瓦斯抽放钻机快速移动装置的设计与试验

鄯梦涛

（上社二景煤炭有限责任公司， 山西 阳泉 045100）

引言

一直以来，煤炭安全生产备受煤炭企业的关注。瓦斯作为煤炭安全生产的主要威胁，尤其是对于高瓦斯矿井而言，瓦斯处理不当将会导致煤矿毁灭性的损失。目前，针对瓦斯的防治主要从通风和抽采两方面着手实施。其中，瓦斯抽采的应用一方面可降低工作面瓦斯浓度，降低通风系统的负担，从而达到节约成本的目的；另一方面基于瓦斯抽采可以实现对瓦斯的再利用。瓦斯抽采的关键环节为打钻，打钻的速度和钻孔的质量直接决定工作面瓦斯的抽采效果[1]。为了降低打钻的劳动强度，确保瓦斯的抽采效率，需提高钻机的移动速度。本文着重研究并设计了钻机的快速移动装置，并对其工业性试验效果进行了验证。

1 抽采钻机及快速移动装置概述

工作面通过抽采工艺降低其瓦斯浓度，该工艺手段早在20 世纪80 年代就开始实施，也就是说瓦斯抽采钻机的历史可追溯至20 世纪80 年代。对于国外而言，以澳大利亚孔底马达钻机和日本双重管钻机、德国的智能坑道钻机为代表。但是，孔底马达钻机不适用于我国巷道断面较小的工作面，马达钻机的钻进效率低，而智能坑道钻机的成本较高。因此，需研制适应于我国综采工作面的钻机。

目前，在我国综采工作面应用较为广泛的钻机主要包括有履带式钻机、全液压坑道钻机两种。其中，履带式钻机没有回转平台，钻孔倾角小且价格相对昂贵等，与全液压坑道钻机相比较应用较少[2]。本文主要研究MK 系列的全液压坑道钻，其实物见图1。

图1 全液压坑道钻机实物图

针对全液压坑道钻机的移动可采用单轨吊法、钻机自身动力前移法和手动葫芦法实现。而且，针对全液压坑道钻机而言，主要以手动葫芦法为主。对于该系列的MKD-5 和MKD-6 钻机由于其质量和体积均较大，作业人员在工作面搬运该设备困难较大、效率较低，而且采用吊链和手动葫芦移动钻机时容易导致锚杆被拉断，进而影响工作面巷道的支护效果[3]。随着工作面采煤效率的不断提升，传统的拉葫芦法已经不适用于对大型钻机的移动。因此，需要为该系列的MKD-5 和MKD-6 钻机设计相应的快速移动装置。

2 快速移动装置的总体设计

2.1 快速移动装置总体设计要求

1）快速移动装置需适应我国综采工作面的特点，并以目前相对成熟的技术为基础，提高快速移动装置设计的科学性、可靠性和实用性；

2）要求所设计的快速移动装置具有质量轻、良好的防爆性能且安装方便的特点；

3）在设计时，要求充分利用现有成熟技术。

2.2 快速移动装置总体设计方案

为了确保快速移动装置的适用范围，需分别针对有轨巷道和无轨巷道设计快速移动装置。本文主要针对有轨巷道设计对应的快速移动装置，具体总体设计方案如下页图2 所示。

3 快速移动装置的设计

3.1 滑靴的设计

滑靴作为快速移动装置支撑MK 系列钻机的主要装置，要求滑靴具有足够的强度，以确保其安全性。为确保滑靴功能的实现，所设计的滑靴结构包括有支撑座、支撑板、筋板、铜垫等[4]。结合以往设计经验，在设计过程中需注意以下问题：

图2 快速移动装置总体设计

1）当将固定装置安装于滑靴和轨道内侧时，容易导致钻机出现偏倚和倾斜的现象；

2）当滑靴材质选择不当时，容易导致滑靴过重，增加作业人员劳动强度的同时，降低移动效率；

3）应避免将钻机的全部承重压在枕木上，从而导致滑靴和枕木之间的摩擦系数较大，不容易被移动，从而降低移动效率。

综合考虑上述因素，将滑靴的支撑座分别置于移动装置轨道的两侧，此方式既能够将钻机的质量分布在轨道和枕木上，还能够避免钻机的倾斜和偏移；在连接板腺下安装铜垫，避免移动时火花的产生。具体滑靴的装配示意图如图3 所示。

图3 滑靴装配示意图

3.2 卡轨的设计

卡轨作为快速移动装置在巷道内移动的支撑点，其性能也直接决定快速移动装置对钻机的移动效率[5]。结合以往设计经验和实际应用中存在的问题，设计如图4 所示的卡轨。

所设计卡轨的关键参数如表1 所示。

图4 卡轨装配示意图

表1 卡轨关键参数

4 快速移动装置的工业性试验

为了确保所设计快速移动装置在综采工作面确保MK 系列钻机的移动效果，将其应用于实际生产的综采工作面，并验证应用快速移动装置后钻机的移动速度和作业人员的劳动强度。

工业性试验的场所情况简介：该工作面平均倾角为10°，最大倾角为15°，最小倾角为3°，工作面煤层厚度范围在6.2～7.2 m 之间，顶板以砂岩和泥岩为主，老顶以粉砂岩为主，底板以泥岩和砂岩为主。而且，该工作面的瓦斯涌出量异常。

首先根据将所设计的快速移动装置与其所服务的MK-6 装配，并采用封闭式牵引机构实现对快速移动装置的工业性试验。工业性试验结果如下：

1）经实践表明，此类快速移动装置在工作面与钻机装配所需的时间仅为18 min，而平均一次移动MK-6 钻机所需时间仅为35.6 min。与以往MK-6 钻机的移动情况相比较而言，大大提升了钻机的移动速度，就钻机移动时间来看，基于快速移动装置可平均节约30min 的时间，大大提升了钻机的移动效率。而且，快速移动装置的安装仅需要不到20 min 的时间，间接地提升了移动装置的工作效率。

2）基于快速移动装置对钻机移动的过程中，各个零部件之间的连接并未出现故障，说明快速移动装置具有较好的可靠性和安全性；

3）采用封闭式牵引机构可大大减小作业人员的劳动强度。

5 结语

一直以来，瓦斯都是威胁综采工作面矿井安全生产的主要因素。工作面采用瓦斯抽采一方面能够对瓦斯进行治理，另一方面能够降低通风系统的工作负荷，降低设备的耗电量。为进一步提升瓦斯抽采的效率，以MK 系列钻机移动困难、效率低的问题为研究对象，为其设计相应的快速移动装置。经实践表明，采用快速移动装置后大大提升了钻机的移动速度和效率，同时降低了作业人员的劳动强度。此外，所设计的快速移动装置的可靠性和安全性满足《煤炭安全规程》的相关规定。