煤礦巷道快速支護鉆架平臺的研究

馮俊杰

（山西寧武榆樹坡煤業有限公司，山西 寧武 036700）

1 概 況

目前，陽煤集團煤礦綜掘巷道的支護多采用人工扶錨索鉆，鉆機進行鉆眼，人工打注錨索錨桿的支護作業方式。這種支護方式的現場作業人員、鉆機設備配備多，綜掘工作面噪音大，工人勞動強度高。與此同時風鉆鉆機的不穩定性，造成了支護期間的作業安全系數低，容易出現人身事故。而且這種作業方式的掘進效率一般為240～300m/月，掘進效率低，無法適應當前高效煤礦生產的要求。針對上述問題設計了一種巷道綜掘快速支護鉆架平臺，可以實現巷道的快速及時安全高效的支護，該平臺減少工作面作業人員數量，降低工人勞動強度，提高工作面作業的安全系數，提高綜掘工作面的工作效率[1]，實現綜掘工作面的機械自動化。在巷道掘進過程中，由于煤礦進行狹小的工作空間，很難實現支護與掘進的同時作業，這是限制掘進速度的主要原因。即使現在使用比較簡便的巷道錨桿支護時，也由于在巷道鉆眼作業時速度慢，難以有效的提高掘進速度。基于這兩方面的問題，工程部在大量實踐總結的基礎上，設計了適于煤礦巷道的鉆架平臺。該平臺可以鉆機有效的結合，能自由升降，方便了巷道支護的作用。本文介紹了該鉆架平臺的結構以及工作原理，并介紹了初步應用情況。

2 鉆架平臺結構

快速支護鉆架平臺由鉆架、頂部鉆機與幫部鉆機、頂部與幫部升降連桿機構、平臺液壓自移移動機構、乳化液泵站及泵箱、油壓泵站及泵箱、操作開關、各種操作閥組共同組成。快速支護鉆架平臺長為4500mm,高為1300mm，寬為3700mm。通過快速支護鉆架平臺上布置的鉆機移動軌道，軌道上的布置兩部電動油壓鉆機，鉆機配套安裝爬行軌道可以輕松的實現上下升降，這有利于鉆機的快速推進以及不同高度巷道的快速實現支護。快速支護鉆架平臺的兩部頂部鉆機在鉆架軌道上的左右移動可以實現對掘進巷道的頂板全斷面的支護，同時快速支護鉆架平臺的兩部鉆機與水平方向可在30以內的度角進行自由的擺動。快速支護鉆架平臺的鉆機通過連桿機構固定在鉆架軌道上，幫錨桿鉆機是通過快速支護鉆架平臺的底部內的連桿機構實現上下移動及對掘進巷道的幫部鉆眼[2-3]。快速支護鉆架平臺的底部是皮帶輸送機，其主要作用是將掘進過程中產生的巖石及巖塊運輸出去，實現了巷道的支護和掘進的同時作業。通過鉆架平臺和掘進機的協同作用，掘進的效率有了大幅度的提高。

快速支護鉆架平臺的頂部與幫部鉆機均選用鉆速為300r/min，額定壓力為16MPa，推進行程為980mm，額定轉矩為200N.m，沖洗水壓力為1.5～2.0MPa,鉆孔深度為 2200mm，適應釬具為B19-22。機高為1950mm，機重為50kg，適用于煤巖硬度不大于f7的巷道的鉆進。

從整體上來看，設計的快速支護鉆錨平臺可以分為分前、后兩排鉆機，前排鉆機主要工作是打注頂板錨桿、錨索孔，如圖1示間距，前排兩臺鉆機需要兩名工人同時操作，在工作時，A鉆機主要是負責打注（5、6、7）號錨桿，B鉆機主要是負責打注（8、9、10）號錨桿。

圖1 快速支護鉆架平臺的前排鉆機

設計的快速支護鉆錨平臺的后排鉆機主要工作是打注幫錨桿、錨索孔，如圖2所示間距。后排兩臺鉆機需要由兩名工人同時進行操作，C鉆機主要負責打注（2、3、4）號錨桿，D 鉆機主要負責打注（11、12、13）號錨桿。

圖2 快速支護鉆架平臺的后排鉆機

與過去的支護方式相比，現場作業人員數量、工作面的噪聲以及工人的勞動強度大大降低。相比于過去的手持式風鉆鉆機，采用的油式鉆機功率較大，且鉆機是固定在鉆架平臺上，實現了鉆眼的機械化。采用鉆架平臺進行支護鉆眼作業后，降低了采用風鉆鉆機鉆眼時鉆機不穩定出現事故的可能性，很好的保證了作業的安全性，這對于煤礦井下的安全生產可以說是一項重大的改進。工人在平臺上工作，實現了機械化作業，降低了整個過程的勞動強度，而且作業人員的數量大大降低。整個平臺在使用起來非常方便，具有良好的可移動性，對于煤礦井下巷道支護作業的優勢十分明顯。此外，整個平臺的結構非常簡單，具有良好的可拆卸性，在掘進完成后可以很方便的進行巷道運輸。

3 快速支護鉆架平臺的工作原理

在進行煤礦巷道的掘進時，快速支護鉆架平臺通常布置在綜掘機后30～50m遠的位置。隨著綜掘機的截割而快速支護鉆架平臺移動，快速支護鉆架平臺跟在掘進臨時支護液壓支架后移動，快速支護鉆架平臺采用液壓自移式移動，在作業完成后，平臺的移動非常方便。鉆架的移動最大步距為1000mm，移動一次能對掘進的巷道進行一次全斷面支護。在進行巷道的錨桿支護時，錨桿支護間排距為900mm。當綜掘機截割一個循環完成后，移動臨時支護液壓支架一個排距，快速支護鉆架平臺跟著自移一個排距后穩定好，操作人員站在快速支護平臺上操作液壓操控閥實現對頂部與幫部鉆機的操控，開始鉆眼，注錨索。每名工人操控1臺鉆機，由于采用的是配套的油壓鉆機，鉆機的鉆速快，額定壓力大、扭力矩大，能實現5min一個鉆孔，兩部鉆機六個鉆孔15～20min之內施工完畢，加上注錨索、錨桿的時間，現場測定30min內能完成一個循環的支護。快速支護鉆機平臺在作業的同時綜掘機同時進行下一個循環的截割。

在快速支護鉆架平臺上只需一人操作一部鉆機，同時開鉆，同時完成一個支護循環，因此快速支護鉆架平臺上配備2～4個工人作業就能完成支護作業。原支護方式一部風動鉆機就要配備2～3人。

快速支護鉆架平臺上布置一臺BRW80/35乳化液泵一臺RX640泵箱供鉆架平臺液壓自移式移動、升降以及、鉆機的角度擺動；配備一臺電動油壓泵是鉆機轉動及上下升降的動力源；還有操作開關。快速支護鉆架平臺移動通過乳化液泵站壓力供給快速支護鉆架平臺固定的多個伸縮千斤來完成。

4 鉆架的應用意義

液壓移動鉆架平臺配合掘進過程中的臨時支護裝置有效地提高了巷道的支護速度，促進了巷道掘進效率，對證礦井的銜接具十分重要的意義。隨著煤礦綜采技術的發展，推進速度越來越快，這對于煤礦的掘進產生了重大影響。由于煤礦巷道的掘進設計到掘進和支護兩個過程，兩個過程協調不好，掘進的速度會非常慢，這很容易導致采掘緊張問題。當發生采掘緊張問題時，勢必會影響到工作面的高效的生產。同時液壓移動鉆架在井下投入使用是實現快速支護、巷道斷面的一次成形，實現礦井建設高效高進的必要保證，與此同時也是建設高效、綠色、環保、無染礦井的一個革命性的突破。這對于礦井的減員增效與推進礦井現代化具有很重要的意義。2018年在2號煤總回風巷的工作面，采用掘進臨時支護與鉆架平臺組成快速掘進系統進行作業，截止到2018年11月實現了月進500m速度，這是煤礦綜掘工作面掘進最好水平。