煤礦井下基于單軌吊的錨護平臺的設計及應用

摘要：礦用單軌吊作為一種方便的運輸工具，在煤礦中得到越來越廣泛的應用。但是在煤礦井下掘進工作面的施工中，進行臨時支護、打眼、錨桿支護等作業時還是采用人工方式進行，由于存在大斷面巷道掘進，以上工序在進行人工作業時往往存在一定困難。文章設計研發出了一套以電動單軌吊為動力的錨護平臺，很好地解決了以上作業難題。

關鍵詞：單軌吊；錨護平臺；臨時支護；煤礦開采；井下作業 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD534 文章編號：1009-2374（2016）21-0139-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.068

1 概述

礦用單軌吊車屬于井下運輸設備的一種，它具有在空中懸掛運輸、不受巷道地質條件制約、適應性強、裝卸材料方便等特點。不僅能運送材料、人員、設備實現多種運輸方案，還可以完成井下設備的簡單提升、吊裝等任務。隨著高新技術和現代化生產的發展，礦用單軌吊作為一種方便的運輸工具，在煤礦得到越來越廣泛的應用。

目前，我國煤礦井下巷道施工，支護普遍采用錨桿支護，在進行錨桿支護之前，必須進行臨時支護，主要采用的施工工藝為掘進機在工作面掘進一段距離后，需要退出，然后作業人員必須進入空頂區架設臨時支架，架設完畢臨時支架，錨桿機進入需要錨護的工作面進行錨護作業。這種工作方式需要掘進機退出后才能操作，且由于大斷面巷道掘進，巷道高度較高，作業人員在架設臨時支架、打眼及錨桿支護作業時需要搭設臨時平臺，施工時存在一定的難度，工作效率較低，而且操作人員進入空頂區架設臨時支架時存在的安全風險較大，況且現有的臨時支護多為前探梁沿巷道方向懸掛在頂板已支護錨桿上并延伸至空頂區，對頂板起到護頂作用，這種臨時支護的支護效果也不夠，安全性不高。

為解決以上問題，設計研發出了一套基于電動單軌的錨護平臺，在施工人員進行巷道錨桿支護作業時提供一種超前支護裝置作為掘進工作面迎頭的臨時支護，同時工作平臺可用于大斷面施工時的作業平臺使用，職工在平臺上可進行錨護作業，減免了巷道掘進工作中大量的人工勞動量，提高了效率，同時作業也更加安全。

另外該設備采用的單軌吊作為煤礦井下使用的一種先進運輸裝備，配上專用起吊裝置后即可解決掘進工作面物料運輸、起吊問題，使該設備的作用更加齊全，并且做到了集成。

2 錨護平臺的基本結構

單軌吊錨護平臺的基本結構由5部分組成，分別為①固定架；②驅動部；③操作平臺；④超前支護；⑤液壓站，詳見圖1，錨固平臺最大長度為8.5m。

2.1 固定架

固定架設有液壓缸支撐，工作時可以抵住頂板，保證平臺的穩定性，為超前支護、操作平臺提供支撐

根基。

2.2 驅動部

通過驅動部來實現錨護平臺的前后移動。移動的速度為0.4～0.5m/s。驅動部自身具有制動機構，可以防止錨護平臺在作業時發生移動。

2.3 操作平臺

操作平臺可以實現上下方向和左右方向的移動，以實現平臺在掘進工作面任何空間位置的移動。操作平臺外形尺寸為800mm×800mm，高600mm，可以在操作平臺站人，進行錨護作業。

2.4 超前支護

超前支護為柵格網狀結構，可以在沒有裸巖狀態下為作業人員提供保護，避免空頂狀態下作業。超前支護可以在掘進迎頭做3m×2.5m面積的支護。

2.5 液壓站

液壓站為防爆電機帶動液壓泵，提供平臺行走，上下左右移動所需要的動力。液壓站需要外接660V電源，最大可以提供30MPa的工作壓力。

3 選型計算

3.1 液壓泵選型

驅動行走馬達額定壓力為30MPa，排量468mL/r。驅動部按照v驅=0.4m/s的行走速度計算，驅動輪直徑

d=340mm，由此推算驅動輪的轉速度為n，則：

由此推算液壓泵的流量為L泵，液壓泵的轉速為n泵=1440r/min，則泵的排量為Q泵，則：

液壓泵選型為排量為16mL/r，額定壓力為30MPa的柱塞液壓泵。

3.2 電動機選型

液壓站的電動機配用660/1140V交流電動機，根據系統的功率計算，電動機的功率為：

P電=ΔP×Q泵×n泵=11.52kW

電動機選型為功率為12kW的煤礦井下用隔爆三相交流電動機。

4 錨護平臺的工作原理

該設備以煤礦頂板的單軌為軌道，通過各部件的相互配合，來實現煤礦掘進工作的材料運輸、臨時支護、錨噴作業等。該設備通過全液壓控制，來實現設備的行走、升降、折疊等功能。

當需要錨護作業時，先將設備固定停穩在單軌軌道上，然后將支撐臂支撐住頂板，使整個設備處于穩定狀態。然后進行閥件操作，使超前支護抵住頂板，防止人員空頂作業。再將防護欄抵住掘進工作面，防止片幫等危險情況的出現。工作人員可以在超前支護下方進行錨護作業。當平臺不工作時，可以將超前支護縮回。

該設備除了上述錨護平臺的功能與作用之外，還提供一種掘進材料的運輸、起吊設備。通過兩個手拉葫蘆，將工作面所需要的材料吊起，然后通過單軌錨護平臺的驅動裝置運送到掘進工作面。可以解決掘進工作中的材料運輸問題，系統地解決了煤礦掘進運輸物料的困難，解決了地軌運輸的種種弊端。

5 錨護平臺各部分的功能

5.1 超前支護

功能上，超前支護部件可伸縮移動地設置于掘進工作面綜掘機或耙矸機的前方，該超前支護部件相對于作業平臺向前伸出并向后縮回。應當清楚，該設備所指前后左右是相對于掘進方向而言，掘進前進的方向為前。在該超前支護部件伸出后，可以作為掘進工作面迎頭職工作業或站立時的臨時支護，以便于進行錨護作業。而在該超前支護縮回后，則可以保證掘進工作的正常掘進作業。

結構上，超前支護的支撐部件設置于操作平臺的上方，用于支撐超前支護，在超前支護到位后，鎖緊液壓缸，保持超前支護的支撐強度。然后再將超前支護的保護欄展開到位。該保護欄可以進行上下方向、左右方向的調整和折疊。

5.2 操作平臺

功能上，操作平臺主要用于作業人員站立、放置設備工器具等，方便職工迎頭打眼、支護作業。

結構上，作業平臺上表面設置有包括凸起或凹陷的紋路，該作業平臺可以是花紋鋼板，以起到防滑和裝飾的作用，另外設置了護欄對操作平臺進行三面環繞，保障了在平臺上作業的工人的安全。需要說明的是，操作平臺上的護欄還可以采用多種可拆卸安裝方式，方便安裝使用。為進一步擴展作業平臺的作業面積，同時在確保設備不使用情況下減少操作平臺的空間，操作平臺設計為左右可伸縮式，通過兩個液壓缸實現平臺左右側獨立的延伸收縮。

5.3 液壓系統

煤礦設備的控制系統，目前主要使用電氣系統進行控制，而對于煤礦井下而言，電氣控制的最大隱患在于電氣失爆。而液壓系統具有穩定、安全可靠的自身優勢，因此該設備設計了液壓系統控制整個設備，加之各種保護也采用了液壓系統來進行保護。

功能上，液壓系統主要實現對錨護平臺的控制，來實現錨護平臺的行走、起吊、超前支護、打鉆作業等

程序。

結構上，通過液壓泵來提供系統所需要的能量，液壓油先有泵體輸出，先經過液壓油過濾器，然后經過比例液壓閥，輸出到各油口。控制流程上，首先，操作先導換向閥實現電動單軌吊的制動器打開，先按動其中的a1b1閥組，讓液壓油充滿制動器，使電動單軌吊制動器打開。與此同時，夾緊缸收縮，使驅動裝置的摩擦輪貼近軌道，按動其中的a2b2閥組，可以實現液壓馬達的旋轉，從而實現電動單軌吊的行走；其次，將先導換向閥a1b1處于左位，此時制動器位于閉鎖狀態，鎖緊電動單軌吊，然后操作平臺的換向閥使支撐臂抵住巷道頂板，使整個的電動單軌吊處于穩定的狀態；最后，可以對于手動換向閥進行操作，可以完成超前支護的調整。

需要說明的是，液壓系統通過閥件控制使設備的行走與超前支護的操作不能同時進行，從而節約了整個設備的消耗功率，提高了系統的安全性。

5.4 起吊裝置

功能上，電動單軌吊配備專用起吊梁后主要解決了掘進工作面物料的運輸及起吊，使用設備的功能更加全面，發揮最大效益。

結構上，電動單軌吊用起吊梁由兩個行走車、連接器、連接桿、兩個氣動馬達、鏈條和鏈輪組成，兩個行走車能夠在單軌上行走，行走車內固定有氣動馬達及手拉葫蘆，行走車下部固定有鏈條，鏈條下部固定有鏈輪。起吊裝置既可用行走車直接接到起吊梁上的起吊氣動馬達，馬達旋轉實現起吊鏈的上下伸縮起吊重物，又可用手拉葫蘆起吊重物，操作方便靈活。

6 錨護平臺的優點

該設備提供了一個以電動單軌吊為動力為井下工人進行錨桿錨護作業的工作平臺。與現有技術相比，具有以下優點：

6.1 解決掘進巷道物料的運輸

該設備在電動單軌吊的前一側提供了一個起吊梁，其中起吊梁通過液壓膠管與電動單軌吊的動力部分相連接，動力部分由三相異步電動機提供動力源，并帶動柱塞泵進行液壓傳動。一路控制起吊梁進行貨物的起吊，另一路驅動液壓馬達進行工作，實現單軌吊的行走，從而解決掘進巷道的物料運輸問題。

6.2 實現井下掘進后配套多功能使用

該設備充分考慮到掘進巷道在掘進后需進行的后續工作，以代替人工效率低下而又危險的體力工作。現有技術中，井下工人在進行錨桿錨護時，沒有專用的錨護平臺，操作人員必須進入空頂區架設臨時支架，作業人員將木板或者其他的支護材料以人工抬的方式固定在頂板下方，然后將單體液壓支柱或者其他支護材料在下方進行臨時支護。該設備設計錨護平臺為人員提供作業的平臺，平臺上可配有錨桿機方便人員的打眼支護，平臺配套的超前支護為掘進后巷道提供預支護，服務掘進后巷道支護和錨固一體化的工作。

此外，該設備還具有結構可靠、易于實施、成本低等優點，有益效果是顯而易見的。

7 使用效果

該設備設計制造后于2014年8月份在潘三礦二水平東一11-2煤采區膠帶機上山安裝使用，在井下投入使用以來使用簡單、操作方便，發揮了很好的安全和經濟效益。首先，該設備基于單軌吊設計，采用電液控驅動方式，具有一般單軌吊的運輸、起吊物料的功能，可用于掘進巷道的物料運輸；其次，將錨護平臺和超前支護整合安裝在單軌吊上，改變了傳統的錨護和預支護分離作業的操作模式，大大簡化了施工工序；再次，超前支護代替了現有的前探梁使工作面的頂、迎的支護更穩定，提高了預支護效果，極大地提高了安全性；最后，操作平臺可靈活升降及左右移動，使用簡單方便，大大提高了職工錨護工作的效率。

另外該設備在使用過程中也暴露出一定的不足，使用功能上可進一步增強，在下一步的工作中需要進一步改進與完善。

作者簡介：徐紅光（1982-），男，江蘇贛榆人，淮南礦業集團潘三礦機電管理辦公室機電工程師，研究方向：礦井機電。

（責任編輯：秦遜玉）