掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀分析及發(fā)展趨勢研究

劉建永

（山西高河能源有限公司，山西長治 047102）

0 引言

對(duì)于井下掘進(jìn)機(jī)而言，其開采效率在很大程度上都依托于掘錨的平衡與否，時(shí)下國內(nèi)多數(shù)礦井掘進(jìn)巷道仍在利用人工支護(hù)錨進(jìn)行工作。因掘進(jìn)機(jī)所配備的單體液壓錨桿鉆機(jī)和單體氣動(dòng)，故而產(chǎn)生了工作環(huán)境惡劣、噪音高、速度慢、安全性差、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及機(jī)械化程度低的狀況，不僅如此，在進(jìn)行硬巖掘進(jìn)時(shí)，因人工支護(hù)強(qiáng)度較高，使得錨桿支護(hù)時(shí)間所占比例相對(duì)較大。由于時(shí)下我國多數(shù)礦井均受空頂距的限制，使得掘錨很難在工作過程中實(shí)現(xiàn)同時(shí)作業(yè)，因此，我國未來需以掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)為主要研制方向。本文基于國內(nèi)現(xiàn)有掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的使用狀況，對(duì)其存在問題進(jìn)行對(duì)比分析，并總結(jié)各類掘進(jìn)機(jī)在使用過程中存在的優(yōu)缺點(diǎn)，以此來為我國煤礦掘進(jìn)機(jī)的下一步發(fā)展提供可行的設(shè)計(jì)方案。

1 國內(nèi)一體式掘進(jìn)機(jī)現(xiàn)狀及優(yōu)缺點(diǎn)比較

就時(shí)下而言，國內(nèi)掘進(jìn)機(jī)均有著運(yùn)、裝、掘一體化功能，且因現(xiàn)行掘進(jìn)機(jī)的外形尺寸已達(dá)到最小極限，故而，當(dāng)下急需集成一個(gè)較大的輔助功能設(shè)備，如鉆機(jī)等，國內(nèi)外對(duì)掘進(jìn)機(jī)輔助功能設(shè)備的安裝主要放置于機(jī)身頂部。目前，國內(nèi)集成形式的主要方式，即掘進(jìn)機(jī)頂部集成錨桿機(jī)，其可分為兩種，一種是截割部頂部集成，另一種是機(jī)身頂部集成[1]。二者對(duì)比如下。

1.1 機(jī)身頂部集成方式

機(jī)身頂部集成大致上可分為兩種，一種是直接頂部集成，另一種是跨騎頂部集成。

（1）跨騎頂部集成

跨騎頂部集成主要將鉆機(jī)跨騎在機(jī)身兩側(cè)，在平常狀況下，其收縮于掘進(jìn)機(jī)后部，而在工作時(shí)，利用滑軌將鉆機(jī)推進(jìn)到掘進(jìn)機(jī)處進(jìn)行工作，從而完成支護(hù)作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：自身有著雙錨結(jié)構(gòu)，且具有較高支護(hù)效率。缺點(diǎn)：因集成鉆機(jī)后致使機(jī)身龐大，不僅提升了1.3 m左右的整機(jī)寬度，還造成了比壓增大，從而造成整機(jī)適應(yīng)能力的降低；與此同時(shí)，因其致使的巷道寬度增加，使得鏟板的邊料清理無法順利完成，從而嚴(yán)重妨礙司機(jī)操作視線，不僅如此，還帶來了掘進(jìn)機(jī)維修方面的阻礙，因掘進(jìn)機(jī)機(jī)油溫度的不斷上升，從而極易產(chǎn)生爆管現(xiàn)象[2]。

（2）直接頂部集成

直接頂部集成主要是將鉆機(jī)軌道安置于機(jī)身頂部，在平常狀況下，其收縮于掘進(jìn)機(jī)后部，而在工作時(shí)，利用滑軌將鉆機(jī)推進(jìn)到掘進(jìn)機(jī)處進(jìn)行工作，從而完成支護(hù)作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：集成較為簡易，且適用于任何機(jī)型。缺點(diǎn)：因自身結(jié)構(gòu)為單錨，故而其支護(hù)效率較低，且遠(yuǎn)不如人工的3～4根錨桿的速度[3]。

1.2 截割部頂部集成方式

（1）整體截割部頂部集成

整體截割部頂部集成主要是將雙錨鉆機(jī)安置于截割部頂部，在平常狀況下，其可折疊收縮于掘進(jìn)機(jī)截割部上部，而在工作時(shí)，利用油缸將鉆機(jī)推進(jìn)到掘進(jìn)機(jī)處進(jìn)行工作，從而完成支護(hù)作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：自身有著雙錨結(jié)構(gòu)，且具有較高支護(hù)效率。缺點(diǎn)：當(dāng)鉆機(jī)處于縮回狀態(tài)時(shí)，因設(shè)備堆積于截割部頂部，從而無法對(duì)低巷道進(jìn)行截割工作。

（2）分體截割部頂部集成

分體截割部頂部集成主要是將鉆機(jī)軌道安置于截割部兩側(cè)，在平常狀況下，其可收縮于掘進(jìn)機(jī)截割部兩側(cè)，而在工作時(shí)，利用滑軌將鉆機(jī)推進(jìn)到掘進(jìn)機(jī)處進(jìn)行工作，從而完成支護(hù)作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：較為簡易的鉆機(jī)結(jié)構(gòu)，其有著雙錨的支護(hù)，以及較高支護(hù)速度。缺點(diǎn)：因鉆機(jī)收縮于截割部，故而自身不具備左右伸縮裝置，因此，當(dāng)進(jìn)行巷道側(cè)幫支護(hù)時(shí)，需利用截割部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，且只能通過一部鉆機(jī)實(shí)現(xiàn)[4]。

2 掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)優(yōu)化原則

（1）選擇鉆臂配套系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)結(jié)合主機(jī)特點(diǎn)，應(yīng)考慮掘進(jìn)機(jī)配套后主機(jī)維護(hù)難度、液壓系統(tǒng)改造以及接地比壓、操作簡易程度和截割視線、截割巷道寬度與高度等。其具體設(shè)計(jì)思路：在不改變掘進(jìn)機(jī)尺寸與外形的前提下，在其內(nèi)部集成錨桿鉆機(jī)，為避免影響司機(jī)視線，結(jié)構(gòu)應(yīng)緊湊。掘進(jìn)機(jī)與錨桿機(jī)能夠互鎖，無需同時(shí)操作，進(jìn)而令操作速度與安全性得到提升。為便于調(diào)動(dòng)，錨桿鉆機(jī)能夠達(dá)到錨桿支護(hù)全斷或任意斷的基本要求，并且定位支護(hù)的高度與寬度范圍會(huì)高于與之相匹配的掘進(jìn)機(jī)高度與寬度，通常二者的高度差為50厘米以上。

（2）所選液壓機(jī)應(yīng)可靠、高效，若要令支護(hù)作業(yè)效率有所提升，1臺(tái)掘進(jìn)機(jī)應(yīng)配有2臺(tái)機(jī)載錨桿機(jī)，此時(shí)在作業(yè)時(shí)錨桿機(jī)會(huì)比截割頭高，從而令空頂距要求得到滿足。

（3）變量系統(tǒng)是掘進(jìn)機(jī)首要考慮的液壓系統(tǒng)，同時(shí)冷卻循環(huán)系統(tǒng)也應(yīng)加大。

（4）應(yīng)保持穩(wěn)定的鉆孔性能、準(zhǔn)確靈活的鉆臂錨孔鉆眼以及迅速的鉆臂推展機(jī)構(gòu)動(dòng)作。

（5）按照煤礦安全規(guī)程要求，應(yīng)安裝輔助作業(yè)平臺(tái)與臨時(shí)支護(hù)，以便于傳送作業(yè)人員進(jìn)行鋪錨網(wǎng)與裝填錨固劑等作業(yè)，從而令錨桿機(jī)開機(jī)效率得到有效提高，進(jìn)而令錨桿作業(yè)生產(chǎn)率得到提升。在工作時(shí)應(yīng)按作業(yè)規(guī)程要求，截割部落地[5]。

3 掘錨一體機(jī)發(fā)展趨勢

現(xiàn)如今，我國現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)并未實(shí)現(xiàn)機(jī)身內(nèi)部與鉆機(jī)結(jié)合為一體，所以不能僅改造目前已有的掘進(jìn)機(jī)機(jī)身來研制掘錨一體聯(lián)合機(jī)組，否則在使用時(shí)難以將掘錨一體機(jī)效果充分發(fā)揮出來，快速成巷將難以實(shí)現(xiàn)。對(duì)此，國內(nèi)錨桿機(jī)與掘進(jìn)機(jī)制造成正積極探尋解決方案，為實(shí)現(xiàn)掘錨一體化而努力，并取得一定成就，掘錨一體化的初步設(shè)計(jì)把錨桿機(jī)放置在了機(jī)身內(nèi)部兩側(cè)[6]。

該掘進(jìn)機(jī)能夠清理干凈機(jī)身兩側(cè)，其中可伸縮鉆機(jī)位于放置2臺(tái)，動(dòng)力轉(zhuǎn)載站位于掘進(jìn)機(jī)后部，重新布置電控箱與泵站油箱，并能實(shí)現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)載。在具體工作過程中，鉆機(jī)能夠運(yùn)動(dòng)并伸縮至機(jī)身后側(cè)，在其正式工作過程中，便會(huì)伸縮出，并開始支護(hù)作業(yè)，而液壓機(jī)具有較高的轉(zhuǎn)速且會(huì)輸出較大的轉(zhuǎn)矩，掘進(jìn)機(jī)不會(huì)對(duì)其造成影響，進(jìn)而能夠令支護(hù)作業(yè)時(shí)間有所縮短[7]。

該方案的提出為設(shè)計(jì)掘錨一體機(jī)奠定了一定基礎(chǔ)，但是卻存在一定缺點(diǎn)難以解決，首先其成本會(huì)明顯提升，并且系統(tǒng)更為復(fù)雜，需要兩個(gè)操作人員共同工作，但是在具體實(shí)踐時(shí)需要設(shè)備予以配合，進(jìn)而增加了工作難度。

對(duì)此，需要對(duì)該方案進(jìn)一步加以優(yōu)化，將二者結(jié)合為一體，將機(jī)身空間充分利用起來，集成電氣液壓設(shè)計(jì)，研制出真正的掘錨一體式掘進(jìn)機(jī)[8]。

4 結(jié)語

通過合理有效的控制機(jī)身高度與集成，得到掘錨一體化設(shè)計(jì)，便能令掘進(jìn)速度與支護(hù)效率得到顯著提升。并且對(duì)整機(jī)高度不會(huì)發(fā)生影響的前提下能夠?qū)崿F(xiàn)作業(yè)平臺(tái)與錨桿機(jī)的集成工作，鉆機(jī)之間的作業(yè)彼此獨(dú)立，不會(huì)對(duì)彼此造成影響，并具有噪音小、節(jié)省人力、操作簡便、輸出扭矩大以及轉(zhuǎn)速高等特點(diǎn)，能夠令作業(yè)環(huán)境得到優(yōu)化，與人工錨護(hù)相比，其錨固時(shí)間會(huì)有所降低，使得錨固高效工作，進(jìn)而令掘進(jìn)效率得到提升，完工時(shí)間有所縮短。