ZD-150型大孔徑鉆機的工作原理、主要結(jié)構(gòu)、性能特點和井下工業(yè)性試驗情況。該鉆機的研制成功并投入使用，為急傾斜煤巖層上山掘進，增加了一條新途徑。

　　在我國煤礦急傾斜煤巖層上山掘進中，如開切眼、溜煤眼等施工，由于施工條件差、機械化程度低等原因，致使掘進速度慢、安全性差、效率低，直接影響了生產(chǎn)的發(fā)展和經(jīng)濟效益的提高。由煤炭科學研究總院重慶分院研制成功的ZD-150型大孔徑鉆機，較好地解決了上述問題。

 

1　急傾斜煤巖層上山掘進對鉆機的要求

　　(1)外形尺寸與井下條件相適應，滿足運輸及使用要求；

　　(2)有足夠的功率，能一次鉆穿全段急傾斜煤巖層上山；

　　(3)終孔直徑滿足使用要求；

　　(4)終孔位置誤差小，能準確到位；

　　(5)能在煤巖層中鉆進；

　　(6)符合有關安全規(guī)程要求，能在不同瓦斯等級的礦井中使用。

 

2　鉆機工作原理及主要結(jié)構(gòu)與功能

2.1　鉆機工作原理

　　ZD-150型大孔徑鉆機采用鉆削法破碎煤巖層成孔，即鉆頭中的切削具在旋轉(zhuǎn)扭矩帶動下旋轉(zhuǎn)，同時做進給運動，切削具破碎煤巖成孔。鉆頭的旋轉(zhuǎn)運動由一臺18.5 kW的電動機產(chǎn)生，經(jīng)傳動變速箱減速后傳給六方傳動軸，并帶動六方套旋轉(zhuǎn)，經(jīng)減速后將動力傳遞給鉆具及鉆頭。鉆機設有兩檔輸出轉(zhuǎn)速，高速用于鉆煤孔及其它小孔，低速用于鉆巖孔與擴孔。鉆頭的進給運動由液壓傳動實現(xiàn)，液壓泵站上7.5 kW電動機帶動雙聯(lián)齒輪泵產(chǎn)生兩路不同壓力、不同流量的壓力油，一路為高壓小流量，供進給油缸正常進給時使用；另一路為低壓大流量，供進給油缸快速調(diào)車時使用。

2.2　鉆機主要結(jié)構(gòu)與功能

　　ZD-150型大孔徑鉆機主要由泵站、控制箱、主機、鉆具四大部分組成，并可根據(jù)需要，配置專用電控系統(tǒng)，詳見圖1。

 

1—電控系統(tǒng)；2—泵站；3—控制箱；4—主機；5—瓦斯傳感器；6—鉆具

 

　　(1)泵站是ZD-150型大孔徑鉆機的主要動力源之一，由輔助電動機、油箱、雙聯(lián)齒輪泵、溢流閥、濾油器、冷卻器等部件組成。泵站產(chǎn)生的兩路壓力油，為進給油缸、支撐油缸等提供動力，實現(xiàn)鉆具的進給運動。

　　(2)控制箱是ZD-150型大孔徑鉆機的控制機構(gòu)，由手動換向閥、多路換向閥、節(jié)流閥、旋轉(zhuǎn)電機控制開關、油泵電機控制開關、壓力表和水閥等組成。操縱手動換向閥、多路換向閥和節(jié)流閥的手把，可控制進給油缸的伸縮及鉆具的進退、正常鉆進調(diào)速和快速調(diào)車。

　　(3)主機由傳動變速箱、動力頭、機架、機座等部件組成。傳動變速箱是鉆機的減速裝置，動力頭是鉆機動力輸出部件，將動力傳遞給鉆具，實現(xiàn)鉆具的旋轉(zhuǎn)切削運動。傳動變速箱、動力頭安裝在機架上。機架上安裝有進給油缸，支撐油缸，以實現(xiàn)鉆具的進給運動和穩(wěn)固鉆機。機座是鉆機的主要承重部件和安裝基礎。

　　(4)鉆具是鉆機破巖的主要工作部件，由鉆桿、鉆頭、定位器等組成。鉆桿將扭矩和軸壓傳遞給鉆頭，使鉆頭中的切削具切削破碎煤巖成孔。定位器具有支撐鉆桿、扶正孔位的作用，使鉆桿在孔內(nèi)不致發(fā)生彎曲，保證終孔位置的準確。鉆機配備兩種鉆頭，在煤層及軟巖中鉆進時，使用鑲嵌硬質(zhì)合金的多級塔式鉆頭即煤鉆頭，在硬巖中鉆進時，使用牙輪鉆頭。

　　(5)電控系統(tǒng)具有過流、短路保護和風電閉鎖等功能，在瓦斯超限和無通風時鉆機不能啟動，對人員和設備進行安全保護。

 

3　ZD-150型大孔徑鉆機的技術參數(shù)及特點

 

3.1　主要技術參數(shù)

 

 

3.2　鉆孔特點

　　(1)鉆機采用兩次成孔法破巖成孔，即先由下水平巷道(進風巷或機巷)向上水平巷道(回風巷)施工出一定直徑的鉆孔，鉆穿至上水平巷道后，將鉆頭更換成擴孔鉆頭，再由上向下擴孔，直到擴完這段上山為止。

　　(2)可在45～90°的傾角范圍內(nèi)鉆孔，采取必要措施后，可在20～45°范圍內(nèi)鉆孔；

　　(3)有足夠的功率，能鉆穿全段急傾斜煤巖層上山；

　　(4)鉆具中設置定向器，隨鉆桿進入孔內(nèi)，起支撐和導向作用，保證鉆孔準確到位；

　　(5)既可打煤孔，又可打巖孔。打煤孔時用煤鉆頭，打巖孔使用牙輪鉆頭；

　　(6)可根據(jù)需要配置專用電控系統(tǒng)。該電控系統(tǒng)中設置有瓦斯傳感器、瓦斯報警儀、風電閉鎖裝置、雙電機磁力啟動器等，對設備和環(huán)境進行保護和控制，保障設備和施工人員的安全。

　　(7)設置遠距離控制箱，工人遠離孔口操作機器，避免煤巖垮落對施工人員造成傷害。

 

4　井下工業(yè)性試驗

 

　　ZD-150型大孔徑鉆機于1995年2～8月，在天府礦務局磨心坡煤礦進行了井下工業(yè)性試驗，結(jié)合生產(chǎn)需要，施工急傾斜煤層開切眼2個、瓦斯輸送孔1個，試驗通風孔1個。

4.1　施工急傾斜煤層開切眼

　　鉆孔地點位于井下－10 m水平的南9石門K8煤層，垂高90 m，斜長96 m。K8煤層厚度1.2 m，傾角65°，煤層普氏系數(shù)f＝1～1.5，煤層瓦斯含量11.56 m3／t，具有瓦斯突出危險，其開切眼布置如圖2所示。開孔位置位于K8煤層中部，鉆機安裝傾角67°，鉆孔直徑300 mm，鉆孔深度96.6 m，用3個小班完成，班最大進尺58 m，擴孔直徑為600 mm，用5個小班完成，班最大進尺33 m。

 

圖2　開切眼施工布置

a—使用ZD-150型鉆機；b—不用鉆機

 

4.2　施工瓦斯輸送孔

　　在-115 m水平井底車場暗豎井旁施工瓦斯輸送孔。該鉆孔直徑311 mm，垂高101.5 m，斜長105 m，傾角84°。鉆孔位于暗豎井旁的毛口灰?guī)r中，為順層鉆進，巖石普氏系數(shù)f＝8～10，局部達到f=12，用10個小班完成，班最大進尺18.4 m，詳見圖3。

 

4.3　效果對比

4.3.1　施工急傾斜煤層開切眼與人工作業(yè)的經(jīng)濟效益對比

　　使用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤層開切眼96.6 m，與人工作業(yè)相比，施工時間由原需4～5個月縮短為1.5個月，節(jié)約施工周期約2.5～3.5個月，工作面因此提前投產(chǎn)，多產(chǎn)原煤約2萬多噸，新增產(chǎn)值(間接效益)約200萬元，節(jié)省開支約6.8萬元(直接效益)，詳見表1。

 

表1　施工開切眼費用比較

 

費用名稱	大孔徑鉆機施工	人工作業(yè)施工
支護材料	-	60 000元
人工費	2 700元	26 000元
水電及油料費	4 080元	15 000元
鉆孔及刀片材料費	6 250元	-
機器折舊費	20 000元	-
合　　計	33 030元	101 000元

 

 

4.3.2　施工瓦斯輸送孔與鋪設管道的經(jīng)濟效益對比

　　施工瓦斯輸送孔106 m，比從斜井架設直徑為?310 mm的鋼管管道節(jié)約管材216 m，直接節(jié)約開支約9萬元，同時也避免了因跑車等事故對瓦斯管路的損壞，免于維修，長期受益，間接效益是無法估量的。詳見表2。 

表2　經(jīng)濟效益比較

 

費用名稱	?311 mm巖孔	鋼管管道
人工費	2 700元	1 371元
水電及油料費	5 120元	-
鉆頭費	10 000元	-
鉆機折舊費	20 000元	-
法蘭盤材料費	-	15 694元
螺栓材料費	-	2 120元
管路材料費	-	107 525元
合　　計	37 820元	126 710元

 

 

4.3.3　安全狀況對比

　　使用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤巖層上山，如開切眼等工程孔，工人遠離孔口操作，避免了人工作業(yè)施工中噴孔、冒頂、煤與瓦斯突出等事故對工人的危害，有效地保證了施工人員的安全，同時鉆孔將進風巷(或機巷)與回風巷連通，構(gòu)成一完整的通風系統(tǒng)，有效地改善了施工地點的通風及安全狀況。由于鉆進設置了配套安全設備，在施工中未發(fā)生過安全事故，由此而產(chǎn)生的社會效益是深遠的，是難以用經(jīng)濟效益來衡量的。 

5　結(jié)　　論

 

　　(1)鉆機參數(shù)選擇合理、傳動效率高、整機結(jié)構(gòu)設計合理、新穎，加工質(zhì)量好，結(jié)構(gòu)緊湊、穩(wěn)定性好。

　　(2)用ZD-150型大孔徑鉆機施工急傾斜煤巖層上山，如開切眼等工程孔，在大幅度提高施工速度的同時，為施工人員提供一個較好的安全工作環(huán)境，有效地減少了安全事故的發(fā)生。

　　(3)該鉆機的研制成功，為我國煤礦急傾斜煤巖層上山掘進，開辟了一條新途徑，使用鉆機鉆進代替急傾斜煤巖層的人工采掘工作成為可能，為煤礦提供了一種新型、高效、適用的安全裝備。ZD-150型大孔徑鉆機在我國煤礦的推廣使用，必將取得廣泛的社會效益和巨大的經(jīng)濟效益。