國(guó)產(chǎn)掘錨護(hù)一體機(jī)在鮑店煤礦的研究與應(yīng)用

張 震 朱 敬 孔 岳

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513；2.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東省兗州市，272101）

國(guó)產(chǎn)掘錨護(hù)一體機(jī)在鮑店煤礦的研究與應(yīng)用

張 震1朱 敬1孔 岳2

（1.兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦，山東省鄒城市，273513；2.兗州煤業(yè)股份有限公司興隆莊煤礦，山東省兗州市，272101）

鮑店煤礦在現(xiàn)用掘進(jìn)機(jī)的基礎(chǔ)上，針對(duì)液壓錨桿機(jī)使用、液壓系統(tǒng)改造及臨時(shí)支護(hù)的裝置同步使用，成功研制了EBZ－MH160／2×300H掘錨護(hù)一體機(jī)。介紹了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、創(chuàng)新點(diǎn)和工業(yè)性試驗(yàn)情況。

掘錨護(hù)一體機(jī) 錨護(hù)機(jī) 支護(hù) 試驗(yàn)

1 概述

兗礦集團(tuán)鮑店煤礦目前采用的綜掘錨網(wǎng)支護(hù)配套的大都是掘進(jìn)機(jī)和單體錨桿鉆機(jī)，該種配套方式具有配套簡(jiǎn)單、機(jī)動(dòng)靈活的特點(diǎn)，但也存在動(dòng)力源不單一的問(wèn)題，需要專(zhuān)門(mén)鋪設(shè)風(fēng)管；掘進(jìn)工作面距風(fēng)源較遠(yuǎn)時(shí)，存在風(fēng)力壓降大、鉆機(jī)效率降低、機(jī)械化程度低、單體鉆頻繁移設(shè)、工序復(fù)雜、職工勞動(dòng)強(qiáng)度大、用人多和在空頂區(qū)工人手扶鉆作業(yè)安全性差等問(wèn)題。

因此，為了解決上述存在的問(wèn)題，研制和使用自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)能力強(qiáng)、安全性能好并能適用于各種地質(zhì)條件并配有錨桿鉆機(jī)的綜掘機(jī)十分必要，這也是現(xiàn)階段加快煤巷錨網(wǎng)施工速度、減輕工人體力消耗的一種有效途徑。

2 掘錨護(hù)一體機(jī)研究的主要內(nèi)容

鮑店煤礦針對(duì)目前煤巷掘進(jìn)生產(chǎn)中人工支護(hù)錨固存在的危險(xiǎn)性大、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大和作業(yè)環(huán)境差等問(wèn)題，在現(xiàn)有的懸臂掘進(jìn)機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行了掘錨護(hù)一體化、主臂伸縮同步控制、掘與錨護(hù)閉鎖和臨時(shí)支護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研究，研制了煤巷掘錨機(jī)組——掘錨護(hù)一體機(jī)，見(jiàn)圖1。

2.1 掘錨機(jī)組的適應(yīng)性研究

掘錨機(jī)組作為一種新型綜掘裝備，對(duì)錨桿支護(hù)參數(shù)設(shè)計(jì)、支護(hù)材料、施工工藝、安全技術(shù)措施、實(shí)測(cè)與監(jiān)測(cè)技術(shù)等必然會(huì)帶來(lái)一些新的特點(diǎn)和要求。雖然國(guó)內(nèi)錨桿支護(hù)技術(shù)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但基本都未離開(kāi)掘進(jìn)機(jī)配套單體錨桿機(jī)的模式。單體錨桿鉆機(jī)靈活性較強(qiáng)，便于鉆機(jī)的對(duì)眼，而機(jī)載錨桿鉆機(jī)靈活性相對(duì)較差。所研制開(kāi)發(fā)的掘錨機(jī)組應(yīng)適合不同礦井的煤層地質(zhì)條件和不同巷道類(lèi)型，適應(yīng)現(xiàn)有的巷道掘進(jìn)施工工藝及施工質(zhì)量，滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)要求。

圖1 煤巷掘錨護(hù)一體機(jī)

2.1.1 掘錨機(jī)組液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)優(yōu)化

錨桿鉆機(jī)和臨時(shí)支護(hù)裝置的設(shè)計(jì)安裝將會(huì)加大掘進(jìn)機(jī)自身液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的復(fù)雜程度，如何在同時(shí)保證掘進(jìn)和施工錨桿效率不受影響的前提下，盡可能簡(jiǎn)化和規(guī)范管路、線(xiàn)路布設(shè)，提高整機(jī)可靠性也是本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容。

2.1.2 液壓系統(tǒng)

一體化設(shè)計(jì)要求掘錨護(hù)共用液壓系統(tǒng)，因掘和錨護(hù)屬串行作業(yè)，因此可通過(guò)增加錨桿切換閥來(lái)合理利用油泵和液壓油。掘錨護(hù)一體機(jī)的液壓系統(tǒng)依附于掘進(jìn)機(jī)的液壓系統(tǒng)，在原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了一套控制系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

2.1.3 遙控器

該設(shè)備共有3個(gè)遙控器，兩個(gè)FYF25的遙控器分左右兩側(cè)分別控制錨桿機(jī)的兩側(cè)，一個(gè)FYF35的遙控器控制掘進(jìn)機(jī)本體的動(dòng)作。遙控器和操作臺(tái)的部分鍵互鎖，錨桿的遙控（FYF25）不能和掘進(jìn)機(jī)遙控器（FYF35）同時(shí)使用，必須將掘進(jìn)機(jī)遙控器（FYF35）電源關(guān)閉，再啟動(dòng)操作箱上的錨桿控制按鈕。掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)，錨桿機(jī)不能操作；錨桿機(jī)工作時(shí)，掘進(jìn)機(jī)本體操作臺(tái)不能操作，兩個(gè)操作系統(tǒng)互鎖。當(dāng)錨桿機(jī)馬達(dá)啟動(dòng)后，其它按鈕都處于閉鎖狀態(tài)不能操作。

2.1.4 工作切換開(kāi)關(guān)

工作切換開(kāi)關(guān)，一個(gè)是在掘進(jìn)機(jī)操作臺(tái)面板上的錨桿開(kāi)關(guān)，另一個(gè)是在本體蓋板伸縮操作手柄旁的獨(dú)立手動(dòng)轉(zhuǎn)換操作手柄。當(dāng)手柄置于中間位置時(shí)，掘進(jìn)機(jī)工作；當(dāng)手柄撥到內(nèi)側(cè)位置時(shí)，錨護(hù)機(jī)工作，掘進(jìn)機(jī)操作和錨桿機(jī)操作具有互鎖功能。

2.2 錨桿鉆機(jī)及臨時(shí)支護(hù)裝置的通用性設(shè)計(jì)

該掘錨護(hù)機(jī)組研制完成后，應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查，對(duì)機(jī)載錨桿鉆機(jī)和臨時(shí)支護(hù)裝置的可移植性進(jìn)行系統(tǒng)分析，并提出將其移植到EBZ200H及EBZ132等常用型號(hào)掘進(jìn)機(jī)上的技術(shù)方案，以利于該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用。

為此，錨桿鉆機(jī)和臨時(shí)支護(hù)作為掘錨機(jī)組中兩個(gè)具有獨(dú)立功能的基本功能部件，在設(shè)計(jì)初期應(yīng)考慮模塊化設(shè)計(jì)，以便于未來(lái)掘錨機(jī)組的系列化。

2.3 掘進(jìn)機(jī)與錨護(hù)機(jī)之間的操作閉鎖安全技術(shù)

掘錨機(jī)組的安全性能是研制開(kāi)發(fā)的第一要求，在設(shè)計(jì)時(shí)必須確保操作者以及附近人員的安全。在掘進(jìn)工作面有人作業(yè)或錨桿鉆機(jī)動(dòng)作條件下，必須實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)截割等功能的閉鎖。同時(shí)，掘進(jìn)機(jī)截割頭應(yīng)具備位置檢測(cè)和限位閉鎖功能。

圖2 錨桿機(jī)工作示意圖

掘進(jìn)機(jī)截割功能與錨護(hù)機(jī)的錨護(hù)功能之間屬串行作業(yè)，在掘進(jìn)截割作業(yè)時(shí)，錨護(hù)功能應(yīng)自動(dòng)閉鎖，而當(dāng)切換至錨護(hù)功能時(shí)，截割功能也應(yīng)自動(dòng)閉鎖，為提高安全性，應(yīng)從液壓和電氣兩方面進(jìn)行閉鎖保護(hù)，實(shí)現(xiàn)多重保護(hù)。錨桿機(jī)工作如圖2所示。

3 掘錨護(hù)一體機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1 支護(hù)參數(shù)及支護(hù)材料

巷道為矩形斷面，寬、高分別為4600mm和3300mm；錨桿間排距為850mm×1000mm。巷道支護(hù)方案見(jiàn)圖3。

3.2 支護(hù)材料

頂板錨桿采用6根屈服強(qiáng)度大于600MPa的高強(qiáng)度錨桿，桿體公稱(chēng)直徑22mm，錨桿長(zhǎng)度2400mm；幫錨桿采用屈服強(qiáng)度大于500MPa的等強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，桿體公稱(chēng)直徑20mm，錨桿長(zhǎng)度1600mm。

頂板網(wǎng)采用加筋點(diǎn)焊網(wǎng)。靠?jī)?nèi)側(cè)采用鋼筋梯，另一側(cè)采用點(diǎn)焊網(wǎng)。頂網(wǎng)規(guī)格為4300mm×1000 mm，幫網(wǎng)規(guī)格為2600mm×1000mm，鋼筋梯規(guī)格為3000mm×50mm。

圖3 巷道支護(hù)方案

3.3 施工工藝流程

切割→掘錨護(hù)一體機(jī)臨時(shí)支護(hù)前移→鋪?lái)斁W(wǎng)→施工頂、幫錨桿→掘錨護(hù)一體機(jī)臨時(shí)支護(hù)縮回→切割。

3.4 勞動(dòng)組織

四六制作業(yè)，三班生產(chǎn)，一班檢修。

3.5 工業(yè)性試驗(yàn)情況

2010年1～3月在鮑店礦六采區(qū)6301綜放工作面運(yùn)輸順槽進(jìn)行了掘錨機(jī)組的安裝、調(diào)試和使用。本次應(yīng)用實(shí)行四六制，每天3個(gè)生產(chǎn)班1個(gè)檢修班。每天對(duì)掘錨機(jī)組的施工數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，完成1100m運(yùn)輸順槽的掘進(jìn)工作，月單進(jìn)超過(guò)600m。通過(guò)2年來(lái)對(duì)施工數(shù)據(jù)的分析得出，使用掘錨機(jī)組進(jìn)行巷道掘進(jìn)效果十分明顯。

4 掘錨護(hù)一體機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 掘錨護(hù)一體機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)

掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)：最大掘進(jìn)高度為4.8m，最大掘進(jìn)寬度為5.5m，爬坡能力為±18°，截割電機(jī)功率為160kW，油泵電機(jī)功率為90kW，水系統(tǒng)流量為90L／min，供電電壓為1140V，總長(zhǎng)度為10100mm，總寬度為3000mm，高度為1600mm，總重量為48t（含二運(yùn)）。

4.2 機(jī)載錨桿鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)

錨高范圍為2.8～4.0m，巷道寬度為3.5～5.0m，錨桿機(jī)數(shù)量2個(gè)，錨桿機(jī)扭矩為300N·m，一次最大鉆孔深度為2200mm，錨桿機(jī)推力為32kN。

4.3 掘錨護(hù)一體機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該掘錨護(hù)一體機(jī)是在懸臂式掘進(jìn)機(jī)的行走部上安裝2個(gè)安裝支架，錨護(hù)機(jī)主臂的伸縮方筒固定在安裝支架上，伸縮方筒收回時(shí)，錨護(hù)機(jī)位于回轉(zhuǎn)臺(tái)上部和兩側(cè)。伸縮筒伸縮時(shí)，截割頭落地，錨護(hù)機(jī)可伸出到截割頭前側(cè)進(jìn)行工作。錨護(hù)機(jī)橫梁上安裝2個(gè)機(jī)載錨桿機(jī)、一個(gè)臨時(shí)支護(hù)裝置。臨時(shí)支護(hù)可向上伸縮，支撐頂板，錨桿機(jī)可前后擺動(dòng)、左右旋轉(zhuǎn)、上下伸縮，向內(nèi)旋轉(zhuǎn)15°，向外可旋轉(zhuǎn)105°，以實(shí)現(xiàn)頂錨桿和側(cè)幫錨桿的錨裝工作，錨裝機(jī)工作時(shí)，錨桿機(jī)的支撐板先行伸縮至頂板和側(cè)幫，使錨桿機(jī)成剛性結(jié)構(gòu)，以利于錨桿機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定，液壓系統(tǒng)借用掘進(jìn)機(jī)的泵站，加上手電動(dòng)比例控制閥，可以獨(dú)立完成不同方位、不同角度的錨桿錨裝作業(yè)，從而使掘進(jìn)、錨桿支護(hù)實(shí)現(xiàn)機(jī)械一體化操作。錨護(hù)機(jī)部分結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，動(dòng)作靈活，從整機(jī)的結(jié)構(gòu)和使用角度來(lái)講，兩機(jī)具有獨(dú)立性。

4.4 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

設(shè)計(jì)研制以行走部為支撐點(diǎn)的滑道式雙主臂結(jié)構(gòu)，錨護(hù)作業(yè)時(shí)，錨護(hù)機(jī)通過(guò)雙主臂可伸出到掘進(jìn)機(jī)截割頭的前面；掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，錨護(hù)機(jī)再通過(guò)雙主臂收回到回轉(zhuǎn)臺(tái)后面，掘與錨護(hù)的功能互不影響。

設(shè)計(jì)研制龍門(mén)式結(jié)構(gòu)的錨護(hù)機(jī)，其支護(hù)頂板與底座支撐可形成支頂支地的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，2臺(tái)錨桿機(jī)安裝在龍門(mén)橫梁上，可沿著橫梁水平左右移動(dòng)，可在巷道斷面的平面內(nèi)做120°的旋轉(zhuǎn)，也可以做30°的前后擺動(dòng)。

利用磁致伸縮位移傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)雙主臂伸縮同步控制，同步精度達(dá)到了5mm，保證了4.8m長(zhǎng)的雙主臂在任意位置的同步性。

4.5 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

實(shí)現(xiàn)了零空頂距的臨時(shí)支護(hù)；掘錨護(hù)一體化設(shè)計(jì)，掘與錨護(hù)共用一套液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)；整機(jī)可遙控控制也可手動(dòng)控制，操作靈活，每班可節(jié)省人力2人；臨時(shí)支護(hù)面積達(dá)到2.9m×1.7m，支護(hù)力達(dá)到15t；整機(jī)配置2臺(tái)液壓錨桿鉆機(jī)，鉆機(jī)扭矩為200N·m，轉(zhuǎn)速為475r／min，一次鉆深2.4m。

該掘錨機(jī)組主要適用于斷面形狀為矩形或傾角小于10°的梯形煤巷、半煤巖巷，尤其適用于頂板條件不好的巷道。該機(jī)組將巷道掘進(jìn)、臨時(shí)支護(hù)、打全斷面的錨桿孔和錨索孔、緊固錨桿等過(guò)程全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，且其掘進(jìn)與錨護(hù)功能實(shí)現(xiàn)多重閉鎖保護(hù)。其自帶的兩部液壓錨桿鉆機(jī)轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速為軟特性，其轉(zhuǎn)矩、推力、轉(zhuǎn)速能隨工作負(fù)載的變化，實(shí)現(xiàn)合理的匹配， 使液壓錨桿鉆機(jī)始終保持良好的鉆削性能；整機(jī)具有安全性好、掘進(jìn)效率高、機(jī)械化程度高、性能可靠和易操控等優(yōu)點(diǎn)。

5 效益分析及推廣前景

5.1 社會(huì)效益

該機(jī)的成功應(yīng)用改變了危險(xiǎn)、低效、高勞動(dòng)強(qiáng)度的人工錨護(hù)工藝，實(shí)現(xiàn)安全高效的掘、錨、護(hù)連續(xù)性工作，大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)者的工作環(huán)境，提高了國(guó)產(chǎn)煤機(jī)產(chǎn)品的整體水平。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

該機(jī)組在鮑店礦6301運(yùn)輸巷進(jìn)行了試驗(yàn)，每天3個(gè)生產(chǎn)班，每班節(jié)省人力2人，每年可節(jié)約人工成本44萬(wàn)元；采用掘錨機(jī)組每月可比人工支護(hù)多進(jìn)尺160m，多出煤15t／m，按700元／t計(jì)算，每年產(chǎn)煤新增利潤(rùn)764萬(wàn)元，產(chǎn)煤新增稅收376萬(wàn)元。

5.3 推廣前景

通過(guò)在鮑店礦的應(yīng)用試驗(yàn)，驗(yàn)證了煤巷掘錨護(hù)一體機(jī)技術(shù)的可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性。該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用提高了施工的安全性和掘進(jìn)效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人的工作環(huán)境，為綜掘高效安全生產(chǎn)提供了保證。

綜上所述，采用掘錨護(hù)一體機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)的施工大大提高了進(jìn)尺效率，提高了安全性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，帶來(lái)了巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，成功實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)切割、錨錨網(wǎng)支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)融為一體的現(xiàn)代化掘進(jìn)設(shè)備，有力地促進(jìn)了我國(guó)綜掘機(jī)械裝備水平的發(fā)展，推廣前景廣闊。

［1］ 趙增輝，張建中.對(duì)掘支錨一體化試驗(yàn)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)［J］.煤炭技術(shù)，2006（4）

［2］ 約翰·查德維克，李掌印等.掘錨機(jī)開(kāi)創(chuàng)快速掘進(jìn)局面［J］.中國(guó)煤炭，2010（10）

［3］ 杜士強(qiáng)，山玉波.機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)機(jī)的設(shè)計(jì)構(gòu)想［J］.煤礦機(jī)電，2008（1）

Research and application of domestic driving－bolting－supporting integrated machine in Baodian Mine

Z
hang Zhen1，Zhu Jing1，Kong Yue2
（1.Baodian Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Zoucheng，Shandong 273513，China；2.Xinglongzhuang Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Yanzhou，Shandong 272101，China）

Based on the present roadheaders，aiming at the hydraulic roofbolter using，hydraulic system transform and the temporary supporting－device synchronizing，Baodian Mine has successfully developed the EBZ－MH160／2×300Hdriving－bolting－supporting integrated machine which combines driving.This paper introduces the structure，innovation and industrial test of thie machine.

driving－bolting－supporting integrated machine，bolting－support machine，supporting，test

TD421.5

A

張震（1966－），男，畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院，大學(xué)學(xué)歷，高級(jí)工程師，現(xiàn)任兗礦集團(tuán)鮑店煤副礦長(zhǎng)。

（責(zé)任編輯 王雅琴）