一種新型掘錨機錨桿機構的設計

金 峰 高富強

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027）

1 掘錨機錨桿部的概述

目前，煤礦采掘效率失調日益嚴重，嚴重影響了煤礦開采的進度及產能，影響綜掘效率的最關鍵因素是臨時支護、錨固的效率提不上來，并且需要大量的人力、物力。掘錨機是以掘進機為主體，結合煤礦巷道的地質條件特點（煤巷、半煤巖、硬巖），將錨桿機和支護裝置與掘進機相結合，在1臺設備上進行掘進、臨時支護與錨固作業(yè)，提高安全可靠性，減輕工人勞動強度，改善作業(yè)環(huán)境，提高效率，滿足煤礦的需求。

其中錨桿機構是掘錨機錨護部分重要的功能部件，與臨時支護共同組成掘錨機的錨護部分，實現(xiàn)井下的錨護作業(yè)，常規(guī)的錨護結構是臨時支護和錨桿部設計為一個集成部件，安裝在掘錨機的截割部上，掘進機截割部上安裝2部錨桿機，1個支護裝置，其中錨桿機安裝在可移動的翻轉支架兩側，通過翻轉支架的平移、擺動機構實現(xiàn)錨桿機的角度及位置調整，可實現(xiàn)在支護裝置下打頂錨桿、幫錨桿和錨索[1]。如圖1所示，錨護截割部上錨桿機的動作可以升降、平移、旋轉。常規(guī)的錨護截割部結構具有如下特點：1）錨護裝置與掘進機截割部集成，錨護裝置與掘進機截割部集成，錨護機構展開、收回方便快捷。2）具有支護雙伸縮功能滿足巷道幫錨桿高、低位置需要。3）液控系統(tǒng)高、低速雙重控制，該技術能使錨桿機快速移動至工作位置附近，慢速精確對孔，提高對孔效率（掘進時不能錨護、錨護時不能掘進）。

圖1 錨護截割部形式掘錨機

2 存在的問題

錨護截割部結構形式的掘錨機能夠滿足多數(shù)礦產開采的施工要求，但是近年來隨著掘錨機應用越來越廣，在井下錨護作業(yè)過程中逐漸出現(xiàn)質量問題[2]。如在掘錨機掘進截割工作過程中，由于截割部震動大，出現(xiàn)臨時支護裝置的縱橫梁及伸縮內外筒開裂和錨桿機的關鍵接口處斷裂等嚴重的質量問題。迫使掘錨機錨護功能無法使用，需要及時進行維護或更換，嚴重影響錨護效率，進而影響掘錨機的掘進效率，給施工方帶來巨大的經濟損失。

3 掘錨機錨桿部的新結構形式

為了解決錨護截割部結構形式掘錨機在震動過大時，出現(xiàn)的錨桿機關鍵接口斷裂問題，筆者公司設計了一種將錨桿部布置在本體兩側、行走部上的結構形式掘錨機，即將錨桿機重新布置，避免震動過大出現(xiàn)質量問題[3]。如圖2所示，新結構形式錨桿機是由錨桿機、上人平臺、擺動伸縮臂、第二級伸縮平臺、第一級伸縮平臺5個部分組成。第一級伸縮油缸為動力，使用耐磨滑動軸承做運動支承。第二級伸縮采用馬達驅動回轉減速機帶動齒輪，通過齒輪、齒條傳動帶小車運動，小車采用一組滾動輪。擺動伸縮臂采用阿特拉斯鉆臂結構，通過導向鍵限制方向，運動精度高，可實現(xiàn)伸縮臂前端錨桿機左右擺動和升降動作。錨桿機在前端通過減速機馬達實現(xiàn)左右旋轉，可實現(xiàn)井下頂錨桿、幫錨桿、角錨桿的錨固，施打錨桿時，有人工輔助作業(yè)的上人平臺。新結構形式錨桿機一側與掘錨機本體連接，另一端與掘錨機行走部連接，這種結構布置形式減少了震動過大造成的質量問題。

圖2 新掘錨機錨桿機構結構形式

如圖3所示，由于新結構錨桿機在掘錨機的布置形式，液壓油箱泵站、電控箱等后移，本體加長、行走加長、一運加長設計，操作臺設計安裝在本體上，臨時支護設計在截割部上，在兩側行走部上安裝錨桿機構。整機結構布置更加合理、穩(wěn)定[4]。

圖3 新錨桿機構結構形式掘錨機

3.1 雙級伸縮滑臺

雙級伸縮滑臺主要結構包括滾動小車、回轉減速機、齒輪、長齒條 、滑動軸承組 、油缸。第一級伸縮滑臺是液壓油缸為驅動，使用耐磨滑動軸承做運動支承，第二級伸縮滑臺是回轉減速機帶動齒輪和齒條嚙合傳動。帶動滾動小車前后運動，保證掘錨機掘進時錨桿機回縮到回轉臺的后方，防止與截割部的動作干涉（保證掘進時不能錨護、錨護時不能掘進），需要施作錨桿時，截割頭落地，錨桿機通過雙級伸縮滑臺進行前伸，到巷道前方進行錨桿作業(yè)，采用兩級伸縮平臺結構保證錨桿機的前后運動行程更大[5]。如圖4。

圖4 雙級伸縮滑臺結構形式

3.2 擺動伸縮臂

擺動伸縮臂主要結構包括內筒 、導向鍵、外筒。如圖 5所示。擺動伸縮臂采用阿特拉斯鉆臂結構，導向鍵限制方向，擺動伸縮臂的功能可帶動錨桿機前伸和回縮，使錨桿機前伸距離巷道迎頭更短，還可以通過2組油缸實現(xiàn)大臂的升降和左右擺動，保證錨桿機施作不用巷道位置的錨桿，對于巷道的適用性更高，適用更大尺寸的巷道。

圖5 擺動伸縮臂結構形式

3.3 上人平臺及錨桿機

該部分主要結構包括錨桿機、上人平臺、翻轉架 、回轉減速機。如圖6。

圖6 上人平臺及錨桿機

回轉減速器帶動整體部件實現(xiàn)前后翻轉動作，向后翻轉是保證錨桿機不工作時，翻轉架扣在擺動伸縮臂上，避免與掘錨機主機其他部件發(fā)生碰撞，前翻動作角度不宜過大，錨桿施作時操作工人需要站到上人平臺進行裝錨桿、上樹脂藥卷等工作，保證施工過程中的安全。錨桿機左右擺動及前后翻轉通過回轉減速機和伸縮油缸實現(xiàn)，保證不同巷道位置的頂、幫、角錨桿的施作。

使用該形式錨桿機構的掘錨機具有如下產品功能：1）安全可靠，施工人員在支護頂板下做簡單的輔助性工作；2）減人省力，降低勞動強度，實現(xiàn)了錨護作業(yè)的機械化；3）改善作業(yè)環(huán)境，解決了掘進機與錨桿機分體工作造成時間浪費；4）使用掘進機的液壓系統(tǒng)，鉆機扭矩大，推力大；5）通過高/低速液壓系統(tǒng)控制機載錨桿機，工作人員使用手動閥或遙控器施工頂錨桿、角錨桿、幫錨桿及錨索；6）掘進機截割頭落地，左、右錨桿機獨立控制可進行不同排的錨固作業(yè)；7）液壓互鎖：掘進機與錨護機構有液壓互鎖切換閥，確保錨護機構動作時掘進機不動，防止誤操作；8）電氣互鎖：錨護機構有壓力傳感器鎖死截割電機，防止誤操作；9）錨桿機與掘進機均可使用手動、遙控操作。

4 新結構形式掘錨機錨桿機構井下操作規(guī)程

4.1 操作第一步

找孔，左右錨桿機的動作控制相對獨立，分別由左右操作臺多路閥及高低速切換閥控制，可由2個人分別操作。首先將高低速切換閥切換到高速模式，通過控制滑臺的多路閥將滑臺伸出至指定位置，安裝上人平臺，插入固定銷。并將錨桿部翻轉，通過多路閥控制左右側鏈條油缸、左右側滑架油缸、左右側前后擺動油缸、左右側左右旋轉油缸快速找到孔的粗略位置，當錨桿接近孔時，將高低速切換閥切換成低速模式，再次通過多路閥控制左右側鏈條油缸、左右側滑架油缸、左右側前后擺動油缸、左右側左右旋轉油缸找到孔的精確位置，完成找孔工作。

4.2 操作第二步

鉆孔，左右錨桿機的動作控制相對獨立，分別由左右操作臺多路閥控制，可由2個人分別操作，通過錨桿機的多路閥控制鏈條油缸和滑架油缸帶動馬達的上下移動，并利用馬達的旋轉，即可完成鉆孔工作。

4.3 操作第三步

裝錨桿，利用錨桿將樹脂藥卷送入錨桿孔內，將帶有托盤、螺母的錨桿裝入轉接器中，啟動滑動架和鏈條驅動油缸，當樹脂藥卷前端達到孔底時，開始啟動馬達慢速旋轉，使錨桿刺破藥卷開始攪拌，錨桿頂入孔底后停止滑動架和鏈條驅動油缸，保持馬達慢速旋轉幾秒以便藥卷攪拌充分。停止馬達旋轉并根據(jù)樹脂藥卷的凝固特性靜止十幾秒以使藥卷充分凝固，然后重新開啟馬達慢速正轉，將螺母壓緊于錨桿托盤上直至馬達堵轉以達到初錨預緊力要求。

4.4 操作第四步

復位，將錨桿機、超前支護收回至初始位置，收回時注意管路，以防剮蹭、擠壓等造成的油管斷裂。

5 新結構形式掘錨機錨桿機構井下操作注意事項及日常維護

在進行錨護作業(yè)時，一定要將截割急停按下，同時將設備切換至錨護動作。保證錨桿機構工作時，掘錨機的截割停止。操作錨桿機構時應做到如下事項：1）不允許使用彎曲不直的錨桿，即單獨將錨桿插入錨桿孔應能轉動自如，無卡緊現(xiàn)象。2）切勿將油缸一次性頂?shù)轿唬缓箝_足馬達旋轉攪拌，因為這樣作業(yè)。有些錨固劑會順著錨桿的螺旋形狀擠出而影響錨固效果。3）錨桿機鉆孔前，必須確保頂板與煤幫的穩(wěn)定，保證作業(yè)安全。4）調整錨桿機位置時要注意不要使錨桿機與其他物體產生刮碰，尤其注意不要刮碰油管。5）錨桿機鉆孔時，不準帶著手套去試握鉆桿。6）錨桿機鉆孔時，不要一味加大油缸推力，以免降低鉆孔速度，造成卡鉆、斷釬、崩裂刀刃、頂彎鉆桿等故障。7）、鉆孔時，可先開啟水閥，然后進行鉆孔，若此時覺得水量較大，容易濺到人身上，在保證釬桿不堵的情況下，可先鉆1個孔位，再開啟水閥。8）錨桿機折疊及回落時，與錨桿機保持一定距離，注意人身安全。9）錨護部分動作時，注意錨桿機同時進行幫錨桿作業(yè)時，錨桿機尾部的干涉位置。10）進行錨桿作業(yè)時，注意各個位置管路，防止卡死導致的油管斷裂。11）在進行鉆孔作業(yè)時，馬達一定不能反轉，以防鉆頭留在鉆孔內。影響后續(xù)的作業(yè)。12）錨護機構頂護板向前無限位機構，錨護翻起時勻速翻起，以免前翻后傷人。13）錨護機構收回時，將錨桿機各個動作全部復位，勻速下落收回至雙級伸縮滑臺上。

掘錨機井下作業(yè)過程中，對于設備的日常維護十分必要，尤其是錨桿部的日常維護也是保證避免出現(xiàn)質量問題的重要事項，新結構形式錨桿機構使用過程中應做到以下日常維護；錨護部分連接處較多，需要定期對禁固螺栓進行緊固，每次檢修時都進行此項維護；錨護機構運動處有調整運動間隙的調整墊，發(fā)現(xiàn)間隙過大時，通過頂絲對間隙進行調整，若發(fā)現(xiàn)無間隙，或鐵與鐵發(fā)生摩擦，應及時更換耐磨塊[6]。錨桿機馬達出水口處設置有漏水孔，若發(fā)現(xiàn)錨桿作業(yè)時漏水孔出水量較大，代表密封失效，須及時更換密封圈；使用錨桿機前對錨桿機馬達、滑動架各個位置耐磨塊間隙進行調整，保證運動件可以穩(wěn)定運行；錨桿機鏈條機構定期檢查其松緊度，每班使用之前均檢查一遍[7]。錨桿機滑動座與滑動架要定期進行涂抹潤滑脂，由于長期使用，加上淋水，表面鍍鉻層容易脫落，并且黏上污垢、生銹，在錨桿機停止使用一天以上再次使用時，需要除污和涂潤滑脂。

6 結語

新型結構形式的錨桿機構在掘錨機上應用，安裝在兩側行走部上方，本體部兩側更穩(wěn)固。不僅減輕了掘錨機井下截割作業(yè)時的震動破壞，對于巷道頂部、幫部錨桿的施作范圍更大，適用條件更廣，減少錨護功能的故障[8]。提高了錨護效率，筆者認為該種結構形式對于不同工況的煤巷、半煤巖、硬巖巷道掘錨機形式均適用。煤礦井下巷道中,錨護的施工對巷道自身的安全性能產生了直接的影響,同時也將對煤礦井下的工作人員的人身安全造成威脅。良好的巷道錨護措施不僅能有效節(jié)約煤礦的成本,提高煤礦巷道的安全性能,同時也在一定程度上提高了煤礦的開采效率。錨桿支護的施工速度較快,具有較好的耐久性,適用性也較好,能解決煤礦巷道支護過程中存在的問題,因此該種錨桿機構的掘錨機在煤礦巷道的錨護作業(yè)當中會得到廣泛應用。