陳四樓煤礦井下掘進(jìn)工作面開孔定位儀的研究與應(yīng)用

張新龍

（河南能源化工集團(tuán)永煤公司陳四樓煤礦，河南 永城 476600）

1 研究背景

陳四樓煤礦在井下煤巷掘進(jìn)工作面進(jìn)行區(qū)域驗(yàn)證時(shí)，以往的要求是由掘進(jìn)工作面驗(yàn)收員負(fù)責(zé)放線，確定驗(yàn)證鉆孔開孔距煤墻幫距離和開孔夾角、傾角、巷道中心線、開孔高度等參數(shù)。由于井下作業(yè)環(huán)境限制，通過放線確定鉆孔開孔位置和角度費(fèi)時(shí)費(fèi)力，同時(shí)由于放線人員個(gè)人業(yè)務(wù)技能水平和責(zé)任心限制，極易造成開孔位置偏差，造成井下驗(yàn)證數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，區(qū)域預(yù)測(cè)失效，給安全生產(chǎn)埋下隱患。陳四樓煤礦為了解決上述難題，經(jīng)過多方嘗試，研制出了一種適用于煤巷掘進(jìn)工作面區(qū)域預(yù)測(cè)開孔定位的儀器。

2 開孔定位儀組成及工作原理

2.1 開孔定位儀結(jié)構(gòu)組成

開孔定位儀主要由定值桿、固定桿、坡度規(guī)和墻托等組成。定值桿包括定值桿1 和定值桿2（如圖1 所示），定值桿1 和定值桿2 上均垂直焊接坡度規(guī)（坡度規(guī)型號(hào)為KP-200 型礦用坡度規(guī)），定值桿1 與固定桿3 焊接處以及定值桿2 與固定桿3焊接處均焊接有墻托5。

2.2 開孔定位儀應(yīng)用原理

井下掘進(jìn)工作面區(qū)域預(yù)測(cè)前，井下驗(yàn)證人員使用開孔定位儀進(jìn)行鉆孔開孔定位。用開孔定位儀墻托5 頂住巷道煤墻幫，定值桿1 緊貼掘進(jìn)工作面迎面墻煤壁，定值桿1 與定值桿2 夾角為110°，定值桿2 與巷道煤墻壁的夾角即為±70°。當(dāng)預(yù)測(cè)鉆孔開孔時(shí)，直徑42 mm 麻花鉆桿沿著長(zhǎng)度0.5 m、定值桿2 所示方向，即為開孔夾角±20°，鉆孔終孔深度10 m，終孔點(diǎn)位于巷道兩幫輪廓線外2.92 m，距幫0.5 m（如圖2），符合《防治煤與瓦斯突出細(xì)則》第八十九條其他鉆孔的終孔點(diǎn)應(yīng)當(dāng)位于巷道斷面兩側(cè)輪廓線外 2～4 m 規(guī)定[1]。

圖1 開孔定位儀元件組成

圖2 開孔定位儀驗(yàn)證鉆孔終孔位置

3 主要關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)

3.1 開孔定位儀的結(jié)構(gòu)參數(shù)

定值桿1 和定值桿2 均采用直徑為10 mm 螺紋鋼制作而成，長(zhǎng)度均為0.5 m；固定桿3 采用直徑為10 mm 螺紋鋼制作而成，長(zhǎng)0.82 m；墻托5 采用直徑10 mm 的螺紋鋼制作而成，長(zhǎng)0.05 m。墻托5分別與其對(duì)應(yīng)的定值桿1 或定值桿2 成90°夾角，定值桿1 與定值桿2 夾角110°。

3.2 開孔定位儀各部件及技術(shù)功能

（1）定植桿。定值桿1 和2 長(zhǎng)度均為0.5 m，保障鉆孔開孔位置距離巷幫0.5 m。定值桿1 與定值桿2 焊接夾角110°，施工預(yù)測(cè)鉆孔時(shí)，直徑為42 mm 麻花鉆桿沿著定值桿2 或定值桿1 所示方向，即為開孔夾角±20°。

（2）固定桿。固定桿3 長(zhǎng)度0.82 m，固定桿3和定值桿1、定值桿2 首尾焊接成三角結(jié)構(gòu)，固定支撐開孔定位儀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（3）墻托。墻托5 長(zhǎng)0.05 m，保障開孔定位儀銳角緊貼巷幫，預(yù)測(cè)鉆孔開孔位置距離巷幫0.5 m。

（4）坡度規(guī)。坡度規(guī)采用型號(hào)為KP-200 型礦用坡度規(guī)，與定值桿1、定值桿2 均垂直焊接，測(cè)量鉆孔開孔傾角大小。

4 應(yīng)用效果

（1）在人員行為上，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種不需要工作人員有太繁瑣的操作步驟、解決人員放線不準(zhǔn)確問題的煤礦掘進(jìn)工作面區(qū)域鉆孔實(shí)用型工具，確保了鉆孔施工深度、開孔位置的準(zhǔn)確性。開孔定位儀的應(yīng)用從解決煤礦井下實(shí)際問題的角度出發(fā)，不僅打破了煤礦職工舊有的工作模式和工作方法，還同時(shí)提高了職工創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新思路，給以后的礦井實(shí)用性創(chuàng)新思維模式、安全生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）在工作效率上，以掘進(jìn)工作面區(qū)域預(yù)測(cè)為例，傳統(tǒng)的鉆孔開孔高度、距巷幫距離、鉆孔傾角、鉆孔夾角、巷道中心線的確定都需要井下工作面驗(yàn)收員放線、拉線，需多人配合，同時(shí)還要保障拉線、放線位置的準(zhǔn)確性，用時(shí)需10 min 以上。而采用鉆孔定位儀只需測(cè)量鉆孔的開孔高度和確定巷道中心線位置，用時(shí)僅需5 min，（10-5）÷10=0.5，至少提高了50%的工作效率，同時(shí)還避免了因?yàn)槿藛T技術(shù)水平低造成的重復(fù)拉線、放線問題，保障了預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，給井下掘進(jìn)工作面安全生產(chǎn)提供了更有力的和更省時(shí)省力的新的工作方法。

（3）在安全系數(shù)上，開孔定位儀的應(yīng)用杜絕了弄虛造假現(xiàn)象的發(fā)生，保障了預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性，為礦井的綜合瓦斯治理、抽采達(dá)標(biāo)提供了強(qiáng)有力的保障和數(shù)據(jù)依據(jù)，奠定了礦井安全生產(chǎn)的基石。

5 結(jié) 語

陳四樓煤礦井下掘進(jìn)工作面開孔定位儀的應(yīng)用，打破了傳統(tǒng)的掘進(jìn)工作面開孔定位方式，使驗(yàn)收人員從枯燥、繁復(fù)的工作中釋放出來，極大程度地提高了井下掘進(jìn)工作面區(qū)域預(yù)測(cè)效率和安全系數(shù)，為礦井的安全高效生產(chǎn)提供了有力保障。