礦井巷道組合式錨桿鉆機支護平臺的設計

郝富明

（晉能控股煤業集團地煤精通興旺煤業有限公司， 山西 大同 037000）

引言

近幾年，快速掘進技術逐漸完善，巷道圍巖的支護能夠有效地實現煤礦穩定的產量，并且能夠在一定程度上減少相關人員工作時出現安全風險。傳統煤礦巷道支護作業通過單擊支護的形式，即通過相關工作人員手持錨桿鉆機操作，在進行錨桿鉆進時會出現鉆孔效率低下的現象，且工作人員工作負擔比較重，因此，鉆孔精度的高度取決于工人的工作經驗，對巷道作業的開采進度起著至關重要的作用，在面對快速掘進作業要求和支護系統建立的需要，傳統的錨桿鉆機已不能滿足生產需求。因此，設計了組合式錨桿鉆機支護平臺，能夠滿足對頂部圍巖和側幫圍巖實現同步作業，一次實現多根錨桿打孔作業，不僅大大提高了巷道支護過程效率，且實現了頂幫和側幫圍巖的強化，該設計能夠而改善煤礦產量，實現快速掘進。

1 組合式錨桿鉆機支護平臺結構設計和參數化建模

在當前的煤礦巷道支護過程中，錨桿鉆機作為這一種主要的支護裝備，通常情況下，和掘進機相結合進行，在以后的發展中，越來越關注對掘進和支護實現同步作業。傳統巷道掘進出現的弊端是工作環境較差，長期面對潮濕、多塵、噪音大的環境，對工業人員的身心健康帶來危害。因此，在采用組合式錨桿鉆機進行作業時，應該滿足在長期復雜的環境下進行，適應周圍環境帶來的影響，且能夠確保滿足進行多點同步打孔的要求，從而大大提升了鉆孔效率以及支護速度，在進行組合式錨桿鉆機設計過程中，應該需要滿足以下要求[1-2]：

1）面對煤礦井下的復雜情況，組合式錨桿鉆機能夠很好地適應，確保鉆機擁有良好的剛度，在對頂板支護時具有較強的承載強度。

2）組合時錨桿的驅動方式為液壓驅動，和掘進機使用相同的液壓泵站，在出現大偏載作業情形下，井巷道頂部的鉆孔任務時，能擁有很好的穩定性。

3）由動力源、運動機構等相關部分構成，實現了組合式錨桿鉆機的通過性。

4）通過分析巷道支護所需要的條件，進行頂部鉆孔作業，達到能夠同時進行多根錨桿作業的目的，從而實現了針對不同參數的錨桿機構進行適應[3]。

通過SolidWorks 對各個零部件進行繪制，然后將各個零部件進行組裝，如圖1 所示為組合式錨桿鉆機三維模型圖。

圖1 組合式錨桿鉆機三維模型圖

通過履帶的形式可以形成井下位置的變動，且能夠達到對頂部的鉆孔相關工作，在進行對液壓系統調整時，每個液壓油缸和履帶位移機構能夠通過操作控制器進行調整，其具有的優勢是能夠實現高精度作業，適用于井下的環境。

2 組合式錨桿鉆機電氣液壓控制系統設計

具有高性能的液壓控制系統能夠對組合式錨桿鉆機進行有效地調整，液壓控制系統是錨桿鉆機工作過程的關鍵。其中采用比例多路閥的原理是雙重控制進行，有兩種控制形式，一種是實現手動控制，另外一種是實現自動控制，通過采用多點控制能夠是避免在作業中出現故障無法及時進行修復。組合式錨桿鉆機采用比例多路閥。如圖2 所示為多路換向閥工作原理詳細圖。

圖2 負載敏感多路換向閥液壓系統原理圖

從圖2 中可以看出，該液壓系統主要是由負載敏感閥、控制閥、變量油缸等構成，該換向閥是屬于組合閥的類型，主要是由尾板部件、連接塊等組成，該多路換向閥的作用是能夠確保對液壓執行元件的位移進行調節，并且也能夠對履帶執行元件的位移方向進行調整，能夠實現對多個執行部件在相同時間內進行作業，從而有效地記錄不同的流量值，采用負載敏感多路換向閥能夠實現對執行機構的流量數值進記錄和分析，測得泵輸出的排量值。

對多路換向閥采用手動調整，并對每個閥口的閉合情況進行控制，當前，負載敏感換向閥裝有降壓閥，一邊的作用是能夠實現對出口的彈簧力值進行控制，另一邊能夠實現換向閥進口壓力值的控制，因此，彈簧對閥口的壓力差起到控制作用。面對閥口開度穩定的情況下，保持流量不變，能夠調整執行元件的流量，使其受到較小影響。

3 組合式錨桿鉆機電氣控制系統設計

鉆機液壓系統是一種WLZ-72 型液壓系統，該系統主要是由液晶顯示器、遙控接收器、負載敏感比例多路閥等構成。采用對遙控發射器的調整能夠達到對鉆機的頂錨、左幫和右幫錨進行遠程控制。如圖3 所示為組合式錨桿鉆機進行遙控發射器遠距離遙控控制的具體流程圖。

對組合式錨桿鉆機控制的相關過程進行分析研究發現，該流程圖由復位過程、頂升過程等組成，這些過程的共同點是都由手柄來進行遠距離作業，電力控制系統包括顯示器、隔爆兼本質安全型的控制柜、電源開關等構成，且此外還包括信號線的相關配件，運動的控制器能夠實現為移動裝備的相關設計提供參考，通過采用能夠實現編程的控制設備進行相關任務，目前，普遍采用的是CODESYS 3.5 編程軟件，滿足 IEC61131-3 的相關規定，且能夠滿足 FBD、IL、ST、LD、CFC、SFC 六種語言[4]。采用 CAN 總線進行對傳感器信號的記錄和分析，實現在控制器的輸出部分進行連線操作，控制器的輸出功能具有的特點是能夠對電壓閥、電液比例閥進行直接調整操作，最終通過針對性的控制器對主運動進行調整。一般情況下，采用該控制系統具有的優勢是實現高的控制精度，具有較高的可靠性和高的工作效率，實現在井下復雜環境中作業要求。

4 應用效果分析

根據相關研究表明：采用組合式錨桿鉆機能夠達到臨時進行頂板支護的目的，并且實現了并排打鉆的工作任務和在同時間內進行多臺錨桿鉆機作業，控制系統能夠達到較高的精度，面對臨時支護所需要的強度要求能夠很好地適應，還能夠對鉆進壓力和速度進行控制，從而實現了快速掘進，對以后煤礦巷道支護速度起到了重要的推動作用。

5 結語

過去采用的傳統錨桿鉆機只是適用于單獨打鉆功能，在進行打鉆作業時速度較慢，導致了支護的速度減小，因此針對該現象設計了組合式錨桿鉆機，通過采用SolidWorks 進行三維繪制，且制定了液壓控制系統方案，確保能夠在相同時間內多臺鉆進作業，多臺錨桿鉆機能夠根據不同的壓力進行作業，能夠適應不同的環境，從而有效提升了工作效率，達到快速支護目的。