一種煤礦井下巷道錨桿鉆孔設備的構思與設計

宋作文，王恩，范軍，邱海兵，張永超

一種煤礦井下巷道錨桿鉆孔設備的構思與設計

宋作文，王恩，范軍，邱海兵，張永超

（山西潞安王莊煤礦，山西 長治 046031）

在井工礦井施工中，巖層滑落、巷道變形嚴重影響著礦井通風、運輸和人員行走等各個環節，制約了礦井安全及高效生產。根據井工礦井的現狀、施工過程中出現的問題進行深入分析、經驗總結，針對錨桿鉆孔機械設備進行細致構思與設計。介紹了一種煤礦井下巷道錨桿鉆孔機械設備的設計。

巷道變形；礦井通風；錨桿鉆孔；設備設計

井工礦井巷道在開采的過程中常會出現巖層滑落、巷道變形的現象，針對開采深度較大、應力高、溫度高、地下水水壓高、擾動強度高、沖擊危險高、蠕變明顯、變形大等特點的深部采場、高應力軟巖巷道和硐室，巷道變形、斷面變小嚴重影響著礦井通風、運輸和人員行走等各個環節，制約礦井安全及高效生產。

為提高底板圍巖的強度，主要采用底板注漿、底板錨桿支護等措施，對底板采用錨桿支護操作時需先對底板進行鉆孔，傳統的錨桿鉆孔設備有的體積較大，在鉆孔時不易移動；有的設備較輕，但施工人員體力強度大，工效低，增加了井工礦井巷道錨桿鉆孔的工作難度。

1 巷道變形原因及控制

隨著井工礦井開采深度的逐漸加深，巷道埋深增加，地質條件惡化。井工巷道開鑿過程中，在平衡壓力中出現空洞，這樣會破壞原始應力的平衡，壓力高的區域向壓力低的區域轉移。這時，由地表到巷道垂直高度的壓力，將向兩幫和底板方向轉移。而兩幫和底板方向長期受壓后也積蓄了一定的能量，向巷道空洞內轉移，即應力釋放。地應力的釋放造成多數開鑿巷道出現變形，尤其是深部軟巖破碎巷道中變形破壞嚴重，巷道維護困難，維護人員勞動強度特別大，安全系數低。

根據資料表明，國內外專家提出了不同的控制深部軟巖破碎巷道變形理論及實用技術，但多數礦井還是延用傳統的控制方法：對巷道兩幫進行加固；人工拉底，清理浮煤；幫底部打設一根帶俯角錨桿；在底板打設錨桿、錨索控制變形。

2 錨桿鉆孔設備的構思

2.1 準備部件

煤礦井下巷道錨桿鉆孔機械設備包含主體、萬向滾輪、駐動卡扣、滑軌、液壓缸滑座、液壓缸、可升降支撐臂、移動把手、連接座、可調節支板、鉆機安裝座、鉆機、支撐連桿機構、第一連桿、第二連桿、可旋轉連接盤、可伸縮液壓支桿、小連接輪、大連接輪、傳動軸、潤滑套筒、鉆軸安裝座和鉆軸。

2.2 制作考慮

萬向滾輪應由耐腐蝕材料制成，由于井工礦井巷道內的工作環境比較惡劣，所以耐腐蝕材料制成的萬向滾輪的使用壽命較長。滑軌左右兩端均設置有擋板，擋板的設置可以約束液壓缸滑座的滑動范圍。可調節支板與連接座的結合處設置潤滑墊圈，這樣可以減小可調節支板與連接座結合處的摩擦力，便于可調節支板的角度調節。鉆機外側設置防塵罩，且防塵罩固定在可調節支板上，防塵罩的設置可以減少鉆機在工作時產生的粉塵，凈化作業場所的工作環境。

3 錨桿鉆孔設備設計

3.1 設計

主體下側設置有萬向滾輪，萬向滾輪左側設置有駐動卡扣；主體上側設置有滑軌，滑軌上側設置有液壓缸滑座，液壓缸滑座上側設置有液壓缸，液壓缸上側設置有可升降支撐臂，可升降支撐臂左側壁設置有移動把手；可升降支撐臂上側設置有連接座，且通過連接座與可調節支板連接；可調節支板上設置有鉆機安裝座，鉆機安裝座上安裝有鉆機；可調節支板下側壁通過支撐連桿結構與可升降支撐臂左側壁連接；支撐連桿機構由第一連桿、第二連桿和可旋轉連接盤組成，且第一連桿和第二連桿通過可旋轉連接盤連接；第一連桿和第二連桿內側設置有可伸縮液壓支桿，且可伸縮液壓支桿上端通過小連接輪與第二連桿連接，可伸縮液壓支桿下端通過大連接輪與第一連桿連接；鉆機上側設置有傳動軸，傳動軸外側設置有潤滑套筒；傳動軸上端設置有鉆軸安裝座，鉆軸安裝座上安裝有鉆軸。鉆機結構如圖1所示。

3.2 操作

在使用時，先將該設備移動到合適的工作位置，通過駐動卡扣3實行駐動，工作人員根據鉆錨桿孔位置的高度，通過液壓缸6對可升降支撐臂7進行升降調節，進而對可調節支板10上的鉆機12的高度進行調節，通過鉆孔面的角度來調節可調節支板10的傾斜角度，使鉆機12與鉆孔面處于垂直狀態，可調節支板10在調節角度時通過支撐連桿機構13進行支撐，工作人員還可根據鉆孔面的地質結構選擇性在鉆軸安裝座22上安裝適合鉆孔直徑的鉆軸23來保障鉆孔工作的安全進行，調節完畢后工作人員手持移動把手8推動液壓缸滑座5在滑軌4上滑動，進而使可調節支板10上的鉆機12向鉆孔面移動進行鉆孔工作。

1—裝置主體；2—萬向滾輪；3—駐動卡扣；4—滑軌；5—液壓缸滑座；6—液壓缸；7—可升降支撐臂；8—移動把手；9—連接座；10—可調節支板；11—鉆機安裝座；12—鉆機；13—支撐連桿機構；14—第一連桿；15—第二連桿；16—可旋轉連接盤；17—可伸縮液壓支桿；18—小連接輪；19—大連接輪；20—傳動軸；21—潤滑套筒；22—鉆軸安裝座；23—鉆軸。

圖1 鉆機結構示意圖

4 預期效果

該設備靈活性較強，可以在巷道內隨意移動，鉆機設置在可調節支板上，可調節支板通過可升降支撐臂支撐，可調節支板的角度和高度均可隨意調節，鉆機的角度和高度也可隨意調節，使鉆機能夠適應巷道內復雜的鉆孔環境。在操作設備鉆孔時工作人員無需直接接觸鉆機，通過操作移動把手即可推動可調節支板上的鉆機向鉆孔面移動進行鉆孔，安全系數較高，而且鉆機通過傳動軸與鉆軸安裝座連接，在鉆孔時可以選擇性在鉆軸安裝座上安裝直徑不同的鉆軸來適應復雜的鉆孔環境。

TD353.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.028

2095－6835（2019）15－0074－02

宋作文（1971—），男，山西屯留人，煤炭行業技能大師，從事井工一線掘進工作。

〔編輯：嚴麗琴〕