵和Ⅲ泵调校压力为25 MPa，主要控制阀组，从而对泵车行走、钻机姿态调整、回转器运转以及给进、起拔等动作，同时对油缸稳固和液压旋转支撑进行控制。Ⅳ泵调校的压力为10 MPa，主要用于对工作臂夹持器和卡盘进行控制，以及控制减压阀开启实现对操作台先导手柄供油动作；同时Ⅳ泵安装了手动切换把手，当泵车在移动时通过手动控制使泵体内油液流回油箱，从而保证正常供压。

2 现场应用效果分析

2.1 巷道概述

韩家洼煤矿403 运输顺槽位于三水平西盘区，巷道东部为西盘区回风巷，西部为未开采区域，北部、南部为2008 年12 月兼并重组前遗留的旧巷。

403 运输顺槽掘进煤层为22 号层，巷道掘进断面规格为宽×高=4.2 m×3.5 m，掘进煤层厚度为12.98 m，由北向南产状逐渐变缓，大部分地段产状平缓，倾角4°～6°；中部北段和西部北段产状相对较陡，倾角一般5°左右。煤层顶板岩性中砂岩，底板为砂质泥岩。

403 运输顺槽上覆存在裂隙含水层，与顶板垂高在25～32 m 范围内，通过物探共计显示3 处异常区，分别位于巷道425 m、622 m以及978 m处，预计总水量3275 m3，巷道掘进前期顶板出现淋水，淋水量4.5 m3/h，对巷道掘进影响较大，需进行超前钻探施工。

2.2 超前探孔布置参数

由于巷道四邻关系明确，巷道周围无积水区域，所以对顶板施工探水钻孔即可，巷道每70 m 施工一组探水钻孔，钻孔深度为100 m，共计布置2 排，上排布置3 个钻孔，下排布置1 个钻孔；其中上排钻孔布置间距为1.8 m，钻孔直径为75 mm，钻孔以25°仰角布置；上、下2 排钻孔布置排距为1.5 m；下排钻孔垂直迎头煤壁布置。

2.3 钻孔施工工艺

403 运输顺槽采用ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机进行钻孔施工，具体施工工序如图1 所示。钻孔采用直径75 mm 合金钢钻头以及长度为1.5 m、直径为63 mm 中空钻杆联合钻进施工；采用巷道内静压水作为钻机液压系统冷却器用水。为了防止静压水压力过大造成冷却器损坏，在管路中安装截止阀；为了缩短换杆时间，提高钻进效率，采用中部加杆、后方卸杆的钻杆替换方式。

图1 ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机钻孔施工工序

2.4 现场应用效果

1）提高了钻孔施工效率：403 运输顺槽采用ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机探放水施工8 次，钻孔32 个，钻孔总深度为3200 m。钻孔施工过程中分别采用静压水和液压水泵提供冲洗介质，其中采用静压水作为冲洗介质时，单工作臂单孔施工时间为2.5 h，双臂双孔施工时3 h 可施工2 个钻孔。而采用其他钻机进行钻孔施工时，每个钻孔施工时间为8 h。由此可见，ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机在进行钻孔施工时钻孔施工效率提高了60%。

2）降低了劳动作业强度：采用传统ZLJ-350 型坑道钻机进行施工时，由于钻机体积及重量大，人工搬运困难，在安装钻机时需4 名作业人员配合施工，安装时长为1.5 h，钻机施工钻孔方位角及仰俯角有限，所以每组钻孔需搬运钻机2 次，辅助时间达3 h；而采用ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机实施履带行走，无须人工搬运，1 人操作即可，钻机安装劳动作业强度小，且钻机施工钻孔时方位角及仰俯角范围大，每组钻孔只需移钻机1 次即可，钻机辅助时间减少了40%。

3 结语

韩家洼煤矿针对当前煤矿采用的探水钻机在进行钻孔施工时效率低、搬移劳动作业强度大等技术难题，对403 运输顺槽探放水施工时采用ZDY2-1000LF 型双臂探放水钻机进行钻孔施工，通过现场实际应用效果来看，该钻机具有体积小、搬移次数少、钻孔效率高等优点，适用于掘进巷道多次探孔需要，取得显著应用成效。