瓦斯抽放鉆機(jī)快速移動裝置的設(shè)計與試驗

鄯夢濤

（上社二景煤炭有限責(zé)任公司， 山西 陽泉 045100）

引言

一直以來，煤炭安全生產(chǎn)備受煤炭企業(yè)的關(guān)注。瓦斯作為煤炭安全生產(chǎn)的主要威脅，尤其是對于高瓦斯礦井而言，瓦斯處理不當(dāng)將會導(dǎo)致煤礦毀滅性的損失。目前，針對瓦斯的防治主要從通風(fēng)和抽采兩方面著手實施。其中，瓦斯抽采的應(yīng)用一方面可降低工作面瓦斯?jié)舛?，降低通風(fēng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，從而達(dá)到節(jié)約成本的目的；另一方面基于瓦斯抽采可以實現(xiàn)對瓦斯的再利用。瓦斯抽采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)為打鉆，打鉆的速度和鉆孔的質(zhì)量直接決定工作面瓦斯的抽采效果[1]。為了降低打鉆的勞動強(qiáng)度，確保瓦斯的抽采效率，需提高鉆機(jī)的移動速度。本文著重研究并設(shè)計了鉆機(jī)的快速移動裝置，并對其工業(yè)性試驗效果進(jìn)行了驗證。

1 抽采鉆機(jī)及快速移動裝置概述

工作面通過抽采工藝降低其瓦斯?jié)舛?，該工藝手段早?0 世紀(jì)80 年代就開始實施，也就是說瓦斯抽采鉆機(jī)的歷史可追溯至20 世紀(jì)80 年代。對于國外而言，以澳大利亞孔底馬達(dá)鉆機(jī)和日本雙重管鉆機(jī)、德國的智能坑道鉆機(jī)為代表。但是，孔底馬達(dá)鉆機(jī)不適用于我國巷道斷面較小的工作面，馬達(dá)鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率低，而智能坑道鉆機(jī)的成本較高。因此，需研制適應(yīng)于我國綜采工作面的鉆機(jī)。

目前，在我國綜采工作面應(yīng)用較為廣泛的鉆機(jī)主要包括有履帶式鉆機(jī)、全液壓坑道鉆機(jī)兩種。其中，履帶式鉆機(jī)沒有回轉(zhuǎn)平臺，鉆孔傾角小且價格相對昂貴等，與全液壓坑道鉆機(jī)相比較應(yīng)用較少[2]。本文主要研究MK 系列的全液壓坑道鉆，其實物見圖1。

圖1 全液壓坑道鉆機(jī)實物圖

針對全液壓坑道鉆機(jī)的移動可采用單軌吊法、鉆機(jī)自身動力前移法和手動葫蘆法實現(xiàn)。而且，針對全液壓坑道鉆機(jī)而言，主要以手動葫蘆法為主。對于該系列的MKD-5 和MKD-6 鉆機(jī)由于其質(zhì)量和體積均較大，作業(yè)人員在工作面搬運該設(shè)備困難較大、效率較低，而且采用吊鏈和手動葫蘆移動鉆機(jī)時容易導(dǎo)致錨桿被拉斷，進(jìn)而影響工作面巷道的支護(hù)效果[3]。隨著工作面采煤效率的不斷提升，傳統(tǒng)的拉葫蘆法已經(jīng)不適用于對大型鉆機(jī)的移動。因此，需要為該系列的MKD-5 和MKD-6 鉆機(jī)設(shè)計相應(yīng)的快速移動裝置。

2 快速移動裝置的總體設(shè)計

2.1 快速移動裝置總體設(shè)計要求

1）快速移動裝置需適應(yīng)我國綜采工作面的特點，并以目前相對成熟的技術(shù)為基礎(chǔ)，提高快速移動裝置設(shè)計的科學(xué)性、可靠性和實用性；

2）要求所設(shè)計的快速移動裝置具有質(zhì)量輕、良好的防爆性能且安裝方便的特點；

3）在設(shè)計時，要求充分利用現(xiàn)有成熟技術(shù)。

2.2 快速移動裝置總體設(shè)計方案

為了確?？焖僖苿友b置的適用范圍，需分別針對有軌巷道和無軌巷道設(shè)計快速移動裝置。本文主要針對有軌巷道設(shè)計對應(yīng)的快速移動裝置，具體總體設(shè)計方案如下頁圖2 所示。

3 快速移動裝置的設(shè)計

3.1 滑靴的設(shè)計

滑靴作為快速移動裝置支撐MK 系列鉆機(jī)的主要裝置，要求滑靴具有足夠的強(qiáng)度，以確保其安全性。為確?；スδ艿膶崿F(xiàn)，所設(shè)計的滑靴結(jié)構(gòu)包括有支撐座、支撐板、筋板、銅墊等[4]。結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗，在設(shè)計過程中需注意以下問題：

圖2 快速移動裝置總體設(shè)計

1）當(dāng)將固定裝置安裝于滑靴和軌道內(nèi)側(cè)時，容易導(dǎo)致鉆機(jī)出現(xiàn)偏倚和傾斜的現(xiàn)象；

2）當(dāng)滑靴材質(zhì)選擇不當(dāng)時，容易導(dǎo)致滑靴過重，增加作業(yè)人員勞動強(qiáng)度的同時，降低移動效率；

3）應(yīng)避免將鉆機(jī)的全部承重壓在枕木上，從而導(dǎo)致滑靴和枕木之間的摩擦系數(shù)較大，不容易被移動，從而降低移動效率。

綜合考慮上述因素，將滑靴的支撐座分別置于移動裝置軌道的兩側(cè)，此方式既能夠?qū)@機(jī)的質(zhì)量分布在軌道和枕木上，還能夠避免鉆機(jī)的傾斜和偏移；在連接板腺下安裝銅墊，避免移動時火花的產(chǎn)生。具體滑靴的裝配示意圖如圖3 所示。

圖3 滑靴裝配示意圖

3.2 卡軌的設(shè)計

卡軌作為快速移動裝置在巷道內(nèi)移動的支撐點，其性能也直接決定快速移動裝置對鉆機(jī)的移動效率[5]。結(jié)合以往設(shè)計經(jīng)驗和實際應(yīng)用中存在的問題，設(shè)計如圖4 所示的卡軌。

所設(shè)計卡軌的關(guān)鍵參數(shù)如表1 所示。

圖4 卡軌裝配示意圖

表1 卡軌關(guān)鍵參數(shù)

4 快速移動裝置的工業(yè)性試驗

為了確保所設(shè)計快速移動裝置在綜采工作面確保MK 系列鉆機(jī)的移動效果，將其應(yīng)用于實際生產(chǎn)的綜采工作面，并驗證應(yīng)用快速移動裝置后鉆機(jī)的移動速度和作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

工業(yè)性試驗的場所情況簡介：該工作面平均傾角為10°，最大傾角為15°，最小傾角為3°，工作面煤層厚度范圍在6.2～7.2 m 之間，頂板以砂巖和泥巖為主，老頂以粉砂巖為主，底板以泥巖和砂巖為主。而且，該工作面的瓦斯涌出量異常。

首先根據(jù)將所設(shè)計的快速移動裝置與其所服務(wù)的MK-6 裝配，并采用封閉式牽引機(jī)構(gòu)實現(xiàn)對快速移動裝置的工業(yè)性試驗。工業(yè)性試驗結(jié)果如下：

1）經(jīng)實踐表明，此類快速移動裝置在工作面與鉆機(jī)裝配所需的時間僅為18 min，而平均一次移動MK-6 鉆機(jī)所需時間僅為35.6 min。與以往MK-6 鉆機(jī)的移動情況相比較而言，大大提升了鉆機(jī)的移動速度，就鉆機(jī)移動時間來看，基于快速移動裝置可平均節(jié)約30min 的時間，大大提升了鉆機(jī)的移動效率。而且，快速移動裝置的安裝僅需要不到20 min 的時間，間接地提升了移動裝置的工作效率。

2）基于快速移動裝置對鉆機(jī)移動的過程中，各個零部件之間的連接并未出現(xiàn)故障，說明快速移動裝置具有較好的可靠性和安全性；

3）采用封閉式牽引機(jī)構(gòu)可大大減小作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。

5 結(jié)語

一直以來，瓦斯都是威脅綜采工作面礦井安全生產(chǎn)的主要因素。工作面采用瓦斯抽采一方面能夠?qū)ν咚惯M(jìn)行治理，另一方面能夠降低通風(fēng)系統(tǒng)的工作負(fù)荷，降低設(shè)備的耗電量。為進(jìn)一步提升瓦斯抽采的效率，以MK 系列鉆機(jī)移動困難、效率低的問題為研究對象，為其設(shè)計相應(yīng)的快速移動裝置。經(jīng)實踐表明，采用快速移動裝置后大大提升了鉆機(jī)的移動速度和效率，同時降低了作業(yè)人員的勞動強(qiáng)度。此外，所設(shè)計的快速移動裝置的可靠性和安全性滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定。