分體履帶底板錨固鉆機的研制及應用

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，地應力的作用越來越明顯，導致巷道圍巖變形加大，底鼓現象尤為突出。錨固技術作為控制巷道圍巖變形的手段，在軟巖底鼓治理中發揮的作用越來越大[1-4]。現階段制約巷道底板錨固技術發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，無法滿足生產要求。因此，一款高效的底板錨固鉆機已是當務之急。ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機具有機身窄、移動靈活、穩固調角速度快、定位精準等優點，可降低工人勞動強度，提高底板錨固孔作業效率。

1　鉆機的總體設計

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）是鉆機的執行機構，由回轉器、二次給進機構、變幅機構、主操作臺、風冷卻器、除塵裝置、鉆車行走操縱臺、鉆車履帶車體、穩固裝置組成。

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。

鉆機液壓系統采用開式循環三泵系統，Ⅰ泵負責泵車的行走，并為風冷卻器馬達及除塵裝置馬達供油；Ⅱ泵負責鉆車的行走，回轉器回轉；Ⅲ泵負責回轉器的給進/起拔、姿態調整及鉆車穩固。回路中為了保護除塵及冷卻馬達，串聯了流量閥，控制馬達轉速。Ⅰ泵和Ⅱ泵的額定壓力設定為26 MPa，Ⅲ泵的額定壓力設定為24 MPa，這樣既能滿足回轉鉆進的需要，又能滿足履帶行走、姿態調整及機身穩固的需求。

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，主給進機構采用油缸鏈條形式，給進、起拔行程大，二次給進機構可使主給進機構牢牢固定在底板上，保證鉆進穩定、可靠；

（3）姿態調整機構調角范圍廣，高度調整便捷、迅速，能滿足巷道底板垂直及傾斜外扎錨固孔施工要求，并能實現一次停機施工1.5 m間距范圍內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，改善作業環境；

（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傷人事故；

（6）主操作臺可旋轉，使人員遠離孔口有利于人身安全；

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

2　鉆機的主要性能參數

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機主要性能參數如表1所示。

3　鉆機關鍵技術研究

3.1　回轉器設計

回轉器是鉆機的核心部件，如圖3所示，由液壓馬達、回轉器體、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矩和轉速。液壓馬達選用大轉矩徑向柱塞馬達，結構簡單，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　二次給進機構的設計

二次給進機構（如圖4）是鉆機的重要組成部分，主要由主給進機構、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，連接姿態調整機構。

主給進機構采用油缸鏈條給進形式（如圖5），從而實現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，油缸行程550 mm，實現回轉器移動距離1 100 mm。施工時，可采用中間加卸鉆桿的方式，安全、快捷。

3.3　姿態調整機構的設計

鉆機的姿態調整機構（如圖6）由回轉機構、上偏轉油缸、升降機構、下偏轉油缸、底座等組成。回轉機構可使二次給進機構0～360°旋轉，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、側幫錨固孔的施工，提高了鉆機的巷道適應性。升降機構采用平行四邊形結構，升降便捷、迅速，并保證回轉機構上平面與車體平面平行，即二次給進機構與車體上平面垂直，進行底板錨固垂直孔施工時無需反復調整機身。鉆機左右偏轉角度為±35°，上、下偏轉油缸相互配合，可實現一次停機施工1.5 m間距范圍內的2個鉆孔。

3.4　帶有雙層鉆桿扶正裝置手動夾持器的設計

鉆機常規用手動夾持器無扶正裝置，且通過動力頭反轉擰卸鉆桿時，極易發生由于操作失誤造成的墊叉傷人事故，施工危險程度高。為此，專門設計出1種帶雙層鉆桿扶正裝置的手動夾持器，如圖7所示，主要包括圓形導軌、升降機構、扶正裝置和連接座。夾持器有上下2層扶正環，1層固定，1層可上下移動，工藝適應性強；并且2個圓形導軌將墊叉夾持鉆桿的區域分為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傷人事故。

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據如表2所示，從中可以看出鉆機的轉速、轉矩及最大給進/起拔力均達到了設計要求。

此外，還對鉆機的空載性能、過載性能、溫升、噪聲等進行測試，測試結果均滿足設計及行業標準要求。

4.2　工業性試驗

ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機在新元煤礦3#煤南區集中膠帶大巷進行了現場工業性試驗。現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）成孔數量平均保持在10～12個。通過現場試驗進一步檢驗了鉆機的結構及液壓系統的可靠性，達到了預期的研究目標。

5　結語

（1）ZDY750L型分體履帶底板錨固鉆機結構設計合理，滿足煤礦底板錨固施工要求。

（2）鉆機具有機身窄、移動靈活、穩固調角速度快、定位精準等優點，大幅提高底板錨固孔作業效率。

（3）回轉器、二次給進機構、姿態調整機構及夾持器的獨特設計，提高了鉆機的巷道適應性。

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