兩臂液壓錨桿鉆車在神東礦區的成功開發與應用分析

姚會軍

(神華神東煤炭集團開拓準備中心機電辦,陜西榆林 719315)

兩臂液壓錨桿鉆車在神東礦區的成功開發與應用分析

姚會軍

(神華神東煤炭集團開拓準備中心機電辦,陜西榆林 719315)

錨桿支護是神東礦區高產高效礦井使用最為廣泛、安全、經濟、可靠的巷道支護方式,代表了巷道支護技術的發展方向;兩臂錨桿鉆車的開發和應用是根據綜掘機單巷施工時無法使用大型錨桿鉆車支護而專門量身開發的一款小型的機械化錨桿支護設備,主要用于煤礦綜掘機掘進的煤巷或巖巷的頂板、兩幫的錨桿、錨索支護,同時也可用于連采工作面幫錨桿的支護,彌補四臂錨桿鉆車無法進行幫錨桿支護的不足;兩臂錨桿鉆車的成功開發和應用為神東礦區的高產高效礦井的建設發揮了巨大的作用,成為目前綜掘隊巷道支護中最為理想的設備。

錨桿鉆車 支護設備 應用分析

神東煤炭集團經過20多年的不斷發展壯大，主要得益于神東各級管理層超前的管理理念和敢于大膽引進國際最先進的煤礦裝備并能夠進行積極的消化吸收，現已成為最具有國際競爭力的大型煤炭企業，錨桿鉆車的引進是推動神東煤炭公司快速發展的必不可少的設備，公司先后引進了費爾奇(FLETCHER-CHDDR-2)、朗艾道(LONGAIRDOX)的兩臂錨桿鉆車、澳大利亞約翰芬雷(JOHNFINLAY)的四臂錨桿鉆車(ARO-40-RELMB-WT)以及經過神東公司與太原煤科院通過對引進國外機型的消化吸收、取長補短和進行吸收后再創新的研發模式與2004年研制出來首臺CMM25-4四臂錨桿鉆車。以上機型主要配套與短臂連續采煤機，僅在神東公司圍巖條件好、巷道斷面大的短壁開采與多巷道掘進中，取得了良好的應用效果，具有支護效率高、除塵效果好、操作簡單、適應性強等優點，在井下生產中發揮了重要作用。在巷道圍巖條件較差或單巷掘進時，設備的換位將占用大量時間，掘進進尺將大大降低，無法發揮其優點。隨著神東煤炭集團各礦井的不斷開采，煤炭的開采條件向廣度、深度、難度不斷延伸。2009年神東公司首次引進了三一重裝的EBZ260和太原煤科總院的EBH-315和EBZ-220綜掘機主要用于在神東公司各礦井進行全巖巷和半煤巖巷以及條件較為惡劣的無法使用連采設備施工的工程，由于綜掘機施工的巷道條件多為單巷施工，無法配套使用引進的國外的兩臂錨桿鉆車和四壁錨桿鉆車，只能使用最為原始的單臂液壓鉆機進行支護，嚴重影響了巷道的施工進度和施工質量，開發一種能夠配套適應綜掘機進行快速支護的鉆車是解決綜掘機機快速安全施工的必然之選。

兩臂液壓錨桿鉆車是神東煤炭集團公司2010年根據當時公司的發展戰略實現“四化五型”大神東、大專業化的發展要求，全面提升掘進裝備水平，達到減人提效，實現安全快速專業化掘進的需要，神東煤炭集團公司于國內專業化錨桿鉆車廠家共同開發和研制的，適用于神東礦區的一套國內首創、國際領先的能徹底改變綜掘機單巷掘進時無機械化支護的專用支護設備，該鉆車與綜掘機配套使用，能夠實現對掘進巷道頂板、側幫錨桿及錨索支護的機械化作業，是目前國內使用綜掘機掘進巷道的一種最為理想的支護設備，大大提高了支護速度、支護質量、降低了工人的勞動強度，達到了降本增效的目的，經過近一年的試用和不斷完善，兩臂錨桿鉆車已經成為我中心綜掘隊不可或缺的裝備，全面替代了以前的單體液壓鉆機和手持式煤電鉆打眼支護，兩臂錨桿鉆車的開發和應用推動了我公司機械化裝備水平進一步的提升，達到了預期目標。

1 錨桿鉆車的主要參數、結構特點與工作原理

1.1 主要參數

(1)外形尺寸：長*寬*高=5600mm*1300mm*2020mm

(2)適應巷道斷面：23m2

(3)最高支護高度：4200mm

(4)裝機功率：45KW

(5)機重：約16T

1.2 結構特點及工作原理

(1)錨桿鉆車由行走機構、機體部、推進機構、前部支撐機構、鉆臂機構、液壓系統、電氣系統等七大部分組成。

(2)整機所有動作機構全部采用液壓系統控制，整機結構合理、布置緊湊，各部件質量可靠，井下維修與保養方便，操作簡單。

(3)鉆車設有兩套鉆孔的鉆臂及推進裝置均采用液壓系統控制，且兩鉆臂及推進機構可以獨立或同時工作。

(4)兩臺鉆孔推進機構可自由旋轉不同位置和角度，獨立進行頂幫錨桿錨索、迎頭炮眼及探測孔的施工作業。

(5)設有可升降的前部臨時支撐機構裝置，對預支護空頂區域能夠進行可靠的超前支護，有效的保證了支護人員安全，同時臨時支護裝置能夠將頂部預支護網片一起撐起，保證了頂部網片掛設質量，降低了勞動強度，提高了支護速度。

(6)設有可升降的支護工作平臺，可以使兩鉆臂整體隨平臺上下升降，以滿足不同巷道高度的施工要求。

(7)同時還設有可左右轉動和翻動的作業人員工作踏板，滿足不同巷道寬度的施工要求，并方便作業人員操作。

2 錨桿鉆車與綜掘機配套使用時的工藝工序說明

首先，綜掘機在工作面迎頭進行掘進作業時，錨桿鉆車停靠在綜掘機后方的側幫處(約15米以外的距離)。見圖1：

然后，在綜掘機完成一次掘進循環作業后，綜掘機后退(距離工作迎頭15米以外)并盡量貼幫停放。錨桿鉆車從綜掘機的一側行駛到預支護區域進行錨桿支護作業。見圖2：

最后，當錨桿鉆車完成所有錨桿、錨索支護作業后，鉆車收回各執行機構，退至綜掘機后方停靠，再次啟動綜掘機前行至工作面迎頭，進行下一循環掘進作業。

3 錨桿鉆車支護與傳統支護方式優缺點分析

3.1 施工安全系數得到大幅提升

(1)錨桿鉆車設置了可移動、伸縮式的超前臨時支護機構，支護人員始終站在有臨時防護措施的頂板下工作；消除了支護人員在空頂下的作業的情況，大大的提高了作業人員的安全性；

(2)臨時支護機構還具備托舉網片的功能，在神東礦區所有巷道支護時全部設有頂網，在未使用錨桿機時操作人員需站在空頂下用手臨時托起網片，由于錨桿鉆車的超前支護裝置，在撐起支護裝置前操作人員可以將網片放置在臨時支撐頂梁上方，網片隨頂梁一起頂到頂板上，避免了人工托舉網片帶來的安全隱患，有效降低了作業人員的勞動強度。

3.2 減人提效降低勞動強度方面效果明顯

(1)錨桿鉆車只需配備一名主司機、兩名支護作業人員就可以完成全部作業(包括：頂錨桿、幫錨桿、錨索、探頂底煤的深度、底板的地錨以及超前探放水等作業)；以往的作業方式是使用單體液壓鉆機支護頂板，煤電鉆支護兩幫，至少需要配備10名支護作業人員，配備2臺單體液壓鉆機及2臺煤電鉆同時進行作業，支護速度慢，用人多、工人的勞動強度大。

(2)錨桿鉆車上同時設置了可升降的工作平臺，可根據巷道的實際高度自由調整作業的位置，替代了以往使用腳手架搭建工作平臺或站在綜掘機上進行作業的方式。

(3)鉆車上還配置了兩套可靈活變位的鉆臂操作機構，僅需要通過操縱液壓手柄就能實現全方位、多角度的作業，徹底取代了以往作業中操作工人需多人抬扛單體液壓鉆機和頻繁移動液壓泵站的情況，大大減輕了工人的勞動強度。

3.3 鉆車功能全面操作靈活可靠

(1)錨桿鉆車將多種鉆孔作業及支護作業的集成在一起，簡化了工作面支護設備的配置數量，全面取代了單體液壓鉆機和手持式煤電鉆等作業方式。

(2)可以在同一平面的任意角度內進行鉆孔作業，特別能適應在復雜巷道條件下的支護作業，可實現距離底板最低位置幫錨桿支護高度200mm，且錨桿與幫垂直(傳統作業在800mm左右)，最頂部幫錨桿距頂板的距離可實現150mm(傳統作業在500mm左右)；使用傳統的施工方式支護完的最上部和最下部幫錨桿是傾斜的存在一定的角度不能保證垂直，整體支護質量較差，不能完全保證達到設計參數。

3.4 大幅提高了工作效率和支護質量

(1)采用錨桿鉆車進行支護作業時，完成單根錨桿支護作業的時間(以每根錨桿的長度為2.2M計算，包括：鉆孔、安裝樹脂、安裝錨桿、攪拌及鎖緊等環節)約2-3分鐘，使用單體液壓鉆機打一根錨桿的時間約為7-10分鐘，支護一根錨桿的時間能節約出約5-7分鐘時間；完成單根錨索作業的時間(以每根錨索的長度為8M計算)約為12-15分鐘，使用單體液壓鉆機打一根錨索的時間約為30-40分鐘，支護一根錨索的時間能節約出約18-25分鐘時間，支護效率得到了大幅提升，為生產創造了更多的時間，掘進進尺也得到了大幅提高，例如我中心綜掘三隊在施工半煤巖巷時在未使用錨桿鉆車前每月掘進進尺約為150米左右，配備錨桿鉆車后月進尺提高到300米左右，在施工全煤巷時掘進進尺由原來的月最高240米提升到550米左右，全巖巷由100米提升至200米左右，掘進效率和支護質量均得到了大幅提升，同時也增加了工人的收入。

(2)在使用單體液壓鉆機支護時由于是手持鉆機扭矩過大會對操作工的手臂造成傷害，扭矩過小無法滿足操作規程中對錨桿預緊力的要求，需人工進行二次緊固；使用錨桿鉆車后其鉆臂機構可提供250N.M的扭矩，徹底取消了人工二次緊固的環節，大大提高了工作效率及支護質量同時也避免了對操作工人的傷害。

3.5 作業環境得到了大幅改善

(1)錨桿鉆車進行支護作業時，可實現對支護作業中空頂的預支護，操作人員在有臨時支護的頂板下進行作業，保障了作業人員的人身安全。

(2)在使用單體液壓鉆機支護作業時(特別是在進行頂錨桿、錨索作業時)，操作人員直接站在鉆孔的正下方進行支護作業，煤泥水會直接流在操作人員身上，即使操作人員身披雨衣，用膠帶扎住袖口和領口，操作人員的工作服仍然會被淋濕濕透，對工人的身體損壞極大；自使用錨桿鉆車進行支護作業后完全避免了淋水對工人身體的傷害，操作人員始終站在有永久支護的頂板下，站立位在距鉆孔部位2米以外的位置進行操作，鉆孔水全部流在底板上，操作人員避免了長期淋水對身體的傷害，現場作業環境得到明顯改善。

3.6 目前存在的不足之處及防范措施

由于此錨桿鉆車配套綜掘機使用，受巷道條件和綜掘機的影響，必然造成此錨桿鉆車機身較窄，重心較高，結構緊湊操作人員工作空間較小等缺陷，根據存在的不足之處為了避免在鉆車行走、檢修或支護過程中造成人身傷害及設備損壞等事故需制定具有針對性的安全技術措施。

(1)人員上崗前必須經過培訓并能完全熟悉掌握所使用設備的性能、結構和本安全技術措施。

(2)掘進過程中必須嚴格控制工程質量，嚴禁出現巷道大坡度起伏、淤泥深坑、左右高差過大等工程質量問題，錨桿機行走區域內浮煤必須清理干凈防止導致的錨桿機左右傾斜發生側翻事故。

(3)當底板不平或浮煤未清理干凈有可能導致錨桿機前后起伏、左右傾斜時應立即停止并墊平后方可行走。

(4)在支護或行走過程中，錨桿機兩側嚴禁站人(包括緊固錨桿和清理浮煤等)，并在錨桿機后部懸掛“設備正在運行，周圍嚴禁站人”的醒目警示。

(5)錨桿機起動前司機要查看鉆車各機構的擺放位置是否安全、各種操作閥組是否在零位，油箱中油液的質量和液位高度是否正常等。

(6)錨桿機在運行時如發生故障或運行狀態異常時，應立即按下就近的緊急停車按鈕進行停車；進行檢查，維修、維護時應在停機狀態下進行，并將啟動器隔離手柄打到“停止”位置并閉鎖，防止有人誤啟動錨桿機造成事故。

(7)錨桿機液壓系統較為復雜且壓力較高，操作人員應熟悉液壓系統。使用時，回轉、推進、鉆臂、行走機構以及其它輔助機構的工作壓力不得超過液壓系統的規定值，并不得隨意調整出廠設定值。為防止意外傷人事故，拆裝任何液壓件(或油管)時，均應在油泵停機并對液壓元件卸壓后進行。

(8)錨桿機的整體布置較為緊湊，各機構動作較為靈活，操作不當易發生擠傷事故，為有效避免事故發生，并在左右擺動油缸和大臂升降油缸四根油缸活塞桿端部分別設置不小于80MM的限位墊。

(9)錨桿機在行走前，應將鉆臂機構、推進機構等機構全部收攏到產品規定的最小運行狀態，確認周圍無影響錨桿機運行的器械、物件或井下設施，不會傷害機外有關作業人員，并在開機前由司機發出“呼叫”信息并按下司機座位旁的聲光組合電鈴的按鈕，以防止意外事故發生。

(10)錨桿機在支護作業時，必須首先保證臨時支護裝置支護到位，并要隨時注意觀測頂板及圍巖狀況，防止頂板突然局部冒落或碎石下落、片幫等砸傷操作人員。

(11)支護機構和行走機構必須實現互鎖，并對閉鎖裝置上鎖(即支護時必須將駕駛室操作臺上的液壓互鎖閥按下，并將左右行走操作閥進行機械閉鎖，防止發生誤動作)

(12)在正常支護時如需前后移動設備時，必須首先降下臨時支

圖1 掘進工作面錨桿鉆車布置示意圖

圖2 掘進工作面錨桿鉆車作業示意圖

護裝置，將工作平臺降到最低位置，支護人員撤離錨桿機后方可移動。

(13)錨桿機在進行鉆孔作業時，要注意使推進力適當，嚴禁使鉆桿彎曲狀態下工作，防止鉆桿突然斷裂或更換鉆桿操作不當造成鉆桿從鉆孔中脫出而砸傷操作人員。本鉆機回轉轉矩較大，進行鉆進錨桿錨索孔時，不得手扶釬桿，要嚴防操作不當絞傷工作人員。

4 結語

通過近兩年的使用和不斷改進，兩臂錨桿鉆機的整體設計合理，各部件總體運行可靠，自動化程度高，大大減輕了工人勞動強度，改善了工人作業環境，完全可以替代現在大多數煤礦仍在使用的單臂錨桿鉆機，同時此鉆車也可在用于連采隊幫錨桿、錨索的支護以及炮掘隊炮眼的施工和支護等。兩臂錨桿鉆車的成功開發和應用為神東礦區的高產高效礦井的建設發揮了巨大的作用，成為目前綜掘隊巷道支護中最為理想的設備。只要我們能夠從實際出發，致力于提高煤礦的技術裝備水平，以降低工人的勞動強度，提高生產效率為出發點和落腳點，從現場中發現問題解決問題，開發出更多符合實際需求的實用性設備，全面提高裝備水平，是擺在我們煤礦管理人員和技術人員亟待研究和解決的課題。