掘錨機支護裝置設(shè)計與工藝研究

文/李 富 陳智強 郭 潔

煤礦巷道掘錨一體機在巷道掘錨作業(yè)中，受煤質(zhì)松軟、頂板破碎等因素影響，空頂區(qū)出現(xiàn)掉頂片幫問題，使掘錨作業(yè)不能正常進行。對此，華能扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司綜合勘測地質(zhì)條件與作業(yè)工況，評測原機工藝性能和機構(gòu)配置，按照“掘錨工位轉(zhuǎn)換，跟進交替支護”的工藝流程，增設(shè)了頂板支護裝置，完善了支護功能，實現(xiàn)了對巷道空頂區(qū)的掉頂片幫問題的有效控制。

一、掘錨機使用概況

華能扎賚諾爾煤業(yè)有限責(zé)任公司下屬煤礦在巷道掘進工作中，使用山特維克MB670型掘錨機，采用橫軸滾筒全斷面一次截割成型，形成矩形斷面巷道的掘進工藝，且一個掘進步距分兩次截割完成，向前移機后，將掘出的巷道交由機載錨固機實施鋪網(wǎng)錨固工作，掘錨循環(huán)交替完成巷道掘進工作。由于煤質(zhì)偏軟、煤層節(jié)理發(fā)育，致使巷道頂板破碎、初撐力較弱，在頂板壓力傳導(dǎo)下，巷道前端空頂區(qū)出現(xiàn)掉頂片幫問題。

二、支護技術(shù)原理

針對上述問題，按照“掘錨工位轉(zhuǎn)換，超前交替支護”工藝原理，融合掘錨與支護工藝，設(shè)計掘錨機支護裝置方案。

1.支護裝置構(gòu)件

支護裝置側(cè)視示意圖、仰視示意圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 支護裝置側(cè)視示意圖

圖2 支護裝置仰視示意圖

2.支護技術(shù)原理

（1）掘進支護。構(gòu)件采用箱體套裝式二級伸縮結(jié)構(gòu)，由主箱體、一級箱體、一級液壓缸、二級箱體、二級液壓缸構(gòu)成。由主箱體支護機器占位形成固有空頂，按照截割滾筒一個截割步距分兩次向前掘進完成，一級方箱和二級方箱在一、二級液壓缸驅(qū)動下，同步分兩次伸出護住頂板；當向前移機至下一個工位時，一級方箱和二級方箱同步分兩次收縮回位。移機完成后，主箱體支護新頂板，原頂板交由錨固支護柵板承接，實施鋪網(wǎng)錨固，形成對空頂區(qū)頂板的全覆蓋支護，循環(huán)向前掘進。

（2）錨固支護。構(gòu)件由支護柵板和液壓缸構(gòu)成，鉸接在主箱體后端，并在支護柵板上，對應(yīng)下方機載錨固機開設(shè)方孔。移機完成后，所形成的空頂區(qū)即為錨固區(qū)，液壓缸驅(qū)動?xùn)虐逑聰[鋪上網(wǎng)片，千斤頂回升使柵板與錨固區(qū)的頂板抵接，啟動錨固機穿過柵板上對應(yīng)方孔，將錨固件通過網(wǎng)片錨定于頂板煤巖中，完成鋪網(wǎng)錨固工作，循環(huán)下一次交替支護工作。

（3）支護固定。構(gòu)件由固定座、止退板構(gòu)成。固定座通過多個高強度螺栓固定在掘錨機前部上方過橋上，并用止退板抵接防止移位。主箱體后端多點鉸接在固定座上，保持頂板支護構(gòu)件的運行穩(wěn)定。

（4）支護支撐。構(gòu)件由支撐液壓缸、支撐千斤頂和托板構(gòu)成。其中，兩個支撐千斤頂上端與過橋鉸接，下端與托板鉸接為原機配置；為穩(wěn)固支撐主箱體，將兩個支撐千斤頂上端保持原位，下端后移鉸接到主機梁上；增設(shè)的兩個支撐液壓缸上端鉸接在主方箱的下板面前端的兩個直角處，下端鉸接在原機托板上，形成四點呈梯形支撐，液壓缸與千斤頂分組控制，保證主方箱升高與頂板抵接或降低離開頂板的平穩(wěn)運行。

（5）操控系統(tǒng)。評測本機電液動力系統(tǒng)，能夠滿足支護使用要求，按照各部功能配置電液操控系統(tǒng)。

三、支護工藝實施

1.掘進支護工藝

如圖1、圖2所示，掘進支護部件包括固定座、主箱體、一級液壓缸、二級液壓缸和錨固支護部件。主箱體后端鉸接在固定座，主箱體內(nèi)含滑動連接一級箱體，一級箱體內(nèi)含滑動連接二級箱體，一級液壓缸固定端鉸接在主箱體內(nèi)、輸出端鉸接在一級箱體內(nèi)，二級液壓缸固定端鉸接在一級箱體內(nèi)、輸出端鉸接在二級箱體內(nèi)。

其中，主箱體為鋼板焊接箱體，兩側(cè)分別設(shè)有若干導(dǎo)行輪，為一級箱體伸縮導(dǎo)行，避免運行卡阻。一級箱體為鋼板焊接箱體，上下板面對稱焊有若干減少摩擦的導(dǎo)行條板，插接在主箱體內(nèi)。兩個一級液壓缸左右對稱分布在一級箱體內(nèi)。四個鋼板焊接的二級箱體等分間隔插接在一級箱體上，四個二級液壓缸后端分別鉸接安裝在一級箱體上、前端分別鉸接安裝在四個二級箱體上，中間兩個二級液壓缸為一組，左右兩個二級液壓缸為一組，分組順序操控。

如圖1所示，掘錨機的截割滾筒位于主箱體前端下方，其一次掘進步距分為兩次截割完成，一級箱體和二級箱體通過兩次同步伸展跟進支護，實現(xiàn)對掘進空頂區(qū)支護的全面覆蓋；二級箱體前端對稱固連三個插牙，插牙為直角三棱錐且直角平面朝上，插牙尖角端朝向二級箱體伸出方向，插牙配合二級液壓缸伸展嵌入迎前煤壁中，使一級箱體和二級箱體的支護由懸臂支撐轉(zhuǎn)化為橋式支撐，增強了整體支護的穩(wěn)定性。完成一次掘進步距移機時，通過小幅度降低支撐液壓缸和支撐千斤頂?shù)闹胃叨?，卸去支護壓力，提升托板，進行移機，一級液壓缸、二級液壓缸同步配合回縮，至移機完成；開始下一次截割循環(huán)。

2.錨固支護工藝

如圖1、圖2所示，錨固支護部件包括抬升千斤頂和柵板，柵板為鋼板加立筋結(jié)構(gòu)，在柵板板面上開設(shè)有與錨固機位分布對應(yīng)的若干個方孔，容納錨固頭通過，兼顧對網(wǎng)片鋪設(shè)位調(diào)整；柵板尾端固連有若干個擋塊，避免置放在柵板上的網(wǎng)片滑落扎傷作業(yè)人員；柵板前端與主箱體后端上部相鉸接，四個抬升千斤頂固定端與主箱體后端下部鉸接，輸出端與柵板底面中部鉸接。錨固作業(yè)時，抬升千斤頂伸出，使柵板帶著置放的網(wǎng)片與頂板抵接，錨固機通過方孔將錨桿錨定于頂板煤巖中，并為錨固作業(yè)人員提供安全防護；移機時，通過抬升千斤頂?shù)氖湛s，使柵板擺離頂板，避免移機過程中柵板與頂板產(chǎn)生干涉。

3.支護固定工藝

如圖1、圖2所示，主機梁過橋兩側(cè)對稱放置有四臺錨固機，過橋為板狀鋼件，具有優(yōu)良的承載能力，固定座底部固連有底板，用高強度螺栓緊固在主機梁過橋上，并在底板的后端設(shè)有定位止退擋塊，增強固定座受力止退能力及主箱體鉸接在固定座上的穩(wěn)固效果。

4.支護支撐工藝

如圖1所示，兩個支撐千斤頂上端鉸接主機梁過橋前端，下端鉸接在掘錨機機架上，兩個支撐液壓缸上端鉸接在主箱體底面前端兩直角處，下端鉸接在掘錨機底托板上，托板抵接巷道底板，釋放支護壓力；移機時，提升托板同步前移；兩個支撐千斤頂為一組，兩個支撐液壓缸為一組，分控操作與調(diào)整，使整個支護箱體的上表面始終抵接空頂區(qū)頂板，保證整個支護組件能夠?qū)ο锏理敯宸€(wěn)固支撐。

四、實施功效

通過隨掘進步距分兩次截割完成的工步，分兩次同步伸展跟進支護，實現(xiàn)對掘進空頂區(qū)頂板支護的全面覆蓋，有效控制了掘進空頂區(qū)的掉頂片幫問題；設(shè)置柵板，實現(xiàn)對掘錨機向前移機后，所形成的空頂區(qū)頂板接替支護，并在柵板上預(yù)先鋪設(shè)支護網(wǎng)片，配合錨固機將網(wǎng)片和錨固件錨定在頂板煤巖中，避免了空頂區(qū)掉頂片幫風(fēng)險;通過將主方箱鉸接在主機梁過橋前端的固定座上，并設(shè)有止退擋板，保證整體支護組件的運行穩(wěn)定；兩個支撐千斤頂和主箱體下面鉸接的兩個支撐液壓缸，呈梯形分布，增強了支護的穩(wěn)定性和可靠性。