【收錄專題 | 礦山機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展前景】

礦用鉆機(jī)是進(jìn)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(jī)分為分體式鉆機(jī)、履帶式鉆機(jī)、定向鉆進(jìn)鉆機(jī)、電控自動化鉆機(jī)等。

我國煤礦井下鉆探裝備經(jīng)歷了國外引進(jìn)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(jī)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(jìn)美國、澳大利亞和德國的井下鉆機(jī)設(shè)備，由于國內(nèi)煤礦地質(zhì)條件較為復(fù)雜，進(jìn)口鉆機(jī)實際應(yīng)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(wù)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(yīng)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(wù)更好，國外鉆機(jī)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(jìn)行了大量研究工作，包括鉆機(jī)、鉆具、鉆頭及鉆進(jìn)工藝等，并積極進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化和推廣應(yīng)用。1981年，中煤科工集團(tuán)西安研究院研制出國內(nèi)首臺全液壓坑道鉆機(jī)，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(jī)，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(jī)制造商在100家以上。其中，國內(nèi)煤礦井下鉆機(jī)制造企業(yè)主要有中煤科工集團(tuán)西安研究院、中煤科工集團(tuán)重慶研究院、江蘇中煤、石家莊煤機(jī)、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(jī)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(jī)裝備整體達(dá)到國際先進(jìn)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(jìn)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(jī)、定向鉆進(jìn)鉆機(jī)等機(jī)型發(fā)展，鉆進(jìn)裝備性能不斷提高，已逐步形成適應(yīng)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(jī)方面，國內(nèi)制造廠家以中煤科工集團(tuán)西安煤科院和中煤科工集團(tuán)重慶煤科院為代表，在高速鉆機(jī)、掏槽孔鉆機(jī)和大扭矩鉆機(jī)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(jìn)成孔率低的問題。礦用定向鉆機(jī)方面，目前我國在礦用定向鉆機(jī)領(lǐng)域特別是大扭矩、大功率定向鉆機(jī)基本上已接近世界領(lǐng)先水平。中煤科工集團(tuán)西安煤科院研制的大扭矩定向鉆機(jī)創(chuàng)造了2311m超長瓦斯抽采定向鉆孔的世界紀(jì)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(jī)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(jìn)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(jìn)行列，但與成熟先進(jìn)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(jìn)裝備。

我國井下礦用鉆機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)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(jī)的自動上卸鉆桿可以減輕人工作業(yè)強(qiáng)度，提高鉆機(jī)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(jī)的日益智能化、復(fù)雜化，井下工人受限于知識水平，對維護(hù)檢測的新問題不能及時妥善處理，建立鉆機(jī)遠(yuǎn)程故障診斷和預(yù)警系統(tǒng)勢在必行。專業(yè)工程師通過監(jiān)測鉆機(jī)的運行狀況，可以及時解決影響鉆機(jī)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(jī)要實現(xiàn)自動行走、定位、調(diào)平、接卸桿、開孔鉆進(jìn)等，需要根據(jù)鉆機(jī)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(yīng)動作。運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行鉆機(jī)的遠(yuǎn)控研發(fā)，可以模擬鉆機(jī)井下的實際工作情況，獲取工況參數(shù)，并實時進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，保證鉆機(jī)準(zhǔn)確地完成鉆孔施工；利用傳感器感知鉆機(jī)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(jìn)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(dá)到了國際先進(jìn)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(jī)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(qiáng)關(guān)鍵智能化技術(shù)和器件的攻關(guān)。