一種可調節(jié)鉆孔角度的瓦斯抽采鉆機的設計分析

豆堯堯

（山西晉城無煙煤礦業(yè)集團有限公司寺河煤礦， 山西 晉城 048205）

引言

鉆機在瓦斯抽采過程中是其最常使用的機械設備，其完成管路的安裝及瓦斯的抽采。在實際生產的過程中，根據瓦斯的產生部位來對各個區(qū)域實施瓦斯的抽放鉆孔，例如本煤層順層、采空區(qū)高位裂隙帶等。因此，瓦斯抽放鉆孔的角度、深度及布置形式等是對抽放效果造成影響的核心因素。但是，在現(xiàn)存鉆機的使用中依舊存在較多的問題。因此，寺河煤礦的鉆探隊通過相關研究，對已有的鉆機進行改良，研發(fā)出了一種鉆孔角度可調整的鉆機，并將其應用于W33091 巷的回風順槽中[1]。

1 W33091 巷回風順槽概述

該順槽的掘進煤層為山西組下方的3 號煤層，其厚度大約為6.32 m，其中包含了0～2 層泥巖及炭質泥巖的夾矸，通常為1 層，與底板保持0.8 m 的一層十分穩(wěn)定。3 號煤層的煤體大約有3.35～9.65 m 的厚度，其傾角的平均值為1°～30°。頂板主要包含了粉砂巖、泥巖等，其局部大多為砂巖。底板主要包含了砂質及黑色的泥巖等，該煤層具有較強的穩(wěn)定性。

根據W33083 巷與相鄰近作業(yè)所檢測到的瓦斯含量，抽采部預測該順槽在抽采之前的瓦斯量為1 012 m3/t，其中，超過一半的瓦斯來自于上煤層的裂隙帶中。為了確保巷道正常掘進，實施瓦斯預抽，主攻兩排，一排對作業(yè)面前部瓦斯進行預抽，另一排對頂部裂隙帶中煤層瓦斯進行預抽。但是根據抽采的實際效果可知，瓦斯抽采率低于21%。通過實施分析可知，其關鍵原因在于上方煤層在采用傳統(tǒng)鉆機進行鉆孔時，其角度很難得到適當的調節(jié)，上端裂隙帶無法取得較好的鉆孔質量[2]。

2 鉆孔角度可調節(jié)的瓦斯抽采鉆機的結構及原理

2.1 結構

該鉆機的結構如圖1 所示。

圖1 鉆孔角度可調節(jié)的瓦斯抽采鉆機結構示意圖

1）電機的安裝部位為底座，其功率為37 kW，供電電壓為1 140 V，電機借助軸承與齒輪軸建立連接，同時與液壓泵形成連接。

2）螺紋桿的數量為兩個，均安裝于底座之上，螺紋桿的底部與齒輪箱形成連接，采取固定轉動齒輪來與齒輪箱內部的傳動齒輪相互咬合，利用傳動齒輪的運轉來驅動螺紋桿，兩個齒輪箱內部的傳動齒輪將同步運轉[3]。

3）支撐柱的兩端主要與螺紋桿建立連接，其上方可以對支撐平臺進行固定，并且在該平臺上分別設置了液壓伸縮桿及支撐架，當螺紋桿發(fā)生轉動的時候，支撐桿將會受到其影響而發(fā)生移動，其高度保持在1.03 m 左右。

4）支撐架與升降臺之間的連接主要是借助轉軸來實現(xiàn)，液壓伸縮桿與升降平臺之間創(chuàng)建起相應的連接。升降臺上部配置鉆進器與旋轉器，鉆進器可以在該平臺的上滑道移動，從而驅動鉆孔發(fā)生一系列操作。

2.2 工作原理

1）在對作業(yè)面進行鉆孔的時候，應將鉆機設置到設定位置，并借助地錨來固定設備及底板，對鉆機進行詳細的檢查，明確零件的完好性，判斷液壓缸中剩余的液壓油，并為設備提供充足的電力。

2）在準備工作結束之后，觸動電機的開關，并將其轉為齒輪轉動的模式，在電機開始轉動之后，可以借助軸承來帶動齒輪的運轉，傳動齒輪帶動固定轉動齒輪的運轉，同時螺紋桿將會發(fā)生同步運轉。

3）螺紋桿在啟動之后，支撐柱將會受其影響而產生移動，此時螺紋桿順時針、逆時針旋轉分別使支撐柱上升及下降，當支撐平臺處于事先設定的高度之后，電極開關將會轉變?yōu)橐簤耗Ｊ?，而此時液壓固定柱將會因液壓油的影響而持續(xù)上升，在其與支撐平臺相接觸之后，應當將液壓柱進行固定，以確保支撐平臺取得較好的固定效果。

4）在實施水平鉆孔的時候，將支撐平臺移動至事先設定好的位置之后再進行施工；在實施傾角鉆孔的時候，還需要運用液壓系統(tǒng)來驅動液壓伸縮桿，因受到拉伸的影響，升降平臺將會在轉軸的影響下逐漸在另一方升起，當達到設定好的傾角時應將其立即固定。

5）在進行鉆進時，首先要啟動旋轉器的正向開關，在其運轉之后，需要借助軸承來帶動鉆進器，在其運行之后將會在升降平臺上部的滑道前移，以帶動鉆進器實施鉆孔操作，之后再啟動反向開關，鉆進器將會逐漸向后移動，從而確保鉆桿及時拔出。

3 鉆孔角度可調節(jié)的瓦斯抽采鉆機優(yōu)缺點

3.1 優(yōu)點

3.1.1 結構及操作流程簡單

該裝置具有十分簡單的結構，體積小，操作及移動較為簡單，而且運行性能較好，故障率低，這就極大節(jié)省了維修費用。

3.1.2 應用性較強

該裝置可以利用電氣及液壓兩個系統(tǒng)來對鉆孔在水平及傾斜方向上的角度進行有效調整，并改良傳統(tǒng)裝置中存在的不足，例如改進無法對角度及高度進行有效調節(jié)、靈敏度較低等，因其自動化水平較高，所以不需要較多的勞動力。

3.1.3 實用性較高

該裝置可以適用于各個條件下的作業(yè)面，而且所適用的領域較廣，例如瓦斯的抽采等，其具備較高的實用性。

3.2 缺點

液壓系統(tǒng)會產生十分嚴重的油污染，需及時更換；齒輪時常會發(fā)生磨損問題，需及時更換；在處理深孔的時候，鉆進器會承擔較大的負荷，每間隔2 h就必須停止運行并予以維護。

4 實際應用效果

2019 年4 月，寺河煤礦抽采隊通過運用鉆孔角度可調整的鉆機來對W33091 巷的回風順槽進行鉆孔操作，在經過一定時間的施工之后，總共有64 個鉆孔，其中頂板裂隙帶傾角的鉆孔共有32 個。通過對抽采工作的實際效果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，鉆孔在各個方面的達標率實現(xiàn)了97%，而瓦斯的抽采率也增加到52.3%，提升了抽采效率。

5 結語

通過對該裝置所取得的效果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)鉆機存在的缺陷得到了極大改良，提高了抽放鉆孔的運行質量及施工進度，促使開采煤層中的瓦斯取得了較好的抽采率，運用效果較好。