煤田地质与勘探

作者：凡东, 倪晓阳, 穆树元, 邹祖杰, 文国军, 李影平, 鲁飞飞,

关键词：矿山灾害, 钻孔救援, 跟管钻机, 模块化设计, 双回转动力头, 水平大直径钻孔, 多级跟管钻进工艺,

目的针对矿山巷道及隧道塌方事故救援中面临的狭窄空间作业难题，研制一种具备快速响应能力的模块化水平跟管救援钻机系统，以提升复杂环境下的救援效率与安全性。方法采用模块化设计理念，通过紧凑化布局优化动力头、给进装置及动力系统等核心部件。运用多体动力学仿真对辅助作业车进行倾覆校核，确保其在复杂工况下的稳定性；基于离散元(DEM)−多体动力学(MBD)耦合仿真方法，优化超薄折叠式钻渣带式输送机的结构，显著提升输送效率与空间适应性。结合层次分析法(AHP)与逼近理想点排序法(TOPSIS)，构建钻场安全风险评估模型，并集成自回归移动平均(ARMA)和指数平滑算法开发智能预警软件平台，实现了钻场安全态势的动态评估与风险预判。通过钻机静态加载检测、陕西商洛工程试验和云南玉溪集成演练验证钻机性能。结果和结论研发的模块化、遥控式大直径跟管救援钻机，最大模块尺寸控制在4 000 mm×1 700 mm×1 450 mm，可在受限空间3 h内完成快速组装；研制的关键部件包括双回转动力头、独立驱动式给进装置、上开口变径夹持扶正系统及遥控单轨吊装系统等，结合电液双控负载敏感液压控制与防爆遥控技术，适配多级跟管钻具，形成集“钻、排、运、护”于一体的救援装备；静态加载检测显示，套管最大转矩达255 kN·m，外管最大推进力达1 600 kN；在陕西商洛、云南玉溪分别开展了工程试验和集成演练，完成了3口水平钻孔，最大孔长61.5 m，逃生通道直径570 mm，验证了钻机性能及多级跟管钻进工艺适应性。“钻、排、运、护”一体化井下钻孔救援装备显著提升了狭窄巷道环境下的适应性及救援效率，为矿山及隧道应急救援提供了装备支撑。

来源：2025年第9期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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