【收錄專題 | 礦山機械行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景】

礦用鉆機是進行開礦鉆孔施工的基礎(chǔ)裝備。按照結(jié)構(gòu)類型和功能用途等，礦用井下鉆機分為分體式鉆機、履帶式鉆機、定向鉆進鉆機、電控自動化鉆機等。

我國煤礦井下鉆探裝備經(jīng)歷了國外引進和自主創(chuàng)新的過程，國內(nèi)裝備水平不斷成熟且能滿足國內(nèi)礦用需求

1990年以前，美國、德國和澳大利亞在煤礦井下鉆探技術(shù)和裝備方面處于世界領(lǐng)先地位。美國J H Fletcher公司、Acker公司、Atlas Copco公司生產(chǎn)的鉆機具有500 m到1500 m普通和定向鉆孔施工的能力。90年代中后期，我國陸續(xù)引進美國、澳大利亞和德國的井下鉆機設(shè)備，由于國內(nèi)煤礦地質(zhì)條件較為復雜，進口鉆機實際應用效果普遍不理想。另外，國外設(shè)備配件價格高、供貨周期長，售后服務不及時等問題比較突出。我國企業(yè)和科研院所開始自主研發(fā)井下鉆探裝備，2006年以來國內(nèi)技術(shù)水平不斷成熟，設(shè)備實際應用效果也優(yōu)于國外產(chǎn)品，且國內(nèi)產(chǎn)品成本低、售后服務更好，國外鉆機在國內(nèi)市場優(yōu)勢不在。

1980年以來，國內(nèi)科研院所對煤礦井下鉆探裝備進行了大量研究工作，包括鉆機、鉆具、鉆頭及鉆進工藝等，并積極進行成果轉(zhuǎn)化和推廣應用。1981年，中煤科工集團西安研究院研制出國內(nèi)首臺全液壓坑道鉆機，該設(shè)備后來成為了煤礦井下最主要的鉆探裝備。經(jīng)過40多年的發(fā)展，國內(nèi)已形成多品牌系列多型號的全液壓鉆機，能夠滿足不同煤礦巷道條件、不同施工地層和不同鉆孔類型的施工要求。

目前我國礦用鉆機制造商在100家以上。其中，國內(nèi)煤礦井下鉆機制造企業(yè)主要有中煤科工集團西安研究院、中煤科工集團重慶研究院、江蘇中煤、石家莊煤機、河南鐵福來等。公司具體情況詳見下表。

表1 國內(nèi)主要煤礦井下鉆機制造企業(yè)

(資料來源：五度易鏈行業(yè)研究中心綜合整理）

我國煤礦井下鉆機裝備整體達到國際先進水平，但在裝備可靠性、關(guān)鍵元件等環(huán)節(jié)還有很大提升空間

近些年，國內(nèi)煤礦井下鉆探裝備的鉆進能力不斷提升，設(shè)備類型由分體式結(jié)構(gòu)向履帶式鉆機、定向鉆進鉆機等機型發(fā)展，鉆進裝備性能不斷提高，已逐步形成適應我國煤層地質(zhì)條件和開采環(huán)境同時具備自主知識產(chǎn)權(quán)的鉆探技術(shù)與裝備體系。

履帶式鉆機方面，國內(nèi)制造廠家以中煤科工集團西安煤科院和中煤科工集團重慶煤科院為代表，在高速鉆機、掏槽孔鉆機和大扭矩鉆機等方面業(yè)績突出，可有效處理各類卡鉆事故，解決了軟煤層鉆進成孔率低的問題。礦用定向鉆機方面，目前我國在礦用定向鉆機領(lǐng)域特別是大扭矩、大功率定向鉆機基本上已接近世界領(lǐng)先水平。中煤科工集團西安煤科院研制的大扭矩定向鉆機創(chuàng)造了2311m超長瓦斯抽采定向鉆孔的世界紀錄，礦井施工中性能卓越。然而，在關(guān)鍵零部件方面，比如液壓元件的質(zhì)量和性能尚有不足，設(shè)備的自動化和信息化程度偏低，未來在鉆機智能化方面需要加大研發(fā)力度。

總之，目前我國在煤礦井下定向鉆進和隨鉆測量等方面的技術(shù)和裝備制造能力已經(jīng)跨入國際先進行列，但與成熟先進的石油定向鉆、測井技術(shù)相比，在裝備的可靠性、自動化程度等方面還有差距，需要借鑒國內(nèi)外石油和煤層氣鉆井裝備新技術(shù)，開發(fā)適合我國煤礦井下生產(chǎn)的智能鉆進裝備。

我國井下礦用鉆機將向大功率、大扭矩、自動化和智能化方向發(fā)展

隨著新技術(shù)和新工藝的發(fā)展，我國井下礦用鉆機出現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢。具體為以下三個方面：

一是大功率、大扭矩。大功率、大扭矩鉆機在煤礦瓦斯治理中、在處理各類卡鉆、埋鉆問題中具有無可比擬的優(yōu)勢，能有效解決鉆進施工中的各類突發(fā)狀況，開發(fā)更大功率和扭矩的煤礦坑道鉆機成為必然選擇。

二是自動化。隨著煤炭開采活動不斷向集約化方向發(fā)展，且井下施工環(huán)境通常比較惡劣，存在各種突發(fā)性的安全隱患，井下鉆孔施工呈現(xiàn)“設(shè)備換人、減人”的趨勢，自動化鉆孔技術(shù)與裝備將是未來研究的重點方向，以實現(xiàn)鉆孔施工自動化。鉆機的自動上卸鉆桿可以減輕人工作業(yè)強度，提高鉆機的工作效率，保障鉆孔施工安全。此外，隨著煤礦大型和新型鉆機的日益智能化、復雜化，井下工人受限于知識水平，對維護檢測的新問題不能及時妥善處理，建立鉆機遠程故障診斷和預警系統(tǒng)勢在必行。專業(yè)工程師通過監(jiān)測鉆機的運行狀況，可以及時解決影響鉆機生產(chǎn)運行中可能遇到的潛在故障。

三是智能化。智能化是鉆探設(shè)備自動化之后的更高級階段。井下智能化鉆機要實現(xiàn)自動行走、定位、調(diào)平、接卸桿、開孔鉆進等，需要根據(jù)鉆機運行狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)，并通過智能控制算法執(zhí)行相應動作。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進行鉆機的遠控研發(fā)，可以模擬鉆機井下的實際工作情況，獲取工況參數(shù)，并實時進行數(shù)據(jù)交互，保證鉆機準確地完成鉆孔施工；利用傳感器感知鉆機工作時的各種環(huán)境數(shù)據(jù)和狀態(tài)參數(shù)，通過對數(shù)據(jù)的接收、處理和計算，完成智能化的操作和動作執(zhí)行。

結(jié)語

在國家政策的支持下，通過自主創(chuàng)新和引進消化吸收相結(jié)合，我國煤炭井下鉆探裝備制造和配套技術(shù)能力整體達到了國際先進水平，為煤礦生產(chǎn)提供了技術(shù)保障。隨著煤炭開采活動不斷向集約化方向發(fā)展，未來井下鉆機裝備將向大功率、自動化和智能化方向發(fā)展，但裝備智能化并非一蹴而就，需要不斷加強關(guān)鍵智能化技術(shù)和器件的攻關(guān)。