掘進機機載錨桿鉆機及配套支護技術探討

彭景躍PENG Jing-yue

（潞安環能股份公司，長治 046204）

（Lu'an Environmental Energy Development Co.，Ltd.，Changzhi 046204，China）

0 引言

錨桿支護是目前煤礦井下巷道支護主要支護形式，在綜掘工作面通常有三種配套方式，掘進機掘進完畢后，配套單體風動錨桿鉆機進行支護；連續采煤機配套錨桿鉆車，連采機采煤后退出工作面，具有自行走功能的錨桿鉆車行駛到工作面進行錨桿打設，交替作業；掘錨機組自身配備有錨桿鉆機，邊掘邊錨，掘錨平行作業。在我國煤礦井下巷道掘進以第一種型式為主，其掘進速度較其它兩種慢，主要制約因素在于掘錨不能平行作業，掘進作業循環時間長。

錨桿支護施工設備主要是單體錨桿鉆機。這種鉆機由人工操作，機械化程度低、效率低、勞動強度大，而且鉆機的技術指標不能滿足目前大面積推廣應用的高預應力、強力錨桿與錨索支護的要求。錨桿支護參數的設計沒有考慮掘進設備的性能，而且錨桿支護密度過大，導致單位面積上施工的錨桿數多，嚴重影響支護速度。因此對掘進機機載錨桿鉆機及配套支護技術展開深入的研究。

1 研究方法

依據現有設備工藝并與自主創新相結合的方式，對掘進機機載錨桿鉆機的設計以及支護技術、錨桿快速安裝、支護材料進行研究。采用仿真分析與試驗研究相結合的原則，通過分析現有設備的結構、原理，并依據我國煤礦巷道實際情況及巖石硬度，完成掘進機機載錨桿鉆機以及支護形式的研究。并對關鍵元部件進行中間檢驗和實驗，確保元部件的可靠性。在實驗過程中，選取不同的測量儀器和傳感器來驗證整機的參數匹配情況以及錨桿錨索的強度，然后進行地面組裝調試，模仿井下巷道工況進行試驗，檢驗設備的功能性及適用性。地面試驗成功后，進行井下工業性試驗。

2 掘進機機載錨桿鉆機的研究

2.1 結構組成

掘進機機載錨桿鉆機采用滑軌式錨桿鉆機，在機身上布置一套推進機構，按照煤礦井下工作面錨護工藝要求來完成工作機構的展開和對錨孔操作。滑軌式錨桿鉆機布置在原機型中部，在工作時該機構推展至錨護位置，完成鉆、錨支護工作，實現了掘進和錨護的一機兩用。

系統具體結構如圖1 所示，該裝置由鉆機、鉆臂、基座、滑軌、液壓系統和電氣系統等幾個部分組成，采用全液壓傳動?；啦捎脡喊蹇蚣苁浇Y構，槽形內置上板兩側平面為推進機構的滑動軌道，在滑道上安裝基座,在基座底部采用油缸鏈條的倍增機構，可使機座在滑軌上前后移動。在機座上配置操縱臺和鉆臂等。鉆臂由伸縮梁、旋轉機構和推展機構組成，伸縮梁把鉆機送入空頂區，旋轉機構和推展機構配合動作實現預定位置的錨桿支護。

2.2 直聯濕式鉆箱可靠性

鉆箱是鉆機的主要組成部分，如圖2 所示，直聯濕式鉆箱主要由鉆箱箱體、傳動軸、鎖緊盤、鉆套、油封壓蓋、配液板、接頭等組成。對直聯鉆箱的的聯結方式以及內部結構進行了研究，鉆孔時采用濕式除塵的方式，鉆箱底部有兩個油口，一個進水孔，增加了冷卻和除塵效果，從而保證鉆箱在工作過程中良好的工作環境。鉆箱的傳動軸直接與馬達聯結，減小了整個鉆箱的體積，而且傳動路線簡單，可靠性高，易于維護。結合實驗室試驗的結果，通過各種結構及聯結方式的改變，確定了最佳的匹配形式，提高了鉆箱的可靠性。

圖2 直聯濕式鉆箱圖

圖3 臨時支護圖

圖4 上下支撐示意圖

2.3 錨桿鉆進頂板臨時支護技術

鉆機頂板臨時支護如圖3 所示，主要由頂尖、頂板和伸縮油缸組成，通過伸縮油缸的動作，使臨時頂尖接觸到巷道頂板，并根據不同巷道頂板條件給予不同的支撐力，從而保證鉆孔的穩定性和準確性，加強整個鉆架的剛度，進一步保證工人作業的安全性。而且還增加了下支撐穩定機構如圖4 所示，在進行錨護作業時，下支撐穩定機構的油缸深處，使支撐點著地，同時臨時支護頂緊頂板，實現上下撐緊，減少了鉆臂系統的振動，加強了錨桿鉆機鉆孔時的穩定性，使整個鉆臂結構實現了頂板和底板的同時支撐，鉆臂的受力情況從懸臂梁轉化成簡支梁，并減小了鉆臂的變形。

圖5 中縱坐標的含義為鉆臂的變形情況，實線和虛線分別代表增加上下支撐與不增加上下支撐的的結構，從圖中可以看出，增加臨時支護后，鉆臂在作業時的位移變小，整個鉆臂系統的剛度得以提高。

3 錨桿支護設計

錨桿支護的的形式與參數與圍巖條件及相鄰巖層組合關系和力學結構效應有關，首先根據巷道圍巖條件，研究與掘進機機載錨桿鉆機配套的錨桿支護形式與參數匹配、材料與工藝，合理布置錨桿的排列方式以及錨護角度。然后對高強度、高剛度、高可靠性錨桿開發，在保證安全支護效果的條件下，通過降低支護密度提高掘進速度。并且開展超快速固化樹脂錨固劑的配方與材料開發，快速安裝錨桿與錨索結構與材料開發，優化施工工藝。在原有支護工藝的基礎上，減少錨桿數量，提高錨護效率和質量。

在支護形式的研究中，首先對圍巖的地質力學特性進行評估，對圍巖穩定性分類，對不同的圍巖狀態用不同的理論計算和數值模擬的方法確定錨桿支護的初始設計參數，然后進行工業性試驗，對頂板巖層的結構進行實時探測，根據探測的結果及時發現隱患，對已支護的頂板進行加強，采取一定的控制措施，并修改未進行錨桿支護區域的設計，同時根據探測的結果對原有的參數進行修改，完善錨桿支護形式。

4 結語

掘進機機載錨桿鉆機及配套支護技術將以簡單實用、安全高效為特點，在縮短支護作業時間，提高設備利用率，提高掘進機進尺，不但提高掘進機機載錨桿鉆機身的性能，而且提出了高預應力、強力錨桿支護的思路，兼顧掘進機和后配套設備的工藝匹配，合理布置錨桿的排列方式以及錨護角度，減少了錨桿數量，可提高錨桿單位面積的承載能力，提高了錨護強度及支護速度。

[1]康紅普，王金華.煤巷錨桿支護理論與成套技術[M].北京：煤炭工業出版社，2007.

[2]王金華.我國煤巷錨桿支護技術的新發展[J].煤炭學報，2007，32(2).

[3]朱慶山.煤巷錨桿支護技術研究現狀[J].價值工程,2010(04).