兩臂液壓錨桿鉆車在神東礦區(qū)的成功開發(fā)與應(yīng)用分析

姚會(huì)軍

(神華神東煤炭集團(tuán)開拓準(zhǔn)備中心機(jī)電辦,陜西榆林 719315)

兩臂液壓錨桿鉆車在神東礦區(qū)的成功開發(fā)與應(yīng)用分析

姚會(huì)軍

(神華神東煤炭集團(tuán)開拓準(zhǔn)備中心機(jī)電辦,陜西榆林 719315)

錨桿支護(hù)是神東礦區(qū)高產(chǎn)高效礦井使用最為廣泛、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的巷道支護(hù)方式,代表了巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向;兩臂錨桿鉆車的開發(fā)和應(yīng)用是根據(jù)綜掘機(jī)單巷施工時(shí)無法使用大型錨桿鉆車支護(hù)而專門量身開發(fā)的一款小型的機(jī)械化錨桿支護(hù)設(shè)備,主要用于煤礦綜掘機(jī)掘進(jìn)的煤巷或巖巷的頂板、兩幫的錨桿、錨索支護(hù),同時(shí)也可用于連采工作面幫錨桿的支護(hù),彌補(bǔ)四臂錨桿鉆車無法進(jìn)行幫錨桿支護(hù)的不足;兩臂錨桿鉆車的成功開發(fā)和應(yīng)用為神東礦區(qū)的高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)發(fā)揮了巨大的作用,成為目前綜掘隊(duì)巷道支護(hù)中最為理想的設(shè)備。

錨桿鉆車 支護(hù)設(shè)備 應(yīng)用分析

神東煤炭集團(tuán)經(jīng)過20多年的不斷發(fā)展壯大，主要得益于神東各級(jí)管理層超前的管理理念和敢于大膽引進(jìn)國際最先進(jìn)的煤礦裝備并能夠進(jìn)行積極的消化吸收，現(xiàn)已成為最具有國際競爭力的大型煤炭企業(yè)，錨桿鉆車的引進(jìn)是推動(dòng)神東煤炭公司快速發(fā)展的必不可少的設(shè)備，公司先后引進(jìn)了費(fèi)爾奇(FLETCHER-CHDDR-2)、朗艾道(LONGAIRDOX)的兩臂錨桿鉆車、澳大利亞約翰芬雷(JOHNFINLAY)的四臂錨桿鉆車(ARO-40-RELMB-WT)以及經(jīng)過神東公司與太原煤科院通過對引進(jìn)國外機(jī)型的消化吸收、取長補(bǔ)短和進(jìn)行吸收后再創(chuàng)新的研發(fā)模式與2004年研制出來首臺(tái)CMM25-4四臂錨桿鉆車。以上機(jī)型主要配套與短臂連續(xù)采煤機(jī)，僅在神東公司圍巖條件好、巷道斷面大的短壁開采與多巷道掘進(jìn)中，取得了良好的應(yīng)用效果，具有支護(hù)效率高、除塵效果好、操作簡單、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在井下生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。在巷道圍巖條件較差或單巷掘進(jìn)時(shí)，設(shè)備的換位將占用大量時(shí)間，掘進(jìn)進(jìn)尺將大大降低，無法發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)。隨著神東煤炭集團(tuán)各礦井的不斷開采，煤炭的開采條件向廣度、深度、難度不斷延伸。2009年神東公司首次引進(jìn)了三一重裝的EBZ260和太原煤科總院的EBH-315和EBZ-220綜掘機(jī)主要用于在神東公司各礦井進(jìn)行全巖巷和半煤巖巷以及條件較為惡劣的無法使用連采設(shè)備施工的工程，由于綜掘機(jī)施工的巷道條件多為單巷施工，無法配套使用引進(jìn)的國外的兩臂錨桿鉆車和四壁錨桿鉆車，只能使用最為原始的單臂液壓鉆機(jī)進(jìn)行支護(hù)，嚴(yán)重影響了巷道的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量，開發(fā)一種能夠配套適應(yīng)綜掘機(jī)進(jìn)行快速支護(hù)的鉆車是解決綜掘機(jī)機(jī)快速安全施工的必然之選。

兩臂液壓錨桿鉆車是神東煤炭集團(tuán)公司2010年根據(jù)當(dāng)時(shí)公司的發(fā)展戰(zhàn)略實(shí)現(xiàn)“四化五型”大神東、大專業(yè)化的發(fā)展要求，全面提升掘進(jìn)裝備水平，達(dá)到減人提效，實(shí)現(xiàn)安全快速專業(yè)化掘進(jìn)的需要，神東煤炭集團(tuán)公司于國內(nèi)專業(yè)化錨桿鉆車廠家共同開發(fā)和研制的，適用于神東礦區(qū)的一套國內(nèi)首創(chuàng)、國際領(lǐng)先的能徹底改變綜掘機(jī)單巷掘進(jìn)時(shí)無機(jī)械化支護(hù)的專用支護(hù)設(shè)備，該鉆車與綜掘機(jī)配套使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對掘進(jìn)巷道頂板、側(cè)幫錨桿及錨索支護(hù)的機(jī)械化作業(yè)，是目前國內(nèi)使用綜掘機(jī)掘進(jìn)巷道的一種最為理想的支護(hù)設(shè)備，大大提高了支護(hù)速度、支護(hù)質(zhì)量、降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到了降本增效的目的，經(jīng)過近一年的試用和不斷完善，兩臂錨桿鉆車已經(jīng)成為我中心綜掘隊(duì)不可或缺的裝備，全面替代了以前的單體液壓鉆機(jī)和手持式煤電鉆打眼支護(hù)，兩臂錨桿鉆車的開發(fā)和應(yīng)用推動(dòng)了我公司機(jī)械化裝備水平進(jìn)一步的提升，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

1 錨桿鉆車的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理

1.1 主要參數(shù)

(1)外形尺寸：長*寬*高=5600mm*1300mm*2020mm

(2)適應(yīng)巷道斷面：23m2

(3)最高支護(hù)高度：4200mm

(4)裝機(jī)功率：45KW

(5)機(jī)重：約16T

1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理

(1)錨桿鉆車由行走機(jī)構(gòu)、機(jī)體部、推進(jìn)機(jī)構(gòu)、前部支撐機(jī)構(gòu)、鉆臂機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等七大部分組成。

(2)整機(jī)所有動(dòng)作機(jī)構(gòu)全部采用液壓系統(tǒng)控制，整機(jī)結(jié)構(gòu)合理、布置緊湊，各部件質(zhì)量可靠，井下維修與保養(yǎng)方便，操作簡單。

(3)鉆車設(shè)有兩套鉆孔的鉆臂及推進(jìn)裝置均采用液壓系統(tǒng)控制，且兩鉆臂及推進(jìn)機(jī)構(gòu)可以獨(dú)立或同時(shí)工作。

(4)兩臺(tái)鉆孔推進(jìn)機(jī)構(gòu)可自由旋轉(zhuǎn)不同位置和角度，獨(dú)立進(jìn)行頂幫錨桿錨索、迎頭炮眼及探測孔的施工作業(yè)。

(5)設(shè)有可升降的前部臨時(shí)支撐機(jī)構(gòu)裝置，對預(yù)支護(hù)空頂區(qū)域能夠進(jìn)行可靠的超前支護(hù)，有效的保證了支護(hù)人員安全，同時(shí)臨時(shí)支護(hù)裝置能夠?qū)㈨敳款A(yù)支護(hù)網(wǎng)片一起撐起，保證了頂部網(wǎng)片掛設(shè)質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了支護(hù)速度。

(6)設(shè)有可升降的支護(hù)工作平臺(tái)，可以使兩鉆臂整體隨平臺(tái)上下升降，以滿足不同巷道高度的施工要求。

(7)同時(shí)還設(shè)有可左右轉(zhuǎn)動(dòng)和翻動(dòng)的作業(yè)人員工作踏板，滿足不同巷道寬度的施工要求，并方便作業(yè)人員操作。

2 錨桿鉆車與綜掘機(jī)配套使用時(shí)的工藝工序說明

首先，綜掘機(jī)在工作面迎頭進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)，錨桿鉆車停靠在綜掘機(jī)后方的側(cè)幫處(約15米以外的距離)。見圖1：

然后，在綜掘機(jī)完成一次掘進(jìn)循環(huán)作業(yè)后，綜掘機(jī)后退(距離工作迎頭15米以外)并盡量貼幫停放。錨桿鉆車從綜掘機(jī)的一側(cè)行駛到預(yù)支護(hù)區(qū)域進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)。見圖2：

最后，當(dāng)錨桿鉆車完成所有錨桿、錨索支護(hù)作業(yè)后，鉆車收回各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，退至綜掘機(jī)后方停靠，再次啟動(dòng)綜掘機(jī)前行至工作面迎頭，進(jìn)行下一循環(huán)掘進(jìn)作業(yè)。

3 錨桿鉆車支護(hù)與傳統(tǒng)支護(hù)方式優(yōu)缺點(diǎn)分析

3.1 施工安全系數(shù)得到大幅提升

(1)錨桿鉆車設(shè)置了可移動(dòng)、伸縮式的超前臨時(shí)支護(hù)機(jī)構(gòu)，支護(hù)人員始終站在有臨時(shí)防護(hù)措施的頂板下工作；消除了支護(hù)人員在空頂下的作業(yè)的情況，大大的提高了作業(yè)人員的安全性；

(2)臨時(shí)支護(hù)機(jī)構(gòu)還具備托舉網(wǎng)片的功能，在神東礦區(qū)所有巷道支護(hù)時(shí)全部設(shè)有頂網(wǎng)，在未使用錨桿機(jī)時(shí)操作人員需站在空頂下用手臨時(shí)托起網(wǎng)片，由于錨桿鉆車的超前支護(hù)裝置，在撐起支護(hù)裝置前操作人員可以將網(wǎng)片放置在臨時(shí)支撐頂梁上方，網(wǎng)片隨頂梁一起頂?shù)巾敯迳希苊饬巳斯ね信e網(wǎng)片帶來的安全隱患，有效降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.2 減人提效降低勞動(dòng)強(qiáng)度方面效果明顯

(1)錨桿鉆車只需配備一名主司機(jī)、兩名支護(hù)作業(yè)人員就可以完成全部作業(yè)(包括：頂錨桿、幫錨桿、錨索、探頂?shù)酌旱纳疃取⒌装宓牡劐^以及超前探放水等作業(yè))；以往的作業(yè)方式是使用單體液壓鉆機(jī)支護(hù)頂板，煤電鉆支護(hù)兩幫，至少需要配備10名支護(hù)作業(yè)人員，配備2臺(tái)單體液壓鉆機(jī)及2臺(tái)煤電鉆同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，支護(hù)速度慢，用人多、工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大。

(2)錨桿鉆車上同時(shí)設(shè)置了可升降的工作平臺(tái)，可根據(jù)巷道的實(shí)際高度自由調(diào)整作業(yè)的位置，替代了以往使用腳手架搭建工作平臺(tái)或站在綜掘機(jī)上進(jìn)行作業(yè)的方式。

(3)鉆車上還配置了兩套可靈活變位的鉆臂操作機(jī)構(gòu)，僅需要通過操縱液壓手柄就能實(shí)現(xiàn)全方位、多角度的作業(yè)，徹底取代了以往作業(yè)中操作工人需多人抬扛單體液壓鉆機(jī)和頻繁移動(dòng)液壓泵站的情況，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.3 鉆車功能全面操作靈活可靠

(1)錨桿鉆車將多種鉆孔作業(yè)及支護(hù)作業(yè)的集成在一起，簡化了工作面支護(hù)設(shè)備的配置數(shù)量，全面取代了單體液壓鉆機(jī)和手持式煤電鉆等作業(yè)方式。

(2)可以在同一平面的任意角度內(nèi)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，特別能適應(yīng)在復(fù)雜巷道條件下的支護(hù)作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)距離底板最低位置幫錨桿支護(hù)高度200mm，且錨桿與幫垂直(傳統(tǒng)作業(yè)在800mm左右)，最頂部幫錨桿距頂板的距離可實(shí)現(xiàn)150mm(傳統(tǒng)作業(yè)在500mm左右)；使用傳統(tǒng)的施工方式支護(hù)完的最上部和最下部幫錨桿是傾斜的存在一定的角度不能保證垂直，整體支護(hù)質(zhì)量較差，不能完全保證達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)。

3.4 大幅提高了工作效率和支護(hù)質(zhì)量

(1)采用錨桿鉆車進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，完成單根錨桿支護(hù)作業(yè)的時(shí)間(以每根錨桿的長度為2.2M計(jì)算，包括：鉆孔、安裝樹脂、安裝錨桿、攪拌及鎖緊等環(huán)節(jié))約2-3分鐘，使用單體液壓鉆機(jī)打一根錨桿的時(shí)間約為7-10分鐘，支護(hù)一根錨桿的時(shí)間能節(jié)約出約5-7分鐘時(shí)間；完成單根錨索作業(yè)的時(shí)間(以每根錨索的長度為8M計(jì)算)約為12-15分鐘，使用單體液壓鉆機(jī)打一根錨索的時(shí)間約為30-40分鐘，支護(hù)一根錨索的時(shí)間能節(jié)約出約18-25分鐘時(shí)間，支護(hù)效率得到了大幅提升，為生產(chǎn)創(chuàng)造了更多的時(shí)間，掘進(jìn)進(jìn)尺也得到了大幅提高，例如我中心綜掘三隊(duì)在施工半煤巖巷時(shí)在未使用錨桿鉆車前每月掘進(jìn)進(jìn)尺約為150米左右，配備錨桿鉆車后月進(jìn)尺提高到300米左右，在施工全煤巷時(shí)掘進(jìn)進(jìn)尺由原來的月最高240米提升到550米左右，全巖巷由100米提升至200米左右，掘進(jìn)效率和支護(hù)質(zhì)量均得到了大幅提升，同時(shí)也增加了工人的收入。

(2)在使用單體液壓鉆機(jī)支護(hù)時(shí)由于是手持鉆機(jī)扭矩過大會(huì)對操作工的手臂造成傷害，扭矩過小無法滿足操作規(guī)程中對錨桿預(yù)緊力的要求，需人工進(jìn)行二次緊固；使用錨桿鉆車后其鉆臂機(jī)構(gòu)可提供250N.M的扭矩，徹底取消了人工二次緊固的環(huán)節(jié)，大大提高了工作效率及支護(hù)質(zhì)量同時(shí)也避免了對操作工人的傷害。

3.5 作業(yè)環(huán)境得到了大幅改善

(1)錨桿鉆車進(jìn)行支護(hù)作業(yè)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對支護(hù)作業(yè)中空頂?shù)念A(yù)支護(hù)，操作人員在有臨時(shí)支護(hù)的頂板下進(jìn)行作業(yè)，保障了作業(yè)人員的人身安全。

(2)在使用單體液壓鉆機(jī)支護(hù)作業(yè)時(shí)(特別是在進(jìn)行頂錨桿、錨索作業(yè)時(shí))，操作人員直接站在鉆孔的正下方進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，煤泥水會(huì)直接流在操作人員身上，即使操作人員身披雨衣，用膠帶扎住袖口和領(lǐng)口，操作人員的工作服仍然會(huì)被淋濕濕透，對工人的身體損壞極大；自使用錨桿鉆車進(jìn)行支護(hù)作業(yè)后完全避免了淋水對工人身體的傷害，操作人員始終站在有永久支護(hù)的頂板下，站立位在距鉆孔部位2米以外的位置進(jìn)行操作，鉆孔水全部流在底板上，操作人員避免了長期淋水對身體的傷害，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境得到明顯改善。

3.6 目前存在的不足之處及防范措施

由于此錨桿鉆車配套綜掘機(jī)使用，受巷道條件和綜掘機(jī)的影響，必然造成此錨桿鉆車機(jī)身較窄，重心較高，結(jié)構(gòu)緊湊操作人員工作空間較小等缺陷，根據(jù)存在的不足之處為了避免在鉆車行走、檢修或支護(hù)過程中造成人身傷害及設(shè)備損壞等事故需制定具有針對性的安全技術(shù)措施。

(1)人員上崗前必須經(jīng)過培訓(xùn)并能完全熟悉掌握所使用設(shè)備的性能、結(jié)構(gòu)和本安全技術(shù)措施。

(2)掘進(jìn)過程中必須嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，嚴(yán)禁出現(xiàn)巷道大坡度起伏、淤泥深坑、左右高差過大等工程質(zhì)量問題，錨桿機(jī)行走區(qū)域內(nèi)浮煤必須清理干凈防止導(dǎo)致的錨桿機(jī)左右傾斜發(fā)生側(cè)翻事故。

(3)當(dāng)?shù)装宀黄交蚋∶何辞謇砀蓛粲锌赡軐?dǎo)致錨桿機(jī)前后起伏、左右傾斜時(shí)應(yīng)立即停止并墊平后方可行走。

(4)在支護(hù)或行走過程中，錨桿機(jī)兩側(cè)嚴(yán)禁站人(包括緊固錨桿和清理浮煤等)，并在錨桿機(jī)后部懸掛“設(shè)備正在運(yùn)行，周圍嚴(yán)禁站人”的醒目警示。

(5)錨桿機(jī)起動(dòng)前司機(jī)要查看鉆車各機(jī)構(gòu)的擺放位置是否安全、各種操作閥組是否在零位，油箱中油液的質(zhì)量和液位高度是否正常等。

(6)錨桿機(jī)在運(yùn)行時(shí)如發(fā)生故障或運(yùn)行狀態(tài)異常時(shí)，應(yīng)立即按下就近的緊急停車按鈕進(jìn)行停車；進(jìn)行檢查，維修、維護(hù)時(shí)應(yīng)在停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行，并將啟動(dòng)器隔離手柄打到“停止”位置并閉鎖，防止有人誤啟動(dòng)錨桿機(jī)造成事故。

(7)錨桿機(jī)液壓系統(tǒng)較為復(fù)雜且壓力較高，操作人員應(yīng)熟悉液壓系統(tǒng)。使用時(shí)，回轉(zhuǎn)、推進(jìn)、鉆臂、行走機(jī)構(gòu)以及其它輔助機(jī)構(gòu)的工作壓力不得超過液壓系統(tǒng)的規(guī)定值，并不得隨意調(diào)整出廠設(shè)定值。為防止意外傷人事故，拆裝任何液壓件(或油管)時(shí)，均應(yīng)在油泵停機(jī)并對液壓元件卸壓后進(jìn)行。

(8)錨桿機(jī)的整體布置較為緊湊，各機(jī)構(gòu)動(dòng)作較為靈活，操作不當(dāng)易發(fā)生擠傷事故，為有效避免事故發(fā)生，并在左右擺動(dòng)油缸和大臂升降油缸四根油缸活塞桿端部分別設(shè)置不小于80MM的限位墊。

(9)錨桿機(jī)在行走前，應(yīng)將鉆臂機(jī)構(gòu)、推進(jìn)機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)全部收攏到產(chǎn)品規(guī)定的最小運(yùn)行狀態(tài)，確認(rèn)周圍無影響錨桿機(jī)運(yùn)行的器械、物件或井下設(shè)施，不會(huì)傷害機(jī)外有關(guān)作業(yè)人員，并在開機(jī)前由司機(jī)發(fā)出“呼叫”信息并按下司機(jī)座位旁的聲光組合電鈴的按鈕，以防止意外事故發(fā)生。

(10)錨桿機(jī)在支護(hù)作業(yè)時(shí)，必須首先保證臨時(shí)支護(hù)裝置支護(hù)到位，并要隨時(shí)注意觀測頂板及圍巖狀況，防止頂板突然局部冒落或碎石下落、片幫等砸傷操作人員。

(11)支護(hù)機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)必須實(shí)現(xiàn)互鎖，并對閉鎖裝置上鎖(即支護(hù)時(shí)必須將駕駛室操作臺(tái)上的液壓互鎖閥按下，并將左右行走操作閥進(jìn)行機(jī)械閉鎖，防止發(fā)生誤動(dòng)作)

(12)在正常支護(hù)時(shí)如需前后移動(dòng)設(shè)備時(shí)，必須首先降下臨時(shí)支

圖1 掘進(jìn)工作面錨桿鉆車布置示意圖

圖2 掘進(jìn)工作面錨桿鉆車作業(yè)示意圖

護(hù)裝置，將工作平臺(tái)降到最低位置，支護(hù)人員撤離錨桿機(jī)后方可移動(dòng)。

(13)錨桿機(jī)在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，要注意使推進(jìn)力適當(dāng)，嚴(yán)禁使鉆桿彎曲狀態(tài)下工作，防止鉆桿突然斷裂或更換鉆桿操作不當(dāng)造成鉆桿從鉆孔中脫出而砸傷操作人員。本鉆機(jī)回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩較大，進(jìn)行鉆進(jìn)錨桿錨索孔時(shí)，不得手扶釬桿，要嚴(yán)防操作不當(dāng)絞傷工作人員。

4 結(jié)語

通過近兩年的使用和不斷改進(jìn)，兩臂錨桿鉆機(jī)的整體設(shè)計(jì)合理，各部件總體運(yùn)行可靠，自動(dòng)化程度高，大大減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人作業(yè)環(huán)境，完全可以替代現(xiàn)在大多數(shù)煤礦仍在使用的單臂錨桿鉆機(jī)，同時(shí)此鉆車也可在用于連采隊(duì)幫錨桿、錨索的支護(hù)以及炮掘隊(duì)炮眼的施工和支護(hù)等。兩臂錨桿鉆車的成功開發(fā)和應(yīng)用為神東礦區(qū)的高產(chǎn)高效礦井的建設(shè)發(fā)揮了巨大的作用，成為目前綜掘隊(duì)巷道支護(hù)中最為理想的設(shè)備。只要我們能夠從實(shí)際出發(fā)，致力于提高煤礦的技術(shù)裝備水平，以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)，從現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)問題解決問題，開發(fā)出更多符合實(shí)際需求的實(shí)用性設(shè)備，全面提高裝備水平，是擺在我們煤礦管理人員和技術(shù)人員亟待研究和解決的課題。