掘进工作面超前钻探成孔装备及工艺探究

杨丰

黑龙江省有色金属地质勘查七〇七队

从现阶段的超前钻探技术来看，在实际应用的过程中表现出多种不足，不仅会影响钻探结果的准确性，还会对后续的掘进施工带来较大影响。其施工弊端主要表现为：钻进效率低下，且成孔质量不佳，在实际施工中施工人员需要在高强度的环境下作业；钻孔精度得不到保障，因没有设置相应的约束措施，致使钻进的过程中，很容易出现偏离轨道的问题，这就无法保障对地质结构的准确测量。基于此问题，可以通过更新设备和完善工艺的方式加以改善。

一、超前钻探的装备更新

1、钻机的主体设计

针对钻机主体展开设计时，应充分考虑到现阶段钻机设备的应用弊端，有针对性的解决钻机应用时遇到的问题，并且通过调整钻机结构的方式和优化设计的方式，来改善钻机的作业性能。考虑到以往所采用的钻机会受到空间的限制和施工条件的限制影响，致使钻进的质量降低，可以对钻机整体的结构进行优化设计，对于油箱、操作台以及电机这种重要的组成构件可以采取并列分布的方式，从而起到减少空间占用的目的，这就可以有效降低空间限制的影响。而针对复杂的作业环境也可以通过强化钻机性能的方式来提升钻机设备的通过率，尤其是对于夹具和钻具的设计需要给予足够的重视。

2、主机机架结构的优化设计

主机机架采用了新型的推进力传递结构，采用了大直径推进油缸，研究其传递效率并对相关因素进行优化设计，提高主机机架的传递效率。设计优化卡盘中线与导轨传递平面的距离，大推力油缸中线与导轨平面距离，传动托板的长度，传动托板与导轨的摩擦将主机机架传递效率由82%提高到89%。通过对新型传递结构的研制，提高了钻机推进效率，提高了推进起拔能力和处理孔内事故的能力。

3、合理配置动力头

动力头主要传递钻具截割岩石、煤炭用扭矩和推进力，其主要组成部分有卡盘、主轴、传动齿轮、箱体、驱动马达以及过滤与润滑系统等。液压系统驱动液压马达运动，为动力头旋转提供动力，经变速后由主轴与卡盘输出旋转动力，带动钻具旋转，通过调节手轮实现对马达转速的调节，以实现动力头输出转速和扭矩大小的调节。

4、提升钻机操作台的作用能力

钻机操作台主要安装了操作钻机动作的多路阀、微调阀、液压回路压力表等，主要用于操作钻机的各个动作，实现钻机的钻孔、行走、锚固等功能。其中钻机的多路阀操作动力头的转动动作，可以实现正转与反转；操作大直径推进油缸的推进与起拔动作，可以实现正常速度的推进与起拔，也可以实现快速的动作；操作卡盘对钻具的抱紧和打开的工作；控制钻机行走马达的运动从而实现对钻机行走动作的控制。在钻机操作台上安装有节流阀，在钻机工作过程中，通过调节节流阀实现钻机最近速度的调节。

5、发挥夹具的重要作用

夹持器钻机夹持器布置在机架的端部，其作用是与动力头配合实现钻杆的安装与其他的钻进功能，夹紧与松开原理是液压夹紧、弹簧复位，夹紧时通过液控单向阀保持夹紧力，夹持器液压系统保持压力，从而保持夹紧状态。此种夹持器的主要结构包括夹持器缸筒、胶套、固定端盖、复位弹簧、滑动轴、卡瓦等。

6、借助轨迹测量仪，提升钻孔精度

轨迹测量仪YCSZ轨迹测量仪是存储式，在钻孔施工后可以获得钻孔的轨迹数据，在掘进工作面采用超前钻探长钻孔施工时，可在很大程度上减少钻孔数量，同时采用存储式随钻轨迹测量仪测量钻孔轨迹，并针对超前钻探长钻孔可能出现的防突空白带进行补孔，大大提高了掘进工作面超前钻探效率，增加了掘进工作面钻探的准确性，有效地避免了掘进工作面突出危险，进而提高了巷道掘进速度。

二、钻探成孔工艺分析

地质勘察的过程中，掘进施工是保障勘察安全的基础施工内容，而钻探成孔工艺的应用可以为具体的掘进施工提供详细的数据参考，为勘察人员提供相应的地质构造信息，这对于掘进施工方案的确定具有积极作用。钻探成孔施工的技术水平以及施工效率会直接关系到掘进施工的作业质量和工程进程。为达到控制施工成本与降低成孔误差的目的，进行成孔施工时，可以联合应用轨迹探测仪和液压钻机共同完成钻孔施工，在钻孔的同时进行轨迹测量，确保钻孔的精度，这可为后续的施工提供准确的数据支持。

（1）在进行超前探测钻孔中，为了能够准确探测掘进面的地质情况，需要精确控制钻机的开孔角度，根据煤层走向勘探开孔要有上倾角孔、下倾角孔以及近水平孔以满足探测需要；

（2）需要有合理的开孔布置距离。开孔间距主要受到施工地点岩层和煤层裂隙的发育状态的影响，避免距离太近导致临近孔裂隙联通不能反水排渣。针对8406进风巷掘进工作面工作情况，确定开孔间距为4.3m，钻探钻杆采用螺旋钻杆φ63/73mm×1500mm，进行3个钻孔的实验勘探，其设计参数如表1所示。

结语：在掘进工作面使用存储式随钻测量仪对钻孔进行测量，可以准确获得钻孔轨迹，可以根据实际钻孔轨迹对未勘探的部分进行补孔，提高掘进工作面的勘探效率，增加了掘进工作面探查的准确性，有效提高巷道的掘进效率。所研制的钻机整机结构紧凑，在井下的通过能力强，满足井下巷道内的快速拆装和转移运输。随钻测量系统工作稳定，测量准确，为精确测量超前探测孔提供了设备支撑。通过所研发的钻机和随钻测量系统的实验证明，该系统能够满足超前探测钻孔的需要，为掘进工作面超前探测提供了设计及钻孔工艺。

参考文献：

[1]周冬峰,ZHOUDong-feng.突出煤层快速钻探工艺研究与应用[J].山西建筑,2014(28):113-114.

[2]巷道掘进工作面超前应力峰值位置探测技术[D].中国矿业大学,2016.