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）

國產(chǎn)掘錨護一體機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)用掘進機的基礎(chǔ)上，針對液壓錨桿機使用、液壓系統(tǒng)改造及臨時支護的裝置同步使用，成功研制了EBZ－MH160／2×300H掘錨護一體機。介紹了其結(jié)構(gòu)特點、創(chuàng)新點和工業(yè)性試驗情況。

掘錨護一體機 錨護機 支護 試驗

1 概述

兗礦集團鮑店煤礦目前采用的綜掘錨網(wǎng)支護配套的大都是掘進機和單體錨桿鉆機，該種配套方式具有配套簡單、機動靈活的特點，但也存在動力源不單一的問題，需要專門鋪設(shè)風(fēng)管；掘進工作面距風(fēng)源較遠時，存在風(fēng)力壓降大、鉆機效率降低、機械化程度低、單體鉆頻繁移設(shè)、工序復(fù)雜、職工勞動強度大、用人多和在空頂區(qū)工人手扶鉆作業(yè)安全性差等問題。

因此，為了解決上述存在的問題，研制和使用自動化程度高、生產(chǎn)能力強、安全性能好并能適用于各種地質(zhì)條件并配有錨桿鉆機的綜掘機十分必要，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 掘錨護一體機研究的主要內(nèi)容

鮑店煤礦針對目前煤巷掘進生產(chǎn)中人工支護錨固存在的危險性大、效率低、勞動強度大和作業(yè)環(huán)境差等問題，在現(xiàn)有的懸臂掘進機基礎(chǔ)上進行了掘錨護一體化、主臂伸縮同步控制、掘與錨護閉鎖和臨時支護等關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新研究，研制了煤巷掘錨機組——掘錨護一體機，見圖1。

2.1 掘錨機組的適應(yīng)性研究

掘錨機組作為一種新型綜掘裝備，對錨桿支護參數(shù)設(shè)計、支護材料、施工工藝、安全技術(shù)措施、實測與監(jiān)測技術(shù)等必然會帶來一些新的特點和要求。雖然國內(nèi)錨桿支護技術(shù)有了長足的發(fā)展，但基本都未離開掘進機配套單體錨桿機的模式。單體錨桿鉆機靈活性較強，便于鉆機的對眼，而機載錨桿鉆機靈活性相對較差。所研制開發(fā)的掘錨機組應(yīng)適合不同礦井的煤層地質(zhì)條件和不同巷道類型，適應(yīng)現(xiàn)有的巷道掘進施工工藝及施工質(zhì)量，滿足國家有關(guān)要求。

圖1 煤巷掘錨護一體機

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

錨桿鉆機和臨時支護裝置的設(shè)計安裝將會加大掘進機自身液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的復(fù)雜程度，如何在同時保證掘進和施工錨桿效率不受影響的前提下，盡可能簡化和規(guī)范管路、線路布設(shè)，提高整機可靠性也是本項目主要研究內(nèi)容。

2.1.2 液壓系統(tǒng)

一體化設(shè)計要求掘錨護共用液壓系統(tǒng)，因掘和錨護屬串行作業(yè)，因此可通過增加錨桿切換閥來合理利用油泵和液壓油。掘錨護一體機的液壓系統(tǒng)依附于掘進機的液壓系統(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)行機構(gòu)。

2.1.3 遙控器

該設(shè)備共有3個遙控器，兩個FYF25的遙控器分左右兩側(cè)分別控制錨桿機的兩側(cè)，一個FYF35的遙控器控制掘進機本體的動作。遙控器和操作臺的部分鍵互鎖，錨桿的遙控（FYF25）不能和掘進機遙控器（FYF35）同時使用，必須將掘進機遙控器（FYF35）電源關(guān)閉，再啟動操作箱上的錨桿控制按鈕。掘進機工作時，錨桿機不能操作；錨桿機工作時，掘進機本體操作臺不能操作，兩個操作系統(tǒng)互鎖。當(dāng)錨桿機馬達啟動后，其它按鈕都處于閉鎖狀態(tài)不能操作。

2.1.4 工作切換開關(guān)

工作切換開關(guān)，一個是在掘進機操作臺面板上的錨桿開關(guān)，另一個是在本體蓋板伸縮操作手柄旁的獨立手動轉(zhuǎn)換操作手柄。當(dāng)手柄置于中間位置時，掘進機工作；當(dāng)手柄撥到內(nèi)側(cè)位置時，錨護機工作，掘進機操作和錨桿機操作具有互鎖功能。

2.2 錨桿鉆機及臨時支護裝置的通用性設(shè)計

該掘錨護機組研制完成后，應(yīng)對設(shè)計方案進行標(biāo)準化審查，對機載錨桿鉆機和臨時支護裝置的可移植性進行系統(tǒng)分析，并提出將其移植到EBZ200H及EBZ132等常用型號掘進機上的技術(shù)方案，以利于該項目的推廣應(yīng)用。

為此，錨桿鉆機和臨時支護作為掘錨機組中兩個具有獨立功能的基本功能部件，在設(shè)計初期應(yīng)考慮模塊化設(shè)計，以便于未來掘錨機組的系列化。

2.3 掘進機與錨護機之間的操作閉鎖安全技術(shù)

掘錨機組的安全性能是研制開發(fā)的第一要求，在設(shè)計時必須確保操作者以及附近人員的安全。在掘進工作面有人作業(yè)或錨桿鉆機動作條件下，必須實現(xiàn)掘進機截割等功能的閉鎖。同時，掘進機截割頭應(yīng)具備位置檢測和限位閉鎖功能。

圖2 錨桿機工作示意圖

掘進機截割功能與錨護機的錨護功能之間屬串行作業(yè)，在掘進截割作業(yè)時，錨護功能應(yīng)自動閉鎖，而當(dāng)切換至錨護功能時，截割功能也應(yīng)自動閉鎖，為提高安全性，應(yīng)從液壓和電氣兩方面進行閉鎖保護，實現(xiàn)多重保護。錨桿機工作如圖2所示。

3 掘錨護一體機的現(xiàn)場試驗

3.1 支護參數(shù)及支護材料

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

3.2 支護材料

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

頂板網(wǎng)采用加筋點焊網(wǎng)?？績?nèi)側(cè)采用鋼筋梯，另一側(cè)采用點焊網(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 巷道支護方案

3.3 施工工藝流程

切割→掘錨護一體機臨時支護前移→鋪頂網(wǎng)→施工頂、幫錨桿→掘錨護一體機臨時支護縮回→切割。

3.4 勞動組織

四六制作業(yè)，三班生產(chǎn)，一班檢修。

3.5 工業(yè)性試驗情況

2010年1～3月在鮑店礦六采區(qū)6301綜放工作面運輸順槽進行了掘錨機組的安裝、調(diào)試和使用。本次應(yīng)用實行四六制，每天3個生產(chǎn)班1個檢修班。每天對掘錨機組的施工數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，完成1100m運輸順槽的掘進工作，月單進超過600m。通過2年來對施工數(shù)據(jù)的分析得出，使用掘錨機組進行巷道掘進效果十分明顯。

4 掘錨護一體機的結(jié)構(gòu)特點及創(chuàng)新點

4.1 掘錨護一體機主要技術(shù)指標(biāo)

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

4.2 機載錨桿鉆機的主要技術(shù)參數(shù)

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

4.3 掘錨護一體機的結(jié)構(gòu)特點

該掘錨護一體機是在懸臂式掘進機的行走部上安裝2個安裝支架，錨護機主臂的伸縮方筒固定在安裝支架上，伸縮方筒收回時，錨護機位于回轉(zhuǎn)臺上部和兩側(cè)。伸縮筒伸縮時，截割頭落地，錨護機可伸出到截割頭前側(cè)進行工作。錨護機橫梁上安裝2個機載錨桿機、一個臨時支護裝置。臨時支護可向上伸縮，支撐頂板，錨桿機可前后擺動、左右旋轉(zhuǎn)、上下伸縮，向內(nèi)旋轉(zhuǎn)15°，向外可旋轉(zhuǎn)105°，以實現(xiàn)頂錨桿和側(cè)幫錨桿的錨裝工作，錨裝機工作時，錨桿機的支撐板先行伸縮至頂板和側(cè)幫，使錨桿機成剛性結(jié)構(gòu)，以利于錨桿機工作時的穩(wěn)定，液壓系統(tǒng)借用掘進機的泵站，加上手電動比例控制閥，可以獨立完成不同方位、不同角度的錨桿錨裝作業(yè)，從而使掘進、錨桿支護實現(xiàn)機械一體化操作。錨護機部分結(jié)構(gòu)簡單緊湊，動作靈活，從整機的結(jié)構(gòu)和使用角度來講，兩機具有獨立性。

4.4 主要創(chuàng)新點

設(shè)計研制以行走部為支撐點的滑道式雙主臂結(jié)構(gòu)，錨護作業(yè)時，錨護機通過雙主臂可伸出到掘進機截割頭的前面；掘進作業(yè)時，錨護機再通過雙主臂收回到回轉(zhuǎn)臺后面，掘與錨護的功能互不影響。

設(shè)計研制龍門式結(jié)構(gòu)的錨護機，其支護頂板與底座支撐可形成支頂支地的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，2臺錨桿機安裝在龍門橫梁上，可沿著橫梁水平左右移動，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。

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

4.5 主要經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)

實現(xiàn)了零空頂距的臨時支護；掘錨護一體化設(shè)計，掘與錨護共用一套液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)；整機可遙控控制也可手動控制，操作靈活，每班可節(jié)省人力2人；臨時支護面積達到2.9m×1.7m，支護力達到15t；整機配置2臺液壓錨桿鉆機，鉆機扭矩為200N·m，轉(zhuǎn)速為475r／min，一次鉆深2.4m。

該掘錨機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。該機組將巷道掘進、臨時支護、打全斷面的錨桿孔和錨索孔、緊固錨桿等過程全部實現(xiàn)機械化作業(yè)，且其掘進與錨護功能實現(xiàn)多重閉鎖保護。其自帶的兩部液壓錨桿鉆機轉(zhuǎn)矩－轉(zhuǎn)速為軟特性，其轉(zhuǎn)矩、推力、轉(zhuǎn)速能隨工作負載的變化，實現(xiàn)合理的匹配， 使液壓錨桿鉆機始終保持良好的鉆削性能；整機具有安全性好、掘進效率高、機械化程度高、性能可靠和易操控等優(yōu)點。

5 效益分析及推廣前景

5.1 社會效益

該機的成功應(yīng)用改變了危險、低效、高勞動強度的人工錨護工藝，實現(xiàn)安全高效的掘、錨、護連續(xù)性工作，大大降低操作者的勞動強度，改善勞動者的工作環(huán)境，提高了國產(chǎn)煤機產(chǎn)品的整體水平。

5.2 經(jīng)濟效益

該機組在鮑店礦6301運輸巷進行了試驗，每天3個生產(chǎn)班，每班節(jié)省人力2人，每年可節(jié)約人工成本44萬元；采用掘錨機組每月可比人工支護多進尺160m，多出煤15t／m，按700元／t計算，每年產(chǎn)煤新增利潤764萬元，產(chǎn)煤新增稅收376萬元。

5.3 推廣前景

通過在鮑店礦的應(yīng)用試驗，驗證了煤巷掘錨護一體機技術(shù)的可靠性、安全性和經(jīng)濟性。該項技術(shù)的應(yīng)用提高了施工的安全性和掘進效率，降低了工人的勞動強度，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，采用掘錨護一體機進行巷道掘進的施工大大提高了進尺效率，提高了安全性，降低了勞動強度，帶來了巨大的社會效益和經(jīng)濟效益，成功實現(xiàn)了掘進切割、錨錨網(wǎng)支護、臨時支護融為一體的現(xiàn)代化掘進設(shè)備，有力地促進了我國綜掘機械裝備水平的發(fā)展，推廣前景廣闊。

［1］ 趙增輝，張建中.對掘支錨一體化試驗的幾點認識［J］.煤炭技術(shù)，2006（4）

［2］ 約翰·查德維克，李掌印等.掘錨機開創(chuàng)快速掘進局面［J］.中國煤炭，2010（10）

［3］ 杜士強，山玉波.機載式臨時支護機的設(shè)計構(gòu)想［J］.煤礦機電，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，高級工程師，現(xiàn)任兗礦集團鮑店煤副礦長。

（責(zé)任編輯 王雅琴）