掘錨機支護裝置設計與工藝研究

文/李 富 陳智強 郭 潔

煤礦巷道掘錨一體機在巷道掘錨作業中，受煤質松軟、頂板破碎等因素影響，空頂區出現掉頂片幫問題，使掘錨作業不能正常進行。對此，華能扎賚諾爾煤業有限責任公司綜合勘測地質條件與作業工況，評測原機工藝性能和機構配置，按照“掘錨工位轉換，跟進交替支護”的工藝流程，增設了頂板支護裝置，完善了支護功能，實現了對巷道空頂區的掉頂片幫問題的有效控制。

一、掘錨機使用概況

華能扎賚諾爾煤業有限責任公司下屬煤礦在巷道掘進工作中，使用山特維克MB670型掘錨機，采用橫軸滾筒全斷面一次截割成型，形成矩形斷面巷道的掘進工藝，且一個掘進步距分兩次截割完成，向前移機后，將掘出的巷道交由機載錨固機實施鋪網錨固工作，掘錨循環交替完成巷道掘進工作。由于煤質偏軟、煤層節理發育，致使巷道頂板破碎、初撐力較弱，在頂板壓力傳導下，巷道前端空頂區出現掉頂片幫問題。

二、支護技術原理

針對上述問題，按照“掘錨工位轉換，超前交替支護”工藝原理，融合掘錨與支護工藝，設計掘錨機支護裝置方案。

1.支護裝置構件

支護裝置側視示意圖、仰視示意圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 支護裝置側視示意圖

圖2 支護裝置仰視示意圖

2.支護技術原理

（1）掘進支護。構件采用箱體套裝式二級伸縮結構，由主箱體、一級箱體、一級液壓缸、二級箱體、二級液壓缸構成。由主箱體支護機器占位形成固有空頂，按照截割滾筒一個截割步距分兩次向前掘進完成，一級方箱和二級方箱在一、二級液壓缸驅動下，同步分兩次伸出護住頂板；當向前移機至下一個工位時，一級方箱和二級方箱同步分兩次收縮回位。移機完成后，主箱體支護新頂板，原頂板交由錨固支護柵板承接，實施鋪網錨固，形成對空頂區頂板的全覆蓋支護，循環向前掘進。

（2）錨固支護。構件由支護柵板和液壓缸構成，鉸接在主箱體后端，并在支護柵板上，對應下方機載錨固機開設方孔。移機完成后，所形成的空頂區即為錨固區，液壓缸驅動柵板下擺鋪上網片，千斤頂回升使柵板與錨固區的頂板抵接，啟動錨固機穿過柵板上對應方孔，將錨固件通過網片錨定于頂板煤巖中，完成鋪網錨固工作，循環下一次交替支護工作。

（3）支護固定。構件由固定座、止退板構成。固定座通過多個高強度螺栓固定在掘錨機前部上方過橋上，并用止退板抵接防止移位。主箱體后端多點鉸接在固定座上，保持頂板支護構件的運行穩定。

（4）支護支撐。構件由支撐液壓缸、支撐千斤頂和托板構成。其中，兩個支撐千斤頂上端與過橋鉸接，下端與托板鉸接為原機配置；為穩固支撐主箱體，將兩個支撐千斤頂上端保持原位，下端后移鉸接到主機梁上；增設的兩個支撐液壓缸上端鉸接在主方箱的下板面前端的兩個直角處，下端鉸接在原機托板上，形成四點呈梯形支撐，液壓缸與千斤頂分組控制，保證主方箱升高與頂板抵接或降低離開頂板的平穩運行。

（5）操控系統。評測本機電液動力系統，能夠滿足支護使用要求，按照各部功能配置電液操控系統。

三、支護工藝實施

1.掘進支護工藝

如圖1、圖2所示，掘進支護部件包括固定座、主箱體、一級液壓缸、二級液壓缸和錨固支護部件。主箱體后端鉸接在固定座，主箱體內含滑動連接一級箱體，一級箱體內含滑動連接二級箱體，一級液壓缸固定端鉸接在主箱體內、輸出端鉸接在一級箱體內，二級液壓缸固定端鉸接在一級箱體內、輸出端鉸接在二級箱體內。

其中，主箱體為鋼板焊接箱體，兩側分別設有若干導行輪，為一級箱體伸縮導行，避免運行卡阻。一級箱體為鋼板焊接箱體，上下板面對稱焊有若干減少摩擦的導行條板，插接在主箱體內。兩個一級液壓缸左右對稱分布在一級箱體內。四個鋼板焊接的二級箱體等分間隔插接在一級箱體上，四個二級液壓缸后端分別鉸接安裝在一級箱體上、前端分別鉸接安裝在四個二級箱體上，中間兩個二級液壓缸為一組，左右兩個二級液壓缸為一組，分組順序操控。

如圖1所示，掘錨機的截割滾筒位于主箱體前端下方，其一次掘進步距分為兩次截割完成，一級箱體和二級箱體通過兩次同步伸展跟進支護，實現對掘進空頂區支護的全面覆蓋；二級箱體前端對稱固連三個插牙，插牙為直角三棱錐且直角平面朝上，插牙尖角端朝向二級箱體伸出方向，插牙配合二級液壓缸伸展嵌入迎前煤壁中，使一級箱體和二級箱體的支護由懸臂支撐轉化為橋式支撐，增強了整體支護的穩定性。完成一次掘進步距移機時，通過小幅度降低支撐液壓缸和支撐千斤頂的支撐高度，卸去支護壓力，提升托板，進行移機，一級液壓缸、二級液壓缸同步配合回縮，至移機完成；開始下一次截割循環。

2.錨固支護工藝

如圖1、圖2所示，錨固支護部件包括抬升千斤頂和柵板，柵板為鋼板加立筋結構，在柵板板面上開設有與錨固機位分布對應的若干個方孔，容納錨固頭通過，兼顧對網片鋪設位調整；柵板尾端固連有若干個擋塊，避免置放在柵板上的網片滑落扎傷作業人員；柵板前端與主箱體后端上部相鉸接，四個抬升千斤頂固定端與主箱體后端下部鉸接，輸出端與柵板底面中部鉸接。錨固作業時，抬升千斤頂伸出，使柵板帶著置放的網片與頂板抵接，錨固機通過方孔將錨桿錨定于頂板煤巖中，并為錨固作業人員提供安全防護；移機時，通過抬升千斤頂的收縮，使柵板擺離頂板，避免移機過程中柵板與頂板產生干涉。

3.支護固定工藝

如圖1、圖2所示，主機梁過橋兩側對稱放置有四臺錨固機，過橋為板狀鋼件，具有優良的承載能力，固定座底部固連有底板，用高強度螺栓緊固在主機梁過橋上，并在底板的后端設有定位止退擋塊，增強固定座受力止退能力及主箱體鉸接在固定座上的穩固效果。

4.支護支撐工藝

如圖1所示，兩個支撐千斤頂上端鉸接主機梁過橋前端，下端鉸接在掘錨機機架上，兩個支撐液壓缸上端鉸接在主箱體底面前端兩直角處，下端鉸接在掘錨機底托板上，托板抵接巷道底板，釋放支護壓力；移機時，提升托板同步前移；兩個支撐千斤頂為一組，兩個支撐液壓缸為一組，分控操作與調整，使整個支護箱體的上表面始終抵接空頂區頂板，保證整個支護組件能夠對巷道頂板穩固支撐。

四、實施功效

通過隨掘進步距分兩次截割完成的工步，分兩次同步伸展跟進支護，實現對掘進空頂區頂板支護的全面覆蓋，有效控制了掘進空頂區的掉頂片幫問題；設置柵板，實現對掘錨機向前移機后，所形成的空頂區頂板接替支護，并在柵板上預先鋪設支護網片，配合錨固機將網片和錨固件錨定在頂板煤巖中，避免了空頂區掉頂片幫風險;通過將主方箱鉸接在主機梁過橋前端的固定座上，并設有止退擋板，保證整體支護組件的運行穩定；兩個支撐千斤頂和主箱體下面鉸接的兩個支撐液壓缸，呈梯形分布，增強了支護的穩定性和可靠性。