螺旋钻进式采煤机在我国的发展与应用

螺旋钻进式采煤机在我国的发展与应用

介绍螺旋钻进式采煤机在我国的发展与应用现状，并介绍我国最新研制螺旋钻进式采煤机的主要技术要点。

标签：螺旋钻采煤机发展应用

0 引言

我国是一个煤炭资源丰富的国家。经过多年的开采，不少矿井的中、厚煤层已近枯竭，而一些矿区的薄煤层可采储量丰富，赋存条件较稳定，而且煤质较好。这些年来，国内对薄煤层的开采力度逐渐加大。目前，国内薄煤层综合机械化开采水平已大有提高，形成了3种主要的开采方式：刨煤机配液压支架综采法、滚筒采煤机配液压支架综采法与螺旋钻采煤法。

1 螺旋钻采煤法概况

该采煤法是目前无人采煤工作面较为成熟的一种方法。该采煤法广泛用于围岩不稳定的薄煤层和极薄煤层开采，还可用于边角煤开采和各种煤柱回收。该采煤法的最大特点是，不需回采工作面及不需回撤工作面内的采煤机、输送机和支护设备，仅在巷道中用螺旋钻采煤机就可将两侧各50～70m范围内的煤采出。工人在支护条件良好的巷道中工作，安全状况有了可靠保障，改变了薄煤层回采工人在工作面内爬行工作的状况。该采煤法适用于煤厚0.45～1.5m，倾角15°以下，切割阻力小于250～330kN/m的煤层。

螺旋钻采煤法尽管丢煤多，但用人少，巷道掘进率高，同时还可使一些平衡表外的储量得到开采，相对提高了工业储量，延长了矿井的服务年限。随螺旋钻采煤法的不断完善，该采煤法将有较好的发展前景。目前，全国有3个技术成熟厂家在制造螺旋钻采煤机。

据了解，山东省的一家专业企业，自2009年开始研制4钻头双向钻进式螺旋钻机。目前已试制出钻头直径620mm的4钻头双向钻进结构的螺旋钻进式采煤机，旨在解决原机组的产量低、效益低、机组可靠性差、故障率高、使用成本较高等问题。

2 新式螺旋钻进式采煤机特点

2.1 实现4轴联动双向钻进驱动方式

原机组钻进结构为3钻头并列单向钻进，新机组为4钻头并列双向钻进，两组钻杆各带两个钻头，两个方向各4个钻头的联动方式，钻头中心距采用与钻头等直径布置法。此举使得一次接钻采煤量较原同规格钻头提高1/3。整个机组不需要调整即可双向钻进，即在断开一侧钻具的同时接好另一侧钻具。不存原机组

的空行程现象，仅此一项可提高效率2.6倍。钻孔宽度的增加相应减少了煤柱，也提高了回采率，而且由于机组能实现双向钻进，不必再如原先的先钻采完一侧煤层，再将机组掉头往回钻采，省去一半的移机定位等辅助时间，也不必担心巷道的變形及维护，安全性有很大提高。

2.2 实现钻杆的自动对接

杆的对接一直是制约螺旋钻进式采煤机生产效率的关键因素。原机组对接为纯手动操作，难度大，劳动强度大，安全性差。新机组采用液压机械手，接脱动作均自动完成，实现钻杆的快速、准确、方便对接。自动对接机构直接组装于主机上，并可按巷道地形任意调整过渡方式，使钻具运输平稳，定位可靠。

对接时，人工方式将一组钻具吊放于定位架上，并调整好位置，定位夹具自动夹紧并由运输系统运送至对接位置，启动固定机构固定后，角钢架前移实现对接。对接完后定位及夹紧机构松开并退回。此时钻具（包括风筒）自动锁紧机构已处于锁紧状态，布置好管路后即可钻采。整个对接过程人员只在机组旁操作，安全方便。自动对接可减少钻杆对接操作人员2-3人，并且极大减轻工人劳动强度。

数据表明，即使最熟练的操作工人，手动对接并钻进一组钻杆也需8-10min，自动对接只需3-4min，工效提高1倍。另外，自动对接为实现大倾角（≥22°）钻采提供了可能。

2.3 机组具有自移功能，移机灵活，定位方便

原机组的滑橇机构通过绞车拖拽移动，移动距离不好掌握，还得布置绞车并打支柱固定，安全性差。新机组移动采用履带驱动，移机操作灵活，简便。为尽量减少主机高度，降低准备巷道高度，采用了变形履带结构（即中间凹进的履带结构），在满足自移功能的同时，可使机组的中心高较原机组还低，仅930mm，（原机组中心高1100mm）。机组定位采用类似红外线瞄准仪结构，使调整角度轻松方便，横置式辅助调高机构，可将调斜角度提高到22°。应用该方

式时，移机定位仅用10min，较原来用牵引千斤顶或绞车节省时间

1h。

2.4 实现钻具的防脱连接，彻底解决脱钻问题

原机组钻杆轴向联结方式为弹簧压紧卡销式，在振动情况下易脱开，造成钻杆损坏或钻杆落入钻孔中。这是钻机应用中最棘手故障，处理起来相当困难，安全性也很差。新式机组钻具钻杆连接轴强度增加，可避免恶劣条件下疲劳断裂。卡块锁紧采用偏心滑道与凸轮销固定及卡销固定式结构，双重保险，且开锁的旋向与钻杆旋向相反，钻杆脱开的可能性几乎为零，可靠性大大提高。

2.5 采用了增强型的前传动箱

这是螺旋钻进式采煤机实现多钻头并列钻进的重要部件。由于其必须随钻具进入钻孔，工作环境恶劣，受力复杂，是螺旋钻进式采煤机的易损部件。有时前传动箱每班就需更换一次，而且费时费力，严重制约了钻机的生产率。新式机组改进前传动箱的迷宫密封结构为浮动密封方式，大大延长密封件的寿命。传动轴加强型优化设计及调高油缸的前置布置，缩短了钻头的悬臂梁长度，提高连接轴的防疲劳、抗弯断能力，可有效提高前传动箱的使用寿命。一般，新机组前传动箱检修更换周期可达一个月左右。

2.6 采用了新型钻头

新机组钻头采用短花键轴套结构，使得前传动箱悬臂梁减短，抗弯强度增加，改善了前传动箱的受力。采用大导程叶片结构及叶片筋板一次成型工艺，钻头排煤顺畅，耐磨性好。优化了截齿的空间布置，可形成大直径中间导向煤柱截割面，以有效稳定钻头，改善钻头受力条件，大大减轻钻头的振动。采用了复合翼高强度截齿，耐磨性有了较大提高。

2.7 采用爬坡能力强的齿轮齿条式单轨吊，解决了钻具调运时打滑问题，新式单轨吊爬坡能力达20°以上。

2.8 所需准备巷道端面小，生产成本低

巷道开拓费用是螺旋钻进式采煤机成本的大项，约占总成本70%左右。新机组所需巷道仅2.4m×4.2m=10m2，巷道成本就可减少近1/3。新机组用人仅3人，生产成本仅为原机组的一半左右。

2.9 生产率高

同样采用620mm直径钻头，新机组生产率计算如下：

三班生产，每班0.5h移机，1.5h检修，正常钻采6h，按10min钻及退一节计算，一天可钻及退：6×3×6=108节；每节采煤量；

采宽×采高×每节钻杆长度×密度=2.62m×0.62m×1.6m×1.35t/m3=3.67t；

每天出煤量：3.67t×108=396t/d。若地质条件较好，钻进顺利，出煤量更大，而原机组一天最多100t左右。

该产量已超出相同条件下炮采工作面，但用工仅3人/班（不包括运输），经济效益显而易见。

目前，上述最新研发的首台螺旋钻采煤机已在潞安集团潞宁公司进行试验，将更大限度的积累螺旋钻进式采煤机使用经验，必将成为应用螺旋钻进式采煤机