气动设备在煤矿井下的应用
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【摘 要】 由于气动设备使用清洁的压缩空气作为动力源，同时又具有优异的防爆性能，正广泛应用于国民经济的各个领域中。本文参考了国内外大量文献资料，介绍了当前在煤矿井下作业过程中常用的气动设备的分类及特点，并结合山西高平市唐安煤矿矿区使用气动设备中的实践经验，指出在矿井中使用气动设备具有使用简单、快速、安全性高等优点，降低了劳动量，大大提高了生产效率，具有十分广阔的应用前景。
【关键词】 气动设备 矿井 应用
1 概述
煤尘、瓦斯等危险爆炸物质常常困扰着煤矿井下作业工作的安全，因此，设备管理者必须使用具有防爆性能的矿用设备，严格控制煤尘、瓦斯在矿井空气中的含量。由于煤矿井下巷道和工作面空间狭小，井下部分辖区还存在着冒顶、片帮、淋水及滴水等隐患，对矿井下使用的设备不仅要求重量轻、体积小，便于搬迁，并要具有足够的密封性和强度。
随着科技的进步，使用气源驱动的各类气动设备已广泛应用于我国工业的各个领域。气动设备与电动、液压设备相比具有无可比拟的优点，特别适用于在高温、高粉尘、湿度大的煤矿井下作业生产。因此，气动设备在煤矿井下的应用前景十分广阔。
2 气动设备应用特点
气动设备主要由空气压缩机、输气管道、气缸、控制装置及安全保护装置等组成。与电气、液压等设备相比，气动设备具有以下突出优点：
（1）气动设备采用的气动装置具有结构简单轻便，安装维护简单，使用安全等优点。
（2）气动设备过载能力强，气缸的动作速度较快，通常可达50～500mm/s，可适应冲击性和负荷变化很大的工作，且非常容易调节输出力和工作速度。
（3）气动设备利用空气压缩机产生的压缩空气作为动力，工作中没有有效损耗，且可重复利用，取之不及，用之不竭，输送方便、不凝结、排气处理简单，不污染环境，成本低廉，非常适宜用作功能传递介质。并可完全避免起火危险[1]。
（4）压缩空气在空气流动中没有有效损耗，可集中供气，实现远距离传输，不凝结。
（5）压缩空气具有很好的压缩性和弹性，可方便的贮存能量，实现集中供气，并在短时间内释放能量，实现高速响应的间歇运动，此外，在一定条件下，气动装置也可实现自保持能力。
（6）气动设备可适应在高温、高粉尘、湿度大的环境中使用，并具有防火、防爆、防潮能力，特别适合于煤矿井下作业生产。
（7）一般电气设备元件的有效动作次数约为百万次，而气动设备使用电磁阀等气动元件进行控制，使用寿命可达3000万次以上，可靠性和使用寿命极高。
3 煤矿井下应用气动设备分类
（1）钻孔类：包括手持式、架柱式或支腿式锚杆（索）钻机[2]、探瓦斯钻机、探水钻、防突钻机等;
（2）工程工具类：风镐、冲击钻、风钻、砂轮机、气动链锯、气动吊链、气锤、气动管道切割机、气动带锯等;
（3）通风类：气动螺杆风机、风门自动开启装置、大巷洒水装置、转载点灭尘装置等;
（4）运输类：阻车器、联动阻车器、轨道挤眼机、司控道岔等;
（5）气动泵类：包括注浆泵、潜水泵、隔膜泵等;
（6）支护器材类：气动扳手、锚索张拉机具、锚杆安装机、锚杆（索）剪断器等。
4 气动设备应用实例
本文以在山西兰花煤炭实业集团高平市唐安煤矿投入应用的MQS-50/1.8型气动手持式帮锚杆钻机为例，具体介绍其应用情况。
MQS-50/1.8气动手持式帮锚杆钻机主要技术参数如下：[3]
工作压力：0.4-0.6MPa
额定转矩：50N*m
额定转速：300r/min
最大输出功率：1.8kW
空载转速：1900r/min
最大转矩：80N*m
耗气量：2.4m3/min
钻孔直径：φ38-φ45mm
机重：8kg
参考价格：4000元
唐安煤矿位于山西省高平市马村镇唐安，占地面积约55万平方米，已探明煤炭储量约3.4亿吨，该矿井年生产能力为150万吨/年，矿内约14km铁路专用线，运输条件十分便利。
高平煤矿过去使用手持式煤电钻进行掘进工作面、下采作业、钻孔作业中，由于煤电钻长期超负荷工作，导致其中的综合保护装置部分极易烧坏，煤电钻极易磨损甚至报废，一些全新的综合保护装置仅能维持使用4个小时就烧坏报废，增加了煤电钻的维修使用成本及煤矿企业的工作量和工作难度，严重影响企业工作效率。此外，煤矿发生瓦斯爆炸的火源大部分直接来源于各类井下移动电器设备所产生的火花，而手持式煤电钻具有较高的安全隐患。
2009年，唐安煤矿先后投入使用3台ZQS-50/1.8手持式气动钻机，可适用于硬度较大的半煤岩巷及煤层，岩巷的采掘作业中施钻孔径范围为φ38-φ45mm。
此外，当前很多煤矿普遍采用锚气动钻机对锚杆支护眼孔进行作业，首先，将锚杆与适合的气动钻机的搅拌头旋紧后插入气动钻机钻夹头内，气动钻机工作时，将锚杆及树脂药卷一面搅拌，一面推进至合适位置，约30s后即可关闭气阀取下钻机，待树脂药卷完全凝固后，锚杆就可固定在预先打好的钻孔内，此时，将相应的板套装在钻机上，将托盘及螺母装在锚杆尾部，开启气动工具进气扳手，迅速完成紧固螺母的工作，十分方便。
手持式气动钻机具有安全防爆、携带方便、转速高、转矩大、体积小、质量轻、结构简单、效率高、维护量小且维护方便等特点。显著提高了工作效率，降低了工人操作劳动强度，提高了进尺进度，自投入应用以来，井下操作工人反映良好，取得了良好的经济效益和社会效益。
5 结语
实践表明，各类气动设备相比电气、液压设备具有无污染、使用方便、运动速度快、适应能力强、适应环境范围广、安全性可靠性高、维护方便、成本低廉等优点，随着气动科技的不断发展，气动元件已逐步标准化、规范化和系列化，而在煤矿井下气动设备具有十分广阔的应用前景和价值。
参考文献：
[1]吴中立.矿井通风与安全[M].徐州：中国矿业大学出版社，1989.
[2]冯智强，滑玉卿.架柱支撑手持式气动钻机推广与应用[J].机械工程师，2013（7）.
[3]陈松林.新型手持式气动钻机的研究[J].煤矿机械，2008（1）.
作者简介：唐云鹏（1984―），男，河北衡水人，本科，助理工程师，主要从事机电科的供电设计、防爆检查及设备管理工作。