針對沖擊地壓煤層 架柱支撐氣動手持式鉆機改進
一、項目背景
沖擊地壓煤層開采過程中，如留底煤厚度超過1m時，易形成應力集中區，增加沖擊危險發生的概率。為此，在煤礦開采過程中，將對留底煤厚度大于1m的區域進行卸壓，以釋放煤層中的應力。
某礦在生產過程中采用施工卸壓鉆孔的方式對底煤進行處理。機具使用ZQSJ-140/4.1架柱支撐氣動手持式鉆機，配套?105mm高效組合鉆頭、螺旋鉆桿，施工過程中采用鉆桿上的螺旋片排渣，該鉆機主要由風馬達和支腿兩部分組成，組合后總重量為57kg，見圖1-1、1-2、1-3。
圖1-1 ZQSJ-140/4.1架柱支撐氣動手持式鉆機結構
二、研究內容
1.基本原理
增加通水連接鉆套、中空螺旋鉆桿、通水鉆頭，采用通水連接鉆套配合中空螺旋鉆桿及通水鉆頭，使用防塵水的壓力進行水力排渣。
2.關鍵技術
(1)對鉆頭進行改進，提高鉆進速度，增加打鉆效率，降低打鉆時間。
(2)更新改造卸壓鉆具，利用使用通水鉆桿連接套配合通水鉆頭，利用水壓進行排渣。
(3)按照技術要求加工配套使用通水鉆桿及配套鉆頭，以滿足新工藝需求。
3.具體改進
(1)鉆頭改進
根據方案對原高效組合鉆頭進行重新設計，改為通水高效組合鉆頭。新鉆頭共設計7個出水孔,孔徑均為7mm。在打鉆過程中，能夠及時將防塵水通過連接套、中控鉆桿及鉆頭將水注入卸壓孔中，將煤渣排出。實物如圖4-1、4-2。
圖4-1 通水高效組合鉆頭實物圖
圖4-2 通水高效組合鉆頭俯視圖
(2)鉆桿改進
將鉆桿設計為螺旋通水式高效鉆桿，通水孔徑12mm，鉆桿之間的連接采用“方扣”直插式連接。在打鉆過程中，防塵水通過鉆桿注入卸壓孔中，利用水壓稀釋減小煤粉與螺旋撥片之間的粘連，從而達到撥片將煤粉和煤渣快速排出孔外。實物如圖4-3、4-4。施工底板卸壓孔過程中，為將防塵水通過鉆桿、鉆頭注入鉆孔中，重新設計加工了通水變節連接套，主要起到注水作用。通水鉆套與鉆桿、鉆頭均采用“方扣”直接插接的方式進行連接，方便操作。設計如圖4-5，實物如圖4-6、實物剖面圖4-7。
圖4-3 通水螺旋鉆桿實物圖
圖4-4 通水螺旋鉆桿實物圖
圖4-5 通水鉆套設計圖
(3)通水連接鉆套
圖4-6 通水鉆套立體效果圖
圖4-7 通水鉆套實物剖面
三、應用效果
使用前，卸壓孔深8m，操作鉆機共需4人，完成一個底板卸壓孔平均用時約40分鐘，操作人員勞動強度大，螺旋鉆桿排渣慢，存在卡鉆或丟鉆桿現象，施工過程中清理時，存在在安全隱患。
圖4-8 整體效果圖
2.改進后，整體效果如圖4-8所示。施工時比改進前減小1人，單孔縮短20分鐘;消除了清理時的安全隱患;鉆孔中的煤粉、煤渣均可及時排出，降低了卡鉆、丟鉆桿、鉆頭的幾率;改進后的整套鉆機，可用于大鉆機不方便施工的防沖地點卸壓作業;統一了氣動鉆機所配備的鉆桿鉆頭型號及規格，杜絕了多個廠家鉆桿和鉆頭混亂采購，方便了材料管理。
根據現場實際用工、用時數據統計，鉆機改造后減少了現場用工數量，節約人工工資7.2萬/年;加快了打鉆速度，節省打鉆時間1200小時/年。
四、推廣前景
ZQSJ-140/4.1架柱支撐氣動手持式鉆機解決了底煤厚度超過2m以上的工作面施工底板卸壓鉆孔不能達到規程措施要求的難題;使用防塵水進行排渣，解決了煤塵飛揚的問題。
該鉆機適用于對煤層合成區域的底煤卸壓，以及空間狹窄無法使用大功率卸壓鉆具的區域。
墨隆評論
在煤炭生產過程中，采用施工卸壓鉆孔的方式對底煤進行處理，可以有效防止應力集中給開采帶來的危險。在此技術中，鉆頭改進為通水高效組合鉆頭、鉆桿設計為螺旋通水式高效鉆桿、通水連接鉆套也進行了設計改進，能夠有效減少安全隱患、方便作業與管理、減少人工數量與時間，具有良好的推廣前景和運用價值。歡迎有需要的企業與我們合作。
