掘進(jìn)機機載錨桿鉆機及配套支護(hù)技術(shù)探討

彭景躍PENG Jing-yue

（潞安環(huán)能股份公司，長治 046204）

（Lu'an Environmental Energy Development Co.，Ltd.，Changzhi 046204，China）

0 引言

錨桿支護(hù)是目前煤礦井下巷道支護(hù)主要支護(hù)形式，在綜掘工作面通常有三種配套方式，掘進(jìn)機掘進(jìn)完畢后，配套單體風(fēng)動錨桿鉆機進(jìn)行支護(hù)；連續(xù)采煤機配套錨桿鉆車，連采機采煤后退出工作面，具有自行走功能的錨桿鉆車行駛到工作面進(jìn)行錨桿打設(shè)，交替作業(yè)；掘錨機組自身配備有錨桿鉆機，邊掘邊錨，掘錨平行作業(yè)。在我國煤礦井下巷道掘進(jìn)以第一種型式為主，其掘進(jìn)速度較其它兩種慢，主要制約因素在于掘錨不能平行作業(yè)，掘進(jìn)作業(yè)循環(huán)時間長。

錨桿支護(hù)施工設(shè)備主要是單體錨桿鉆機。這種鉆機由人工操作，機械化程度低、效率低、勞動強度大，而且鉆機的技術(shù)指標(biāo)不能滿足目前大面積推廣應(yīng)用的高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿與錨索支護(hù)的要求。錨桿支護(hù)參數(shù)的設(shè)計沒有考慮掘進(jìn)設(shè)備的性能，而且錨桿支護(hù)密度過大，導(dǎo)致單位面積上施工的錨桿數(shù)多，嚴(yán)重影響支護(hù)速度。因此對掘進(jìn)機機載錨桿鉆機及配套支護(hù)技術(shù)展開深入的研究。

1 研究方法

依據(jù)現(xiàn)有設(shè)備工藝并與自主創(chuàng)新相結(jié)合的方式，對掘進(jìn)機機載錨桿鉆機的設(shè)計以及支護(hù)技術(shù)、錨桿快速安裝、支護(hù)材料進(jìn)行研究。采用仿真分析與試驗研究相結(jié)合的原則，通過分析現(xiàn)有設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理，并依據(jù)我國煤礦巷道實際情況及巖石硬度，完成掘進(jìn)機機載錨桿鉆機以及支護(hù)形式的研究。并對關(guān)鍵元部件進(jìn)行中間檢驗和實驗，確保元部件的可靠性。在實驗過程中，選取不同的測量儀器和傳感器來驗證整機的參數(shù)匹配情況以及錨桿錨索的強度，然后進(jìn)行地面組裝調(diào)試，模仿井下巷道工況進(jìn)行試驗，檢驗設(shè)備的功能性及適用性。地面試驗成功后，進(jìn)行井下工業(yè)性試驗。

2 掘進(jìn)機機載錨桿鉆機的研究

2.1 結(jié)構(gòu)組成

掘進(jìn)機機載錨桿鉆機采用滑軌式錨桿鉆機，在機身上布置一套推進(jìn)機構(gòu)，按照煤礦井下工作面錨護(hù)工藝要求來完成工作機構(gòu)的展開和對錨孔操作。滑軌式錨桿鉆機布置在原機型中部，在工作時該機構(gòu)推展至錨護(hù)位置，完成鉆、錨支護(hù)工作，實現(xiàn)了掘進(jìn)和錨護(hù)的一機兩用。

系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，該裝置由鉆機、鉆臂、基座、滑軌、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等幾個部分組成，采用全液壓傳動。滑道采用壓板框架式結(jié)構(gòu)，槽形內(nèi)置上板兩側(cè)平面為推進(jìn)機構(gòu)的滑動軌道，在滑道上安裝基座,在基座底部采用油缸鏈條的倍增機構(gòu)，可使機座在滑軌上前后移動。在機座上配置操縱臺和鉆臂等。鉆臂由伸縮梁、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和推展機構(gòu)組成，伸縮梁把鉆機送入空頂區(qū)，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)和推展機構(gòu)配合動作實現(xiàn)預(yù)定位置的錨桿支護(hù)。

2.2 直聯(lián)濕式鉆箱可靠性

鉆箱是鉆機的主要組成部分，如圖2 所示，直聯(lián)濕式鉆箱主要由鉆箱箱體、傳動軸、鎖緊盤、鉆套、油封壓蓋、配液板、接頭等組成。對直聯(lián)鉆箱的的聯(lián)結(jié)方式以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，鉆孔時采用濕式除塵的方式，鉆箱底部有兩個油口，一個進(jìn)水孔，增加了冷卻和除塵效果，從而保證鉆箱在工作過程中良好的工作環(huán)境。鉆箱的傳動軸直接與馬達(dá)聯(lián)結(jié)，減小了整個鉆箱的體積，而且傳動路線簡單，可靠性高，易于維護(hù)。結(jié)合實驗室試驗的結(jié)果，通過各種結(jié)構(gòu)及聯(lián)結(jié)方式的改變，確定了最佳的匹配形式，提高了鉆箱的可靠性。

圖2 直聯(lián)濕式鉆箱圖

圖3 臨時支護(hù)圖

圖4 上下支撐示意圖

2.3 錨桿鉆進(jìn)頂板臨時支護(hù)技術(shù)

鉆機頂板臨時支護(hù)如圖3 所示，主要由頂尖、頂板和伸縮油缸組成，通過伸縮油缸的動作，使臨時頂尖接觸到巷道頂板，并根據(jù)不同巷道頂板條件給予不同的支撐力，從而保證鉆孔的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，加強整個鉆架的剛度，進(jìn)一步保證工人作業(yè)的安全性。而且還增加了下支撐穩(wěn)定機構(gòu)如圖4 所示，在進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)時，下支撐穩(wěn)定機構(gòu)的油缸深處，使支撐點著地，同時臨時支護(hù)頂緊頂板，實現(xiàn)上下?lián)尉o，減少了鉆臂系統(tǒng)的振動，加強了錨桿鉆機鉆孔時的穩(wěn)定性，使整個鉆臂結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了頂板和底板的同時支撐，鉆臂的受力情況從懸臂梁轉(zhuǎn)化成簡支梁，并減小了鉆臂的變形。

圖5 中縱坐標(biāo)的含義為鉆臂的變形情況，實線和虛線分別代表增加上下支撐與不增加上下支撐的的結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，增加臨時支護(hù)后，鉆臂在作業(yè)時的位移變小，整個鉆臂系統(tǒng)的剛度得以提高。

3 錨桿支護(hù)設(shè)計

錨桿支護(hù)的的形式與參數(shù)與圍巖條件及相鄰巖層組合關(guān)系和力學(xué)結(jié)構(gòu)效應(yīng)有關(guān)，首先根據(jù)巷道圍巖條件，研究與掘進(jìn)機機載錨桿鉆機配套的錨桿支護(hù)形式與參數(shù)匹配、材料與工藝，合理布置錨桿的排列方式以及錨護(hù)角度。然后對高強度、高剛度、高可靠性錨桿開發(fā)，在保證安全支護(hù)效果的條件下，通過降低支護(hù)密度提高掘進(jìn)速度。并且開展超快速固化樹脂錨固劑的配方與材料開發(fā)，快速安裝錨桿與錨索結(jié)構(gòu)與材料開發(fā)，優(yōu)化施工工藝。在原有支護(hù)工藝的基礎(chǔ)上，減少錨桿數(shù)量，提高錨護(hù)效率和質(zhì)量。

在支護(hù)形式的研究中，首先對圍巖的地質(zhì)力學(xué)特性進(jìn)行評估，對圍巖穩(wěn)定性分類，對不同的圍巖狀態(tài)用不同的理論計算和數(shù)值模擬的方法確定錨桿支護(hù)的初始設(shè)計參數(shù)，然后進(jìn)行工業(yè)性試驗，對頂板巖層的結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時探測，根據(jù)探測的結(jié)果及時發(fā)現(xiàn)隱患，對已支護(hù)的頂板進(jìn)行加強，采取一定的控制措施，并修改未進(jìn)行錨桿支護(hù)區(qū)域的設(shè)計，同時根據(jù)探測的結(jié)果對原有的參數(shù)進(jìn)行修改，完善錨桿支護(hù)形式。

4 結(jié)語

掘進(jìn)機機載錨桿鉆機及配套支護(hù)技術(shù)將以簡單實用、安全高效為特點，在縮短支護(hù)作業(yè)時間，提高設(shè)備利用率，提高掘進(jìn)機進(jìn)尺，不但提高掘進(jìn)機機載錨桿鉆機身的性能，而且提出了高預(yù)應(yīng)力、強力錨桿支護(hù)的思路，兼顧掘進(jìn)機和后配套設(shè)備的工藝匹配，合理布置錨桿的排列方式以及錨護(hù)角度，減少了錨桿數(shù)量，可提高錨桿單位面積的承載能力，提高了錨護(hù)強度及支護(hù)速度。

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護(hù)理論與成套技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2007.

[2]王金華.我國煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)的新發(fā)展[J].煤炭學(xué)報，2007，32(2).

[3]朱慶山.煤巷錨桿支護(hù)技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].價值工程,2010(04).