分體履帶底板錨固鉆機的研制及應(yīng)用

闞志濤

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西西安710077）

近年來，隨著我國煤炭開采深度的增加，地應(yīng)力的作用越來越明顯，導(dǎo)致巷道圍巖變形加大，底鼓現(xiàn)象尤為突出。錨固技術(shù)作為控制巷道圍巖變形的手段，在軟巖底鼓治理中發(fā)揮的作用越來越大[1-4]?，F(xiàn)階段制約巷道底板錨固技術(shù)發(fā)展的主要因素是缺少高效的底板錨固鉆機。我國底板錨固鉆機仍處于起步階段，以氣動架柱式鉆機為主。這種鉆機主要由沖擊器、回轉(zhuǎn)器、給進裝置、操縱臺等組成，以壓縮空氣為動力。雖然可以進行底板錨固施工，但由主機部分質(zhì)量大，移動不便，加上能力偏小、安全性差，致使底板鉆孔施工效率低，無法滿足生產(chǎn)要求。因此，一款高效的底板錨固鉆機已是當(dāng)務(wù)之急。ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機具有機身窄、移動靈活、穩(wěn)固調(diào)角速度快、定位精準(zhǔn)等優(yōu)點，可降低工人勞動強度，提高底板錨固孔作業(yè)效率。

1　鉆機的總體設(shè)計

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機由鉆車及泵車2部分組成，兩者之間通過液壓膠管連接。

鉆車（如圖1）是鉆機的執(zhí)行機構(gòu)，由回轉(zhuǎn)器、二次給進機構(gòu)、變幅機構(gòu)、主操作臺、風(fēng)冷卻器、除塵裝置、鉆車行走操縱臺、鉆車履帶車體、穩(wěn)固裝置組成。

泵車（如圖2）是鉆機的動力源，由電機泵組、泵車行走操縱臺、電磁啟動器、泵車履帶車體、油箱等部件組成。

鉆機液壓系統(tǒng)采用開式循環(huán)三泵系統(tǒng)，Ⅰ泵負責(zé)泵車的行走，并為風(fēng)冷卻器馬達及除塵裝置馬達供油；Ⅱ泵負責(zé)鉆車的行走，回轉(zhuǎn)器回轉(zhuǎn)；Ⅲ泵負責(zé)回轉(zhuǎn)器的給進/起拔、姿態(tài)調(diào)整及鉆車穩(wěn)固?；芈分袨榱吮Ｗo除塵及冷卻馬達，串聯(lián)了流量閥，控制馬達轉(zhuǎn)速。Ⅰ泵和Ⅱ泵的額定壓力設(shè)定為26 MPa，Ⅲ泵的額定壓力設(shè)定為24 MPa，這樣既能滿足回轉(zhuǎn)鉆進的需要，又能滿足履帶行走、姿態(tài)調(diào)整及機身穩(wěn)固的需求。

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機的特點如下。

（1）采用鉆車和泵車兩體式布局，分別具備獨立行走能力，機身窄，井下移動靈活、快捷；

（2）采用二次給進機構(gòu)，主給進機構(gòu)采用油缸鏈條形式，給進、起拔行程大，二次給進機構(gòu)可使主給進機構(gòu)牢牢固定在底板上，保證鉆進穩(wěn)定、可靠；

（3）姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)調(diào)角范圍廣，高度調(diào)整便捷、迅速，能滿足巷道底板垂直及傾斜外扎錨固孔施工要求，并能實現(xiàn)一次停機施工1.5 m間距范圍內(nèi)2個鉆孔，減少輔助時間，提高鉆進效率；

（4）備有除塵裝置，清除鉆渣，防止粉塵污染，改善作業(yè)環(huán)境；

（5）配有帶有雙層鉆桿扶正裝置手動夾持器，方便鉆桿擰卸，有效地避免了由于操作失誤造成的墊叉?zhèn)耸鹿剩?/p>

（6）主操作臺可旋轉(zhuǎn)，使人員遠離孔口有利于人身安全；

（7）液壓系統(tǒng)保護裝置完備，提高了鉆機工作的可靠性，液壓元件采用進口產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，通用性強。

2　鉆機的主要性能參數(shù)

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機主要性能參數(shù)如表1所示。

3　鉆機關(guān)鍵技術(shù)研究

3.1　回轉(zhuǎn)器設(shè)計

回轉(zhuǎn)器是鉆機的核心部件，如圖3所示，由液壓馬達、回轉(zhuǎn)器體、中間軸、彈簧、水便體等組成，其功能是通過鉆桿為鉆頭提供能有效地破碎巖石的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。液壓馬達選用大轉(zhuǎn)矩徑向柱塞馬達，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；中間軸上安裝彈簧，使其具有一定浮動功能，減小了鉆桿擰卸過程中的螺紋磨損；水便體集成于中間軸上，施工時無需反復(fù)拆卸，縮短輔助時間，且水便密封選用新型齒形密封材料，壽命長、摩擦小，性能可靠。

3.2　二次給進機構(gòu)的設(shè)計

二次給進機構(gòu)（如圖4）是鉆機的重要組成部分，主要由主給進機構(gòu)、二次給進油缸、滑動平臺等組成。滑動平臺由鋼板焊接而成，主要作用是固定二次給進油缸，連接姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)。

主給進機構(gòu)采用油缸鏈條給進形式（如圖5），從而實現(xiàn)在巷道高度受限的情況下給進行程最大。四根圓柱桿組成框架，并可作為導(dǎo)軌使用，與常用鋼板焊接矩形框架相比，在滿足強度和剛度的前提下，質(zhì)量明顯減輕；雙桿雙作用油缸、鏈條、滑輪、托板、張緊螺栓等組成油缸鏈條倍速給進機構(gòu)，油缸行程550 mm，實現(xiàn)回轉(zhuǎn)器移動距離1 100 mm。施工時，可采用中間加卸鉆桿的方式，安全、快捷。

3.3　姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計

鉆機的姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)（如圖6）由回轉(zhuǎn)機構(gòu)、上偏轉(zhuǎn)油缸、升降機構(gòu)、下偏轉(zhuǎn)油缸、底座等組成?；剞D(zhuǎn)機構(gòu)可使二次給進機構(gòu)0～360°旋轉(zhuǎn)，滿足巷道底板垂直及傾斜外扎錨固孔施工要求，并可進行巷道頂板、側(cè)幫錨固孔的施工，提高了鉆機的巷道適應(yīng)性。升降機構(gòu)采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，升降便捷、迅速，并保證回轉(zhuǎn)機構(gòu)上平面與車體平面平行，即二次給進機構(gòu)與車體上平面垂直，進行底板錨固垂直孔施工時無需反復(fù)調(diào)整機身。鉆機左右偏轉(zhuǎn)角度為±35°，上、下偏轉(zhuǎn)油缸相互配合，可實現(xiàn)一次停機施工1.5 m間距范圍內(nèi)的2個鉆孔。

3.4　帶有雙層鉆桿扶正裝置手動夾持器的設(shè)計

鉆機常規(guī)用手動夾持器無扶正裝置，且通過動力頭反轉(zhuǎn)擰卸鉆桿時，極易發(fā)生由于操作失誤造成的墊叉?zhèn)耸鹿?，施工危險程度高。為此，專門設(shè)計出1種帶雙層鉆桿扶正裝置的手動夾持器，如圖7所示，主要包括圓形導(dǎo)軌、升降機構(gòu)、扶正裝置和連接座。夾持器有上下2層扶正環(huán)，1層固定，1層可上下移動，工藝適應(yīng)性強；并且2個圓形導(dǎo)軌將墊叉夾持鉆桿的區(qū)域分為3個部分，墊叉的運動空間受到限制，從而有效地避免了由于操作失誤造成的墊叉?zhèn)耸鹿省?/p>

4　鉆機試驗

4.1　型式試驗

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機在國家安全生產(chǎn)西安鉆機檢測檢驗中心進了鉆機的型式試驗。鉆機的負載性能測試數(shù)據(jù)如表2所示，從中可以看出鉆機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩及最大給進/起拔力均達到了設(shè)計要求。

此外，還對鉆機的空載性能、過載性能、溫升、噪聲等進行測試，測試結(jié)果均滿足設(shè)計及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2　工業(yè)性試驗

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機在新元煤礦3#煤南區(qū)集中膠帶大巷進行了現(xiàn)場工業(yè)性試驗?，F(xiàn)場底板錨索孔施工方案為沿巷道走向成排布置，1排4個錨索孔，孔間距為1.5 m，排距為2 m，孔的直徑56 mm，深度5.0 m，錨索孔均垂直向下布置。施工時鉆桿直徑42mm，長度800 mm，配套鉆頭直徑為56 mm。鉆機每班（8 h）成孔數(shù)量平均保持在10～12個。通過現(xiàn)場試驗進一步檢驗了鉆機的結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的可靠性，達到了預(yù)期的研究目標(biāo)。

5　結(jié)語

（1）ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，滿足煤礦底板錨固施工要求。

（2）鉆機具有機身窄、移動靈活、穩(wěn)固調(diào)角速度快、定位精準(zhǔn)等優(yōu)點，大幅提高底板錨固孔作業(yè)效率。

（3）回轉(zhuǎn)器、二次給進機構(gòu)、姿態(tài)調(diào)整機構(gòu)及夾持器的獨特設(shè)計，提高了鉆機的巷道適應(yīng)性。

（4）鉆機的型式試驗和現(xiàn)場工業(yè)性試驗驗證了結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)的可靠性，為煤礦巷道底板錨固施工提供了可靠的裝備保障。