自動化錨桿緊固裝置研制及應用

【摘 要】 大明煤礦立井目前井下掘進錨桿支護巷道采取人力緊固錨桿螺母，此項工序在操作過程中，存在預緊力不足，登高作業等諸多不利因素，在經過長時間的研究與實驗，針對緊固錨桿的特殊工藝，研制此設備，從而滿足井下掘進進尺的實際需求。

【關鍵詞】 錨桿支護 預緊力不足 風動扳手 風動缸 安全

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2014.14.009

鐵法煤業集團大明煤礦由原大明一井和大明四井合并而成。1959年5月1日簡易投產，設計能力為年產15萬噸，1983年進行技術改造后，原煤產量突破100萬噸以上。由于掘進工藝及工序的限制，在掘進過程中，巷道鉆安錨桿為人為影響單進因素，使我礦成功研制出自動化錨桿緊固裝置，使我礦掘進單進由原來200m增至為440m，掘進單進取得明顯的進步。

1 自動化錨桿緊固裝置設計理念

根據風動扳手原理，針對井下掘進巷道錨桿支護，錨桿螺母的緊固、巷道高度等要求，將風動扳手與風動氣缸相結合，改造風動系統，使風動氣缸推動風動扳手上升，風動扳手帶動錨桿螺母旋轉，以達到緊固錨桿螺母的目的（如圖1）。

圖1 全自動錨桿緊固裝置示意圖

2 自動化錨桿緊固裝置設計原理

氣壓傳動工作原理是利用空氣壓縮機把電動機或其他原動機輸出的機械能轉換為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制下，通過執行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作并對外做功。本設備采取風動扳手與風動氣缸使用特制半圓包裹卡快相固定組合，利用風動氣缸的升降推動風動扳手升降，結合風動扳手的轉動帶動錨桿螺母旋轉以達到緊固目的（如圖2）。

圖2 結構示意圖

3 自動化錨桿緊固裝置風路系統

壓縮空氣是最常見的動力源，盡管電動或液壓動力也使用。氣動板手被廣泛應用在許多行業，如汽車修理，重型設備維修，產品裝配（通常稱為“脈沖工具”和專為精確的扭矩輸出），重大建設項目，以及其他任何一個地方的高扭矩輸出需要。

氣動扳手是用氣壓推動葉片，壓力能轉化為扳手內軸的機械能。緊固強度通過設置氣壓的大小來設置。比較形象的比喻就是把電風扇反過來使用就是氣動扳手。

氣動扳手的扭矩值是以改變氣壓的大小來控制的，且沒有精度，而是以重復度表示。但若在氣動扳手上加裝氣動扳手專用的傳感器，則可用精度表示。自升降風動扳手風動系統示意圖如圖3。

圖3 自升降風動扳手風動系統示意圖

4 氣壓傳動工作原理

氣壓傳動工作原理是利用空氣壓縮機把電動機或其他原動機輸出的機械能轉換為空氣的壓力能，然后在控制元件的控制下，通過執行元件把壓力能轉換為直線運動或回轉運動形式的機械能，從而完成各種動作并對外做功（如圖4）。

（a）結構原理圖

（b）圖形符號

1.儲氣罐2.油水分離器3.后冷卻器4.空氣壓縮機5.工料6.氣缸7.氣控風向閥8.行程閥9.油霧器10.減壓器11.分水濾氣器

圖4 氣壓傳動結構原理圖

5 自動化錨桿緊固裝置實際應用效果分析

在S2N1段運順巷道錨桿巷道相同條件下，使用自動化錨桿緊固裝置與人力扳手，預應力頂板壓力觀測數據對比試驗分析如表1。

通過選取6個觀測點，28天后人力扳手緊固錨桿平均下沉量144.3mm，自動化錨桿緊固裝置緊固錨桿平均下沉量104.2mm，同比下沉量減少40.1mm。

通過圍巖變形的數據對比結果來看，由于錨桿預應力的增加，減小了圍巖強度的降低，大幅提高了支護系統的初期支護剛度和強度，從而最大限度地降低了頂板下沉量。

自動化錨桿緊固裝置理論扭矩可達2600Nm，由于在實際施工過程中，受諸多因素的影響，實際扭矩可達2000Nm，人力扳手扭矩平均500Nm，自動化錨桿緊固裝置是人力扳手緊固錨桿預應力的4倍。并且自動化錨桿緊固裝置，每循環下來節約7分鐘。

6 結論

通過使用人力扳手和自動化錨桿緊固裝置緊固錨桿情況對比，使用自動化錨桿緊固裝置達到提高錨桿預應力，對頂板控制起到良好的效果，降低了工人勞動強度，提高工時利用率，掘進單進尺顯著提升。