礦井巷道組合式錨桿鉆機支護平臺的設計

郝富明

（晉能控股煤業(yè)集團地煤精通興旺煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037000）

引言

近幾年，快速掘進技術逐漸完善，巷道圍巖的支護能夠有效地實現(xiàn)煤礦穩(wěn)定的產(chǎn)量，并且能夠在一定程度上減少相關人員工作時出現(xiàn)安全風險。傳統(tǒng)煤礦巷道支護作業(yè)通過單擊支護的形式，即通過相關工作人員手持錨桿鉆機操作，在進行錨桿鉆進時會出現(xiàn)鉆孔效率低下的現(xiàn)象，且工作人員工作負擔比較重，因此，鉆孔精度的高度取決于工人的工作經(jīng)驗，對巷道作業(yè)的開采進度起著至關重要的作用，在面對快速掘進作業(yè)要求和支護系統(tǒng)建立的需要，傳統(tǒng)的錨桿鉆機已不能滿足生產(chǎn)需求。因此，設計了組合式錨桿鉆機支護平臺，能夠滿足對頂部圍巖和側(cè)幫圍巖實現(xiàn)同步作業(yè)，一次實現(xiàn)多根錨桿打孔作業(yè)，不僅大大提高了巷道支護過程效率，且實現(xiàn)了頂幫和側(cè)幫圍巖的強化，該設計能夠而改善煤礦產(chǎn)量，實現(xiàn)快速掘進。

1 組合式錨桿鉆機支護平臺結(jié)構設計和參數(shù)化建模

在當前的煤礦巷道支護過程中，錨桿鉆機作為這一種主要的支護裝備，通常情況下，和掘進機相結(jié)合進行，在以后的發(fā)展中，越來越關注對掘進和支護實現(xiàn)同步作業(yè)。傳統(tǒng)巷道掘進出現(xiàn)的弊端是工作環(huán)境較差，長期面對潮濕、多塵、噪音大的環(huán)境，對工業(yè)人員的身心健康帶來危害。因此，在采用組合式錨桿鉆機進行作業(yè)時，應該滿足在長期復雜的環(huán)境下進行，適應周圍環(huán)境帶來的影響，且能夠確保滿足進行多點同步打孔的要求，從而大大提升了鉆孔效率以及支護速度，在進行組合式錨桿鉆機設計過程中，應該需要滿足以下要求[1-2]：

1）面對煤礦井下的復雜情況，組合式錨桿鉆機能夠很好地適應，確保鉆機擁有良好的剛度，在對頂板支護時具有較強的承載強度。

2）組合時錨桿的驅(qū)動方式為液壓驅(qū)動，和掘進機使用相同的液壓泵站，在出現(xiàn)大偏載作業(yè)情形下，井巷道頂部的鉆孔任務時，能擁有很好的穩(wěn)定性。

3）由動力源、運動機構等相關部分構成，實現(xiàn)了組合式錨桿鉆機的通過性。

4）通過分析巷道支護所需要的條件，進行頂部鉆孔作業(yè)，達到能夠同時進行多根錨桿作業(yè)的目的，從而實現(xiàn)了針對不同參數(shù)的錨桿機構進行適應[3]。

通過SolidWorks 對各個零部件進行繪制，然后將各個零部件進行組裝，如圖1 所示為組合式錨桿鉆機三維模型圖。

圖1 組合式錨桿鉆機三維模型圖

通過履帶的形式可以形成井下位置的變動，且能夠達到對頂部的鉆孔相關工作，在進行對液壓系統(tǒng)調(diào)整時，每個液壓油缸和履帶位移機構能夠通過操作控制器進行調(diào)整，其具有的優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度作業(yè)，適用于井下的環(huán)境。

2 組合式錨桿鉆機電氣液壓控制系統(tǒng)設計

具有高性能的液壓控制系統(tǒng)能夠?qū)M合式錨桿鉆機進行有效地調(diào)整，液壓控制系統(tǒng)是錨桿鉆機工作過程的關鍵。其中采用比例多路閥的原理是雙重控制進行，有兩種控制形式，一種是實現(xiàn)手動控制，另外一種是實現(xiàn)自動控制，通過采用多點控制能夠是避免在作業(yè)中出現(xiàn)故障無法及時進行修復。組合式錨桿鉆機采用比例多路閥。如圖2 所示為多路換向閥工作原理詳細圖。

圖2 負載敏感多路換向閥液壓系統(tǒng)原理圖

從圖2 中可以看出，該液壓系統(tǒng)主要是由負載敏感閥、控制閥、變量油缸等構成，該換向閥是屬于組合閥的類型，主要是由尾板部件、連接塊等組成，該多路換向閥的作用是能夠確保對液壓執(zhí)行元件的位移進行調(diào)節(jié)，并且也能夠?qū)β膸?zhí)行元件的位移方向進行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)對多個執(zhí)行部件在相同時間內(nèi)進行作業(yè)，從而有效地記錄不同的流量值，采用負載敏感多路換向閥能夠?qū)崿F(xiàn)對執(zhí)行機構的流量數(shù)值進記錄和分析，測得泵輸出的排量值。

對多路換向閥采用手動調(diào)整，并對每個閥口的閉合情況進行控制，當前，負載敏感換向閥裝有降壓閥，一邊的作用是能夠?qū)崿F(xiàn)對出口的彈簧力值進行控制，另一邊能夠?qū)崿F(xiàn)換向閥進口壓力值的控制，因此，彈簧對閥口的壓力差起到控制作用。面對閥口開度穩(wěn)定的情況下，保持流量不變，能夠調(diào)整執(zhí)行元件的流量，使其受到較小影響。

3 組合式錨桿鉆機電氣控制系統(tǒng)設計

鉆機液壓系統(tǒng)是一種WLZ-72 型液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由液晶顯示器、遙控接收器、負載敏感比例多路閥等構成。采用對遙控發(fā)射器的調(diào)整能夠達到對鉆機的頂錨、左幫和右?guī)湾^進行遠程控制。如圖3 所示為組合式錨桿鉆機進行遙控發(fā)射器遠距離遙控控制的具體流程圖。

對組合式錨桿鉆機控制的相關過程進行分析研究發(fā)現(xiàn)，該流程圖由復位過程、頂升過程等組成，這些過程的共同點是都由手柄來進行遠距離作業(yè)，電力控制系統(tǒng)包括顯示器、隔爆兼本質(zhì)安全型的控制柜、電源開關等構成，且此外還包括信號線的相關配件，運動的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)為移動裝備的相關設計提供參考，通過采用能夠?qū)崿F(xiàn)編程的控制設備進行相關任務，目前，普遍采用的是CODESYS 3.5 編程軟件，滿足 IEC61131-3 的相關規(guī)定，且能夠滿足 FBD、IL、ST、LD、CFC、SFC 六種語言[4]。采用 CAN 總線進行對傳感器信號的記錄和分析，實現(xiàn)在控制器的輸出部分進行連線操作，控制器的輸出功能具有的特點是能夠?qū)﹄妷洪y、電液比例閥進行直接調(diào)整操作，最終通過針對性的控制器對主運動進行調(diào)整。一般情況下，采用該控制系統(tǒng)具有的優(yōu)勢是實現(xiàn)高的控制精度，具有較高的可靠性和高的工作效率，實現(xiàn)在井下復雜環(huán)境中作業(yè)要求。

4 應用效果分析

根據(jù)相關研究表明：采用組合式錨桿鉆機能夠達到臨時進行頂板支護的目的，并且實現(xiàn)了并排打鉆的工作任務和在同時間內(nèi)進行多臺錨桿鉆機作業(yè)，控制系統(tǒng)能夠達到較高的精度，面對臨時支護所需要的強度要求能夠很好地適應，還能夠?qū)︺@進壓力和速度進行控制，從而實現(xiàn)了快速掘進，對以后煤礦巷道支護速度起到了重要的推動作用。

5 結(jié)語

過去采用的傳統(tǒng)錨桿鉆機只是適用于單獨打鉆功能，在進行打鉆作業(yè)時速度較慢，導致了支護的速度減小，因此針對該現(xiàn)象設計了組合式錨桿鉆機，通過采用SolidWorks 進行三維繪制，且制定了液壓控制系統(tǒng)方案，確保能夠在相同時間內(nèi)多臺鉆進作業(yè)，多臺錨桿鉆機能夠根據(jù)不同的壓力進行作業(yè)，能夠適應不同的環(huán)境，從而有效提升了工作效率，達到快速支護目的。