金 峰 鄭保義 楊尚武

（三一重型裝備有限公司，遼寧 沈陽 110027）

0 前言

目前煤礦掘進(jìn)和開采普遍存在一定的失調(diào)。為了提高采掘工序的效率，需要進(jìn)一步提高錨護(hù)的速度。井下巷道的掘進(jìn)作業(yè)主要分成截割和支護(hù)兩大工序。目前掘錨護(hù)一體機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)安裝位置可以分為4種形式，分別為截割部簡易鉸接托梁式、后置滑移伸縮式、截割部兩側(cè)側(cè)置折疊式和截割部頂置折疊式。最常用的是掘錨機(jī)機(jī)載截割部頂置折疊式。為了盡快提升臨時支護(hù)的可靠性和穩(wěn)定性，改進(jìn)截割部頂置折疊式支護(hù)結(jié)構(gòu)形式，保障掘進(jìn)作業(yè)人員的人身安全，避免空頂作業(yè)，解決機(jī)載臨時支護(hù)的問題迫在眉睫。根據(jù)井下地質(zhì)情況，對掘錨一體機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)的設(shè)計改進(jìn)應(yīng)滿足井下巷道的實際條件，尤其是臨時支護(hù)的結(jié)構(gòu)形式和支護(hù)面積應(yīng)滿足巷道尺寸的要求。

1 機(jī)載臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式

傳統(tǒng)掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)主要由外筒組件、內(nèi)筒組件、擺動油缸、主頂板、側(cè)護(hù)板、折疊耳座6個部分組成（圖1）。外筒與內(nèi)筒組件之間互相滑動，內(nèi)筒組件內(nèi)部由1根升降油缸驅(qū)動，升降油缸一端連接內(nèi)筒前端，另一端與外筒內(nèi)側(cè)耳座連接，可通過操作手柄或遙控器控制升降油缸來驅(qū)動內(nèi)筒組件在外筒組件內(nèi)部進(jìn)行滑動，通過主頂板的升降對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)，內(nèi)外筒之間有耐磨滑塊和調(diào)整墊，以實現(xiàn)耐磨和間隙的調(diào)整。

圖1 傳統(tǒng)機(jī)載臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

擺動油缸的作用是調(diào)整臨時支護(hù)裝置的主頂板前后角度，調(diào)整角度一般為120°，不工作時折疊在截割部上方，為水平狀態(tài)，當(dāng)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時，臨時支護(hù)的翻轉(zhuǎn)油缸將支護(hù)裝置頂起，主頂板變?yōu)榇怪钡孛娴姆较?，此時通過控制擺動油缸調(diào)整主頂板為水平狀態(tài)來對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)。另外擺動油缸還可以調(diào)整主頂板的前后角度，以適應(yīng)巷道的頂板角度。

支護(hù)裝置的頂板結(jié)構(gòu)具有上下兩層結(jié)構(gòu)，分為主頂板和側(cè)護(hù)板，其中側(cè)護(hù)板有左右側(cè)護(hù)板兩個結(jié)構(gòu)，主頂板和側(cè)護(hù)板通過折疊耳座連接，將左右側(cè)護(hù)板折疊在主頂板上。當(dāng)需要支護(hù)更寬的巷道頂板時，可人工手動翻轉(zhuǎn)左右側(cè)護(hù)板來增大支護(hù)面積，實現(xiàn)更寬巷道的適用。

2 關(guān)鍵結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)

2.1 增加前探支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)

當(dāng)機(jī)載臨時支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時，在左右方向能夠通過側(cè)翻實現(xiàn)橫向的增大支護(hù)面積。在縱向，如果增加前翻板與左右側(cè)護(hù)板同時折疊在主頂板上，由于結(jié)構(gòu)和空間的限制，因此為了避免前翻板與側(cè)護(hù)板出現(xiàn)干涉，需要借鑒支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)外筒組件的設(shè)計原理，在主頂板的縱向梁內(nèi)部增加前伸縱向內(nèi)梁，在內(nèi)外縱向梁間增加2組液壓油缸，通過液壓控制實現(xiàn)前伸縱向內(nèi)梁伸出，以增加支護(hù)縱向支護(hù)面積。由于前伸距離一般為1m，在前伸縱向內(nèi)梁末端增加前伸橫梁（圖2），減少內(nèi)梁由于懸臂狀態(tài)出現(xiàn)的彎曲，避免由于內(nèi)梁的變形造成回縮，出現(xiàn)干涉。增加臨時支護(hù)裝置的前探結(jié)構(gòu)還能夠彌補(bǔ)縱向的支護(hù)長度，縮短支護(hù)作業(yè)過程中的空頂距，保障井下錨護(hù)作業(yè)人員的安全性。原臨時支護(hù)裝置的左右側(cè)護(hù)板是手動翻轉(zhuǎn)，可增大支護(hù)面積，以滿足巷道的尺寸。同理，可以將左右側(cè)護(hù)板與原支護(hù)頂板橫梁設(shè)計成內(nèi)外筒的結(jié)構(gòu)形式，在其內(nèi)部增加液壓伸縮油缸，油缸一端連接主頂板橫梁，另一端連接內(nèi)筒側(cè)護(hù)板，可通過操作手柄或遙控器控制液壓油缸來驅(qū)動側(cè)護(hù)板梁內(nèi)筒在主頂板橫梁內(nèi)部進(jìn)行滑動，來增加橫向的支護(hù)面積。

圖2 增加前探支護(hù)結(jié)構(gòu)

2.2 增加錨網(wǎng)吸附結(jié)構(gòu)的設(shè)計改進(jìn)

掘錨機(jī)在煤礦井下的掘進(jìn)工作完成進(jìn)尺后，需要使用機(jī)載錨護(hù)裝置進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)，作業(yè)前先將截割部炮頭落地，再將錨網(wǎng)鋪設(shè)到臨時支護(hù)裝置的頂板上，支護(hù)裝置展開，頂板帶動錨網(wǎng)對巷道頂板進(jìn)行支護(hù)。由于錨網(wǎng)具有一定的柔性，且材料多為鐵網(wǎng)，與支護(hù)裝置摩擦力較小，因此在托起過程中容易出現(xiàn)錨網(wǎng)滑落的現(xiàn)象。為實現(xiàn)托網(wǎng)過程中錨網(wǎng)穩(wěn)定且實現(xiàn)支護(hù)裝置與錨網(wǎng)的脫離，該文的設(shè)計改進(jìn)是在支護(hù)裝置頂板的縱橫梁連接處增加磁鐵組件（圖3），即在縱橫梁連接處阻焊磁鐵安裝板，安裝板上具有凹槽和連接磁塊的螺栓孔，將磁塊在凹槽內(nèi)與安裝板進(jìn)行把接。該裝置既可以增加縱橫梁連接位置的焊接強(qiáng)度，同時磁鐵裝置也可以在托網(wǎng)時發(fā)揮對錨網(wǎng)的吸附作用，避免錨網(wǎng)因為地面或設(shè)備的傾斜而滑落，而且在錨固作業(yè)完成后，支護(hù)裝置回落不影響與錨網(wǎng)的分離，不需要通過工人爬到支護(hù)裝置上分離錨網(wǎng)，增加了安全性。

圖3 具有磁塊組件的支護(hù)裝置頂板

2.3 臨時支護(hù)輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計

在支護(hù)作業(yè)頂板升起過程中，需要通過擺動油缸來調(diào)整支護(hù)裝置頂板的水平狀態(tài)，但是如果出現(xiàn)誤操作，如將前探梁提前伸出或與巷道迎頭距離過短，則支護(hù)裝置前端與巷道的頂板或迎頭會出現(xiàn)刮碰，因摩擦力過大而造成支護(hù)梁彎曲、破壞。對此現(xiàn)象原機(jī)載臨時支護(hù)并無保護(hù)裝置，為避免出現(xiàn)或減緩由此造成的故障，該文在臨時支護(hù)前端增加了3～4組輪組機(jī)構(gòu)（圖4），改滑動摩擦為滾動摩擦，減少支護(hù)裝置前梁與巷道的摩擦力，并在導(dǎo)向輪與連接架之間增加襯套，縮小導(dǎo)向輪橫向的縫隙，提高導(dǎo)向輪的耐磨性，輪組機(jī)構(gòu)焊接在支護(hù)裝置的前伸梁上。綜合上述改進(jìn)方案，改造后的掘錨機(jī)機(jī)載臨時裝置如圖5所示。

圖4 支護(hù)裝置輪組機(jī)構(gòu)

圖5 改進(jìn)后臨時支護(hù)裝置示意圖

2.4 臨時支護(hù)護(hù)迎頭支護(hù)的設(shè)計

在掘進(jìn)作業(yè)完成后，如果井下巷道的掌子面巖層松軟，那么在進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)時，為確保錨桿工作人員的安全性，應(yīng)及時對迎頭進(jìn)行支護(hù)，以免由于掌子面的坍塌而造成安全事故。為確保支護(hù)裝置的功能多樣化和井下工作環(huán)境的安全性，現(xiàn)對臨時支護(hù)裝置進(jìn)行護(hù)迎頭功能的設(shè)計，在臨時支護(hù)裝置的前探梁上布置2根擺動油缸，通過連接板，擺動油缸帶動護(hù)迎頭架體翻轉(zhuǎn)90°，從而對巷道掌子面進(jìn)行防護(hù)。由于擺動油缸及迎頭架體安裝在臨時支護(hù)裝置的前探梁上，因此當(dāng)前探梁伸出時，液壓系統(tǒng)的管路長度需要設(shè)計出足夠的余量，為避免支護(hù)裝置回收時出現(xiàn)擠壓膠管現(xiàn)象，在支護(hù)頂板的外筒側(cè)面焊接C型鋼，在C型鋼內(nèi)側(cè)用過銷軸焊接到前探梁的內(nèi)筒上，這樣可實現(xiàn)支護(hù)裝置的前探梁伸出，帶著銷軸前移，將護(hù)迎頭的擺動油缸管路合理布置在C型鋼中。避免出現(xiàn)擺動油缸的管路擠壓和散亂。迎頭架體也可以通過擺動油缸的180°翻轉(zhuǎn)實現(xiàn)增加臨時支護(hù)裝置的前探功能，以增加支護(hù)面積。對于護(hù)迎頭的架體，也可以通過折頁翻轉(zhuǎn)對迎頭架體的中部進(jìn)行支護(hù)，增加橫向的支護(hù)長度。對于迎頭架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以通過增加縱橫梁，合理地布置在迎頭架體窗口，實現(xiàn)對掌子面的中小煤巖石塊進(jìn)行防護(hù)的目標(biāo)。其結(jié)構(gòu)可根據(jù)井下實際的工作條件及需求進(jìn)行有針對性的設(shè)計。綜合上述的改進(jìn)方案，改造后的掘錨機(jī)機(jī)載臨時裝置如圖6所示。

6 改進(jìn)后臨時支護(hù)裝置示意圖

2.5 機(jī)載臨時支護(hù)應(yīng)用及故障分析

掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)裝置工作時用掘進(jìn)機(jī)的泵站供油，支護(hù)負(fù)載敏感七聯(lián)閥供油，操作七聯(lián)閥手柄，液壓執(zhí)行元件（油缸）動作。掘進(jìn)機(jī)泵站高壓油通過主油路三通進(jìn)入液控閥，再進(jìn)入自帶溢流閥的支護(hù)操作閥，后進(jìn)入雙向鎖，雙向鎖打開，進(jìn)入油缸。立柱向前升起，頂架打開升起，立柱伸出升高，直至到達(dá)所需要的高度，角度停止，前伸、側(cè)伸伸出。機(jī)載臨時支護(hù)裝置逆向操作收攏后，將二位四通閥回復(fù)到初始位置，機(jī)載臨時支護(hù)裝置閉鎖，掘進(jìn)機(jī)正常工作。

臨時支護(hù)裝置應(yīng)配置1名掘進(jìn)機(jī)司機(jī)和2名副司機(jī)負(fù)責(zé)操作。掘進(jìn)機(jī)司機(jī)負(fù)責(zé)操作該裝置，副司機(jī)負(fù)責(zé)觀察指揮、把鋼帶錨網(wǎng)放到頂梁架上。司機(jī)應(yīng)了解該裝置的性能特點，熟悉操作規(guī)程，掌握操作要領(lǐng)，并具有獨立排除故障的能力。操作者應(yīng)經(jīng)培訓(xùn)考核合格后方能操作。

掘進(jìn)機(jī)完成切割、裝煤作業(yè)后，將截割頭放到煤巖上。掘進(jìn)機(jī)停放的位置，前后位置應(yīng)保證支護(hù)完全打開后，頂架前端與巷道迎頭間隔大約為30cm，左右位置應(yīng)保證固定到頂架上的鋼帶錨索孔位置符合永久支護(hù)設(shè)計位置。截割頭停放高度（可留余煤）應(yīng)保證支護(hù)升起后，頂架能支撐到巷道頂板。

對掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)使用過程中的故障分析見表1。

表1 掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)使用過程中的故障分析

從目前掘錨機(jī)的實際使用情況來看，以巷道條件為半煤巖為例，由于采用的是掘錨護(hù)一體化的掘進(jìn)綜合設(shè)備，施工循環(huán)時間一般為2h，其中支護(hù)作業(yè)占30min，如果采用人工鋪網(wǎng)錨固作業(yè)需要50min～60min，其中支護(hù)速度可提高大約45%。在施工過程中，由于掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)可及時改善對暴露頂板的支護(hù)，因此大幅提高了井下工作的安全性，并改善了井下作業(yè)環(huán)境。臨時支護(hù)裝置使用時展開，截割作業(yè)時回縮或折疊，動作控制迅速，減少了支護(hù)輔助時間，提高了掘進(jìn)效率，操作簡易且方便。掘進(jìn)巷道臨時支護(hù)裝置需要根據(jù)礦井巷道現(xiàn)場的地質(zhì)條件和施工條件進(jìn)行針對性設(shè)計，盡量做到結(jié)構(gòu)簡單、實用、安全，具體需要考慮滿足以下要求：工人勞動強(qiáng)度降低，錨護(hù)人員可在后面安全地點操作。有足夠并且合適的支護(hù)強(qiáng)度、動作平穩(wěn)迅速、支護(hù)面積大，可對新暴露的頂板進(jìn)行及時支護(hù)，安全性能好，減少頂板下沉和離層，減少迎頭冒頂和偏幫事故。應(yīng)充分利用巷道頂部空間，不影響掘進(jìn)的其他工序。保證安裝、拆除、維修方便，結(jié)構(gòu)簡單，容易制造，經(jīng)濟(jì)實用。

3 結(jié)語

該文對掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，對支護(hù)裝置在井下實際工作過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了設(shè)計改進(jìn)。掘錨機(jī)機(jī)載臨時支護(hù)裝置的設(shè)計改進(jìn)應(yīng)考慮實際井下錨固作業(yè)的安全性和適用性，通過增加前探梁來增加縱向的支護(hù)面積，并且減少支護(hù)作業(yè)巷道頂板的空頂距，提高了錨護(hù)作業(yè)的安全性。輪組機(jī)構(gòu)的設(shè)計避免了與巷道迎頭或頂板刮碰而出現(xiàn)故障，增加了適用性。增加磁塊組件，減少了由于錨網(wǎng)的滑落引起的二次或多處鋪網(wǎng)的重復(fù)工作，降低了勞動強(qiáng)度，增加了臨時支護(hù)功能的適用性。通過對臨時支護(hù)裝置的設(shè)計改進(jìn)和故障分析，大幅度提升了臨時支護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)性能，增強(qiáng)了適用性和安全性，可對未來掘錨機(jī)的應(yīng)用和研究提供一些思路和參考。