谢桥矿21316底抽巷自动化钻机作业线创建与实践

杜雷

淮南矿业集团煤业分公司地质勘探工程分公司，中国·安徽 淮南 232000

1 施工巷道概况

中国谢桥矿21316 底抽巷从21316 底抽巷车场拨门，以101°30’方位，2°、5°、5‰上山施工，全长3314.5m。巷道设计标高：-869.5m～-921.9m，巷道采用锚网喷支护，断面形状为直墙半圆拱形，净宽×净高=5600×4000mm。巷道处于4-1 煤底板施工，距4-1 煤底板法距18.7～40.1m，距4-2煤底板法距19.7～38.7m，距5 煤底板法距27.7～48.4m，煤线1 法距47.1～60.7m，距6 煤底板法距47.1～69.1m。巷道总体上呈一走向近东西、向南倾斜的单斜构造。巷道掘进区段地层产状为180°～200°∠10°～18°。巷道为“一巷两用”，前期施工穿层预抽钻孔掩护21316 运输顺槽掘进，后期作为-920m水平东翼4 煤底板轨道大巷使用。

面向掘进迎头方向，巷道左帮吊挂Φ108mm 压风、Φ108mm 压水管路，铺设皮带机，皮带机上方吊挂两路Φ800mm 的风筒，靠近风筒敷设一路DN300、一路DN150抽采管路，巷道右帮每隔70m 做一个钻场，用于施工掩护运顺掘进条带预抽钻孔，帮部挖设水沟用于排水，巷中铺设轨道，用于巷道无极绳打运。

2 钻孔设计情况

钻孔在钻场内施工，钻场间距为70m，钻场尺寸约为：长×宽×高=7.5×5×4m，条带预抽抽采钻孔按照终孔间距10m×5m 网格式布置，控制范围为巷道两帮轮廓线外15m范围，每个钻场设计约70 个孔，预计66 个钻场，合计设计钻孔约4620 个，钻孔量约369600m，孔径113mm，所有钻孔必须穿透6 煤顶板不小于0.5m。钻孔设计平、剖面图如图1所示。

3 自动化钻机及作业线创建介绍

3.1 自动化钻机结构

钻机采用双履带车布置，主履带车搭载主机、电控箱及操作台等部件，副车搭载电机、油箱、冷却器等部件，如图2所示。

图2 自动化钻机

3.2 自动化钻机主要功能

（1）一键全自动施工：通过程序控制、传感器感应，判别钻机状态，自动调节转速、钻压，实现全自动施工。

（2）无线遥控功能：使用小型遥控器（2KG）采用有线或无线连接，在50m 范围内进行操作，最大可能地保证操作人员的安全。

（3）自动上下钻杆：通过电液系统与智能程序联合控制机械手，实现自动加卸钻杆，大大降低职工劳动强度。

（4）钻孔参数采集、显示及存储：钻机自动计算钻孔深度、采集开孔角度、钻进压力等参数功能，并显示于电控显示屏上，方便了解钻孔状态。

（5）地面控制功能：可以通过光纤，使地面控制站与井下钻机联接，达到地面直接控制井下钻机的目的，实现井下钻机地面操作。

（6）自适应防卡钻：采用程序化运算，通过对压力、转速等状态判定，进行逻辑运算，评估埋钻的可能性，从而控制钻机调速调压、快速退钻等，使钻机工作在钻进效率、防埋钻的最佳结合点[1]。

3.3 自动化钻机作业线创建介绍

3.3.1 自动化钻机作业线创建目的

前期，在中国谢桥矿21216 底抽巷、-720m 东翼4 煤底板轨道巷等施工地点均采用自动钻机施工，但未形成作业线。在施工期间，虽然施工人员减少、工人劳动强度降低、钻孔施工效率提升，但自动钻机未发挥至最大效率。为取得更好的打钻和瓦斯抽采效果，我们科学制定方案，在中国谢桥煤矿21316 底抽巷再次进行自动化钻机集群作业线的创建，以创新瓦斯治理模式，促进打钻方式转变，提高瓦斯抽采效率和效益。

3.3.2 自动化钻机作业线的创建

作业线主要由三部自动化钻机和一部整体履带钻机组成，形成以整体履带钻机超前施工水力压裂钻孔并实施水力压裂增透措施，多部自动化钻机连续施工穿层预抽钻孔的集群作业模式，充分发挥整体履带钻机的机动性和自动化钻机的自动化优势[2]。

3.4 作业线创建保障

3.4.1 作业线创建现场保障

为提高施工效率，减少非生产性影响（钻机转场等），保障作业线创建，从钻场设计开始入手，钻场设计尺寸为长×宽×高=7.5m×5m×4m，钻场间距70m，减少了自动化钻机转场频次。同时，根据钻机尺寸特点，提前与矿一通三防相关部门联系，优化了钻孔布局，提高了钻孔开孔高度，扩大了钻孔施工范围，确保钻孔施工参数在自动化钻机施工能力范围之内。

3.4.2 作业线创建人员保障

进行作业线创建，在工区内进行公开竞聘，遴选23 名具备中专及以上学历职工组建机组，其中机长两名，分别负责组织生产、钻机维护工作，实现每小班出勤5 人保证，确保每班能够实现3 人遥控操作钻机，2 人进行封孔材料配备、配合封孔注浆作业以及清理现场环境等工作。

3.4.3 作业线内施工组织保障

作业线的创建，是为了确保打钻有序高效的，三部钻机的生产组织很重要，在创建过程中整体考虑三部钻机施工进度，保证集中分布在临近的三个钻场内，方便负责保障工作的作业人员进行集中材料配备和巡查作业，同时也使钻机操作人员与负责保障作业人员的能够有效的沟通配合，确保每班5 人实现协同作业[3]。

4 自动化钻机作业线创建情况总结

4.1 自动化钻机作业线创建实践应用分析

中国谢桥矿自2015年开始试用自动化钻机，几年时间里，自动钻机分别在21216 底抽巷、-720m 东翼4 煤底板轨道巷、2121（3）底抽巷等地点施工，进尺已累计十余万米。自2018年11月份正式探索形成三部自动化钻机同时作业的集群作业线。通过作业线创建的不断规范，提高操作人员的技能和管理人员的管理能力，自动化钻机作业线在21316 底抽巷再次实现突破，人均效率由单机的200m/人·月提升至创建初期的358m/人·月，至21316 底抽巷的400m/人·月，人均效率大幅度提高，实现了减人提效。

4.2 自动化钻机作业线应用效果

在中国谢桥矿21316 底抽巷进行的自动化钻机作业线创建再次取得了突破，目前已在中国张集矿、顾桥矿进行自动化钻机第三条及第四条作业线创建，并对中国淮南矿区再次摸排，计划年内再创建第五条、第六条自动化钻机作业线。

5 结语

（1）在中国谢桥矿21316 底抽巷自动化钻机作业线的创建再次取得突破，充分说明了自动化钻机作业线的正确性，具有极高的推广价值。

（2）提高了职工作业的安全性，降低了劳动强度。自动化钻机通过机械、液压、电控交互作用，实现了钻杆自动加卸、钻机自动操作，实现了远距离操控，大大降低了现场施工风险，降低了职工劳动强度，提高了职工的幸福感。

（3）减人提效的效果显著。作业线的创建三部钻机由传统9 人施工减少至5 人施工，实现了机械化减人，机械化换人的目的，同时效率实现了质的突破由单机的200m/人·月提升至初期的358m/人·月，至21316 底抽巷的400m/人·月，达到了减人提效的目的。