全液壓錨桿錨索鉆車的研發(fā)與工業(yè)性試驗

李 麗 賈清華

（1.大同煤礦集團有限責任公司晉華宮礦機電科，山西省大同市，037016；2.大同煤礦集團有限責任公司同大科技研究院機電所，山西省大同市，037003）

1 引言

我國煤礦多數是以井工開采為主，掘進與支護工程量都較大。目前，煤礦巷道開拓主要是采用綜合機械化掘進機與手持式單體錨桿鉆機相配套，但施工速度緩慢，存在掘進快和支護慢的問題。支護時間占每個循環(huán)作業(yè)時間的2／3，影響煤巷快速掘進，采掘接續(xù)緊張，嚴重地制約了工作面產量的提高。因此，提高煤礦巷道成巷速度的有效措施是錨桿支護的快速施工及縮短支護時間，而提高錨桿支護速度的主要途徑如下：

（1）提高錨桿支護施工的機械化程度；

（2）優(yōu)化施工機具（開發(fā)大扭矩錨桿鉆機以提高錨桿預緊力）；

（3）在巷道斷面尺寸允許的條件下，配置2臺甚至多臺錨桿鉆機同時作業(yè)，盡量安排頂板錨桿和幫錨桿同時作業(yè)。

同煤集團塔山煤礦是一個新建千萬噸級礦井，為盡快投產帶來效益，綜采采區(qū)先投入生產，而盤區(qū)準備的回采巷道的掘進就一直難以跟上，這也就造成了采掘難以正常接替、通風路線長以及巷道維護成本大等問題。目前同煤集團塔山煤礦正在準備的有一盤區(qū)和二盤區(qū)，有11個掘進隊，其中6個隊直接為綜采工作面服務，5個隊負責延伸盤區(qū)巷道，正在生產的有綜采一隊的8107工作面和綜采二隊的8212工作面。8212工作面目前已進入末采期，再過最多5個月就要生產完畢，而后續(xù)接替的8108工作面和8214工作面至少還得5個月才能掘好，而安裝設備調試最快也得45 d左右，這樣采掘接替非常緊張，礦井設計的年產量就難以實現。為此必須要加快接替工作面回采巷道的掘進速度，而掘進速度又在很大程度上受支護速度的限制。所以本項目提出掘進與錨桿錨索支護交叉作業(yè)，而關鍵設備為錨桿錨索鉆車，這樣掘進機與錨桿錨索鉆車在掘進頭快速交叉掘進與支護，可以達到較高的掘進速度和較好的支護效果。

2 項目概述

同煤集團塔山煤礦位于大同市南郊區(qū)及懷仁縣境內，地質構造復雜，斷層較多，煤巖變化頻繁，煤層結構復雜，煤層厚度為3.10～11.58 m，平均厚度為8.62 m。煤層中含1～10層夾矸，夾矸厚度在0.30～2.65 m 之間變化，平均厚度為1.44 m，夾矸單層厚度為0.04～0.64 m 之間變化。夾矸巖性為灰黑色高嶺巖、高嶺質泥巖及炭質泥巖，局部夾有深灰色砂質泥巖。鑒于特殊的地質情況，原有的掘進機很難適應，根據這一特點引進了EBZ－260H和EBZ－260B型大功率掘進機，從而大大地提高了割煤速度，但是在巷道掘進作業(yè)整個循環(huán)中，使用原有的支護方式其時間占到了2／3以上，嚴重制約了快速掘進速度，為此研發(fā)了CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車并進行了井下工業(yè)性試驗。

3 工業(yè)性試驗目的

通過井下工業(yè)性試驗，考核CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車的各項技術參數和性能是否達到原設計指標，能否滿足使用需求，驗證錨桿錨索鉆車的工作可靠性及與掘進機配套的合理性，找出在使用過程中的薄弱環(huán)節(jié)，以待改進與提高。通過本次工業(yè)性試驗，對CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車的適應性和可靠性進行綜合評價，同時掌握第一手現場測試資料，有利于對設備進行進一步完善，制定更為合理的操作制度和規(guī)程，為設備的最終定型和推廣使用提供科學依據。

4 主要技術參數

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車主要技術參數如下：鉆臂數量為2臺、適應巷道斷面約為12～22 m2、工作范圍寬為4600～5500 mm、高為2600～4000 mm、外形尺寸（長×寬×高）為5600 mm×1300 mm×2020 mm、最小轉彎半徑為2500 mm、穩(wěn)車工作寬度為1300 mm、最小對地間隙為200 mm、接地比壓為0.10 MPa、鉆進錨桿錨索孔為?27 mm、鉆進錨桿錨索孔深度0～18 m、鉆進錨桿錨索孔用鉆桿規(guī)格為B19 mm、鉆進炮孔為?42 mm、鉆進炮孔用鉆桿規(guī)格（麻花鉆）?40mm、鉆進炮孔深度0～10 m、探測孔?27～?48 mm、探測孔深度為（水平）（f＝3～8）50 m、總裝機功率為45 k W、機重約為16 t。

5 結構概述及產品特點

根據井下完成作業(yè)的種類和性質，CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車設計為自移動機械臂式，鉆車具備行走機構、推進和鉆孔機構、鉆臂機構、工作臺升降機構、前部支撐機構等五大基本機械功能組件，并依靠液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)完成驅動，錨桿錨索鉆車結構示意圖如圖1所示。

圖1 錨桿錨索鉆車結構示意圖

行走機構用于鉆車在巷道內自由移動，以協(xié)調和掘進機的空間分配；推進和鉆孔機構用于鉆孔的作業(yè)和推進，同時提供旋轉和推進兩種運動；鉆臂機構用于完成對鉆孔機構的空間支配，以保證多角度、不同高度的作業(yè)；工作臺升降機構可以使鉆車適應于不同高度的巷道作業(yè)；前部支撐機構可保護作業(yè)人員的人身安全。

工作時，錨桿錨索鉆車先在巷道內移動調整車位，停穩(wěn)后工作臺升降機構先進行高度調整，然后升起前支撐，最后調整轉臂和鉆孔機構進行作業(yè)。CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車由1臺45 k W防爆電機驅動1臺三聯齒輪泵，完成整體的驅動和作業(yè)。該車能夠實現多角度作業(yè)，整機外寬為1.3 m，能靈活地在巷道內移動且不影響掘進機正常工作。

6 工業(yè)性試驗

6.1 試驗地點及條件

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車用于同煤集團塔山煤礦2108掘進工作面，2108巷停采線以外為矩形斷面，長度為51.81 m，掘進斷面為寬×高＝5.5 m×3.6 m ＝19.8 m2，正常段凈斷面為寬×高＝5.26 m×3.38 m ＝17.78 m2，噴漿120 mm，強度C20，鋪底100 mm，混凝土強度C20。停采線以內為矩形斷面，掘進斷面為寬×高＝5.5×3.6＝19.80 m2，正常段凈斷面為寬×高＝5.3 m×3.4 m ＝18.02 m2，鋪底100 mm，混凝土強度C20，矩形斷面總長度為2771.43 m。支護順序如下：

（1）頂部：前探支護→鋪 “W”型鋼帶→鋪網→打錨桿眼→上樹脂藥、錨桿→上錨桿托板→擰螺母→打錨索眼→上鋼梁、錨索→上錨索托板、鎖具→打壓。

（2）兩幫：打眼→上樹脂藥、錨桿→掛網→上鋼護板→上錨桿托板→擰螺母。

6.2 試驗項目

6.2.1 錨桿錨索鉆車巷道支護井上試驗

為了避免鉆車直接下井試驗的盲目性，同煤集團塔山煤礦組織鉆車售后服務技術人員安排了為期1個月的井上支護試驗，即在同煤集團塔山煤礦井上材料場，將巷道斷面及支護形式以1∶1的比例焊接為3排錨桿2個排拒的整體鋼梁框架，錨桿的間距也與井下實際相同，然后進行鉆孔作業(yè)模擬試驗。分別進行了模型架和工作平臺的操縱閥試驗、臨時支撐機構的支護及打幫錨桿作業(yè)試驗、打頂錨桿及鉆臂變位幫頂錨桿同時作業(yè)試驗，試驗結果達到了生產現場需求。

通過錨桿錨索鉆車的井上操作訓練，了解了該鉆車的性能和穩(wěn)定性，提高了井下技術員工對該鉆車整機的認識和鉆固定角度眼的熟練度，經過訓練工人可以按最佳操作時序以相對穩(wěn)定的時間鉆眼，工人之間的協(xié)作配合默契程度提高了，提高了工人對各種問題的處理能力，達到了較好的訓練效果。

6.2.2 錨桿錨索鉆車井下支護作業(yè)

（1）掘進機掘進和后退。在掘進機落煤后，對煤巖進行裝運并清理浮煤后，讓掘進機退出掘進頭10 m左右。

（2）錨桿錨索鉆車前進進行錨網和臨時支護作業(yè)。利用左工作平臺向左變位，將錨桿錨索鉆車左鉆臂擺在鉆車前滑動橫梁（長1800 mm）的最左側位置（此時 “W”鋼帶的中心孔與右鉆車打鉆水套應同心），同時右工作平臺向右變位，將右鉆臂擺在錨桿錨索鉆車前滑動橫梁（長1300 mm）的距最右側約850 mm的位置，停靠位置可利用放置在超前臨時支撐機構上的 “W”鋼帶上預置錨桿孔進行定位停車。然后將預先捆綁好的鋼帶和護網橫向放置在錨桿錨索鉆車的超前臨時支撐機構上，隨即利用二級油缸升起超前臨時支撐機構，調整好鋼帶及錨桿錨索鉆車的位置后頂住頂板。

（3）頂板和側幫支護作業(yè)。通過工作平臺升降左右伸展，錨桿錨索鉆車左右鉆臂依次同時對頂板的6根頂錨桿孔進行鉆進以及錨桿支護作業(yè)，鉆進順序可以為由中間向兩幫，也可以由兩幫向中間，還可以由左至右或由右向左逐次每隔兩個錨桿眼鉆孔及錨桿支護作業(yè)。完成頂板錨桿支護作業(yè)后，調整鉆車工作平臺高度，并對鉆臂進行變位，由上至下完成巷道兩幫及底角錨桿的鉆孔以及支護作業(yè)。

（4）巷道支護完成進行錨固質量檢測。完成上述作業(yè)后，左右鉆臂同時收回，超前支撐機構收回，工作平臺下降，開動鉆車行走裝置向前行駛，進行定位停車，開始進行下一排的錨桿支護作業(yè)。兩排支護作業(yè)完成后鉆車恢復原始狀態(tài)，向后行駛退出掘進工作面15 m以后靠幫停靠，掘進機相關裝備進入工作面進行下一循環(huán)的割煤掘進作業(yè)，最后安檢人員做好錨固質量的檢測。

7 效益分析

7.1 社會效益

（1）提高巷道臨時支護可靠性。該鉆車解決了煤礦巷道掘進的臨時支護難題，保證了巷道頂板的穩(wěn)定，促進了巷道掘進工藝的改革，提高了掘進工作效率。臨時支護利用錨桿錨索鉆車的前部支撐機構進行錨網的支撐和臨時支撐前方新掘的頂板，有效防止頂板冒落，保護操作者的人身安全，試驗期間未發(fā)生頂板事故，避免了窩工和人員傷亡。

（2）大幅度提高巷道永久支護機械化水平。該鉆車利用雙鉆臂可以同時鉆進，提高了采用錨桿、錨索、錨網及鋼帶進行永久支護的效率，減輕了工人的勞動強度，在鉆車的掩護下有利于安全作業(yè)，而且錨固力達到標準要求能從根本上加固圍巖，采用錨桿錨索鉆車使巷道永久支護的機械化水平邁上了一個新的臺階。

7.2 經濟效益

7.2.1 國產化經濟效益

國產錨桿錨索鉆車的價格約是進口錨桿錨索鉆車的1／3（進口價格大約150萬元左右），另外錨桿錨索鉆車的備品配件、維護保養(yǎng)、培訓指導等費用也是很可觀的。而更重要的是通過自主研發(fā)和工業(yè)性試驗，形成具有自主知識產權的研究成果和產品，不僅可廣泛用于我國煤礦井下綜采技術配套，而且可廣泛參與國際競爭，在國際市場上占據一定的份額，形成具有一定國際影響的掘進技術與裝備。

7.2.2 直接經濟效益

（1）采用錨桿錨索鉆車作業(yè)線后，每班可以減少2名錨桿工，三班就可減少人員6名，按塔山礦井下工人平均每月工資6000元計，每月可減少工資投入3.6萬元，單個掘進面每年就可減少43.2萬元，起到了減員增效的作用。

（2）采用錨桿錨索鉆車進行支護后，錨桿錨索的錨固力比采用錨桿鉆機大為提高，接近200 k N，從而間接地減少了巷道的維護費用，在巷道使用期內變形較小（在允許范圍內），單個巷道每月維護費用可減少大約30元／m，巷道每月維護費用就可減少9萬元，在10個月內的使用年限內可減少維護費用90萬元。

8 結語

CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車總體研究成果處于國內外先進水平，提高了我國綜合機械化掘進水平和掘進速度。窄機身錨桿錨索鉆車解決了掘進機和錨桿鉆機在巷道內錯車的問題，降低了對巷道寬度的要求，使大多數中窄寬度以上的巷道都可以實現綜合機械化掘進作業(yè)，大幅度提高了工作效率和作業(yè)水平，減少了人力投入，并保障了作業(yè)人員的人身安全。

從2012年10月10日至2013年8月10日，在同煤集團塔山礦2108掘進工作面對CMM2－15型全液壓錨桿錨索鉆車進行了為期10個月的工業(yè)性試驗，詳細測試了設備的各項運行參數。經過實際運行，該錨桿錨索鉆車在結構、強度、操控性、可靠性、維護性等方面都達到了設計和現場使用要求，能滿足井下安全有效的生產需求。

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