掘錨一體式掘進機應用現狀分析及發展趨勢研究

劉建永

（山西高河能源有限公司，山西長治 047102）

0 引言

對于井下掘進機而言，其開采效率在很大程度上都依托于掘錨的平衡與否，時下國內多數礦井掘進巷道仍在利用人工支護錨進行工作。因掘進機所配備的單體液壓錨桿鉆機和單體氣動，故而產生了工作環境惡劣、噪音高、速度慢、安全性差、勞動強度大以及機械化程度低的狀況，不僅如此，在進行硬巖掘進時，因人工支護強度較高，使得錨桿支護時間所占比例相對較大。由于時下我國多數礦井均受空頂距的限制，使得掘錨很難在工作過程中實現同時作業，因此，我國未來需以掘錨一體式掘進機為主要研制方向。本文基于國內現有掘錨一體式掘進機在煤礦中的使用狀況，對其存在問題進行對比分析，并總結各類掘進機在使用過程中存在的優缺點，以此來為我國煤礦掘進機的下一步發展提供可行的設計方案。

1 國內一體式掘進機現狀及優缺點比較

就時下而言，國內掘進機均有著運、裝、掘一體化功能，且因現行掘進機的外形尺寸已達到最小極限，故而，當下急需集成一個較大的輔助功能設備，如鉆機等，國內外對掘進機輔助功能設備的安裝主要放置于機身頂部。目前，國內集成形式的主要方式，即掘進機頂部集成錨桿機，其可分為兩種，一種是截割部頂部集成，另一種是機身頂部集成[1]。二者對比如下。

1.1 機身頂部集成方式

機身頂部集成大致上可分為兩種，一種是直接頂部集成，另一種是跨騎頂部集成。

（1）跨騎頂部集成

跨騎頂部集成主要將鉆機跨騎在機身兩側，在平常狀況下，其收縮于掘進機后部，而在工作時，利用滑軌將鉆機推進到掘進機處進行工作，從而完成支護作業。優點：自身有著雙錨結構，且具有較高支護效率。缺點：因集成鉆機后致使機身龐大，不僅提升了1.3 m左右的整機寬度，還造成了比壓增大，從而造成整機適應能力的降低；與此同時，因其致使的巷道寬度增加，使得鏟板的邊料清理無法順利完成，從而嚴重妨礙司機操作視線，不僅如此，還帶來了掘進機維修方面的阻礙，因掘進機機油溫度的不斷上升，從而極易產生爆管現象[2]。

（2）直接頂部集成

直接頂部集成主要是將鉆機軌道安置于機身頂部，在平常狀況下，其收縮于掘進機后部，而在工作時，利用滑軌將鉆機推進到掘進機處進行工作，從而完成支護作業。優點：集成較為簡易，且適用于任何機型。缺點：因自身結構為單錨，故而其支護效率較低，且遠不如人工的3～4根錨桿的速度[3]。

1.2 截割部頂部集成方式

（1）整體截割部頂部集成

整體截割部頂部集成主要是將雙錨鉆機安置于截割部頂部，在平常狀況下，其可折疊收縮于掘進機截割部上部，而在工作時，利用油缸將鉆機推進到掘進機處進行工作，從而完成支護作業。優點：自身有著雙錨結構，且具有較高支護效率。缺點：當鉆機處于縮回狀態時，因設備堆積于截割部頂部，從而無法對低巷道進行截割工作。

（2）分體截割部頂部集成

分體截割部頂部集成主要是將鉆機軌道安置于截割部兩側，在平常狀況下，其可收縮于掘進機截割部兩側，而在工作時，利用滑軌將鉆機推進到掘進機處進行工作，從而完成支護作業。優點：較為簡易的鉆機結構，其有著雙錨的支護，以及較高支護速度。缺點：因鉆機收縮于截割部，故而自身不具備左右伸縮裝置，因此，當進行巷道側幫支護時，需利用截割部進行旋轉，且只能通過一部鉆機實現[4]。

2 掘錨一體式掘進機優化原則

（1）選擇鉆臂配套系統與結構時應結合主機特點，應考慮掘進機配套后主機維護難度、液壓系統改造以及接地比壓、操作簡易程度和截割視線、截割巷道寬度與高度等。其具體設計思路：在不改變掘進機尺寸與外形的前提下，在其內部集成錨桿鉆機，為避免影響司機視線，結構應緊湊。掘進機與錨桿機能夠互鎖，無需同時操作，進而令操作速度與安全性得到提升。為便于調動，錨桿鉆機能夠達到錨桿支護全斷或任意斷的基本要求，并且定位支護的高度與寬度范圍會高于與之相匹配的掘進機高度與寬度，通常二者的高度差為50厘米以上。

（2）所選液壓機應可靠、高效，若要令支護作業效率有所提升，1臺掘進機應配有2臺機載錨桿機，此時在作業時錨桿機會比截割頭高，從而令空頂距要求得到滿足。

（3）變量系統是掘進機首要考慮的液壓系統，同時冷卻循環系統也應加大。

（4）應保持穩定的鉆孔性能、準確靈活的鉆臂錨孔鉆眼以及迅速的鉆臂推展機構動作。

（5）按照煤礦安全規程要求，應安裝輔助作業平臺與臨時支護，以便于傳送作業人員進行鋪錨網與裝填錨固劑等作業，從而令錨桿機開機效率得到有效提高，進而令錨桿作業生產率得到提升。在工作時應按作業規程要求，截割部落地[5]。

3 掘錨一體機發展趨勢

現如今，我國現有掘進機并未實現機身內部與鉆機結合為一體，所以不能僅改造目前已有的掘進機機身來研制掘錨一體聯合機組，否則在使用時難以將掘錨一體機效果充分發揮出來，快速成巷將難以實現。對此，國內錨桿機與掘進機制造成正積極探尋解決方案，為實現掘錨一體化而努力，并取得一定成就，掘錨一體化的初步設計把錨桿機放置在了機身內部兩側[6]。

該掘進機能夠清理干凈機身兩側，其中可伸縮鉆機位于放置2臺，動力轉載站位于掘進機后部，重新布置電控箱與泵站油箱，并能實現物料的轉載。在具體工作過程中，鉆機能夠運動并伸縮至機身后側，在其正式工作過程中，便會伸縮出，并開始支護作業，而液壓機具有較高的轉速且會輸出較大的轉矩，掘進機不會對其造成影響，進而能夠令支護作業時間有所縮短[7]。

該方案的提出為設計掘錨一體機奠定了一定基礎，但是卻存在一定缺點難以解決，首先其成本會明顯提升，并且系統更為復雜，需要兩個操作人員共同工作，但是在具體實踐時需要設備予以配合，進而增加了工作難度。

對此，需要對該方案進一步加以優化，將二者結合為一體，將機身空間充分利用起來，集成電氣液壓設計，研制出真正的掘錨一體式掘進機[8]。

4 結語

通過合理有效的控制機身高度與集成，得到掘錨一體化設計，便能令掘進速度與支護效率得到顯著提升。并且對整機高度不會發生影響的前提下能夠實現作業平臺與錨桿機的集成工作，鉆機之間的作業彼此獨立，不會對彼此造成影響，并具有噪音小、節省人力、操作簡便、輸出扭矩大以及轉速高等特點，能夠令作業環境得到優化，與人工錨護相比，其錨固時間會有所降低，使得錨固高效工作，進而令掘進效率得到提升，完工時間有所縮短。