七臂智能錨桿鉆車的設計

柳振軍 祝海濤 梁吉軍

【摘 要】本文重點介紹煤礦井下錨桿支護現狀，七臂智能錨桿鉆車的結構、特點以及推廣應用價值。

【關鍵詞】現狀；錨桿鉆車；結構；特點；價值

1 引言

國家煤礦安全監察局公告（2019年第1號），《煤礦機器人重點研發目錄》中明確了井下掘進巷道支護機器人和鉆錨機器人的研發方向，井下支護及鉆錨機械化、智能化、無人化是今后發展趨勢，特別是人工成本的增加、煤礦安全的要求等因素，對智能化、機械化錨桿鉆孔支護的要求也越來越高；如何減少安全隱患、無人值守或少人值守，是煤礦急需解決的技術難題。

2 煤礦井下支護現狀

自上世紀八十年代開始，先進的錨桿錨索支護技術在我國的煤礦巷道掘進中得到了廣泛應用，目前，我國大中型煤礦錨桿錨索支護作業方式大多依靠人工使用手持式單體錨桿機和煤電鉆，用人多，效率低，勞動強度大，安全性差。

現有錨桿鉆車上的錨桿鉆機布置為單排或兩排，為了布置較多的錨桿鉆機，不得不增加鉆車的車身寬度，這樣不僅不利于鉆機的操作，也降低了鉆車對巷道的適應性，運輸是個很大的問題。

要提高支護效率就要增加鉆臂數量，目前還沒有與綜掘機配套的多臂（兩臂以上）錨桿鉆車，現有的四臂錨桿鉆車機身寬（3.5 米），重量大（35-52噸），對底板破壞嚴重；主要用于打頂部錨桿，無法打地幫錨桿，功能范圍小；由于履帶車高，機械臂無法打兩側幫底部的兩排錨桿孔。

現有的履帶車在掘進巷道凸凹不平的地面行走困難，特別是爬坡困難。

最近幾年掘錨一體機已經在各大煤礦應用，效率顯著提高，存在的主要不足：掘進機體型龐大，空間狹窄，特別是在掘進機上再安裝錨桿機械臂后，空間更小，由于仍然人工換鉆桿、安裝錨固劑、安裝錨桿，在狹窄的空間內攀爬工作，存在很大的安全隱患；因為工作空間狹窄，工作效率低；目前常用的工藝方法是，在掘進迎頭將頂部錨桿支護好，兩側幫的錨桿上部上排支護好，地幫錨桿和兩側幫底部的兩排錨桿留在掘進機后面，在二運皮帶機下面采用人工打孔支護。另外在寬度5000mm的巷道內，頂幫一般打7個錨桿孔，在大型掘錨一體機兩側安裝的機械臂，一般只能打6個錨桿孔，中間的1個機械臂夠不到，也只能留到后面人工打錨桿孔。

目前打地幫錨桿孔全部是人工，一方面鉆桿鉆孔時，排粉塵比較困難，很容易夾鉆頭、燒鉆頭，特別是軟巖，遇到水結晶的地質條件，不允許用水排粉塵，只能用風，效果更差；另一方面鉆桿一般是有兩根鉆桿接在一起的，退鉆桿時，鉆桿容易漏到孔內，目前打地幫錨桿孔是一個技術難題。

3 七臂智能錨桿鉆車的設計

3.1七臂智能錨桿鉆車的結構

七臂智能鉆車結構包括鉆機、鉆臂Ⅰ、自帶回轉器鉆臂Ⅱ、液壓系統、行走機構、控制系統、側幫鉆臂、頂板鉆臂、操作手柄、遙控器；鉆機分別安裝在鉆機安裝座及回轉器鉆臂Ⅱ上；鉆臂Ⅰ數量2件，對稱安裝在行走機構的中部上面；回轉器鉆臂Ⅱ數量2件，安裝在行走機構底盤的后端；鉆臂Ⅰ為伸縮缸，通過距離調節，實現行走機構兩側的地幫孔的鉆錨；鉆機包括鉆桿、液壓夾持器、液壓夾持回轉器、滑道座、傳動裝置；側幫鉆臂包括帶導向套的伸縮缸、螺旋式擺動缸、機械臂、回轉器、鉆機安裝座；頂板鉆臂包括鉆臂底座、螺旋式擺動Ⅰ、機械臂Ⅰ、螺旋式擺動缸Ⅱ、機械臂Ⅱ、鉆機安裝座。

3.2七臂智能錨桿鉆車的特點

3.2.1鉆機安裝在鉆機安裝座上，通過回轉器0704靈活轉動，鉆機空中實現角度調節，側幫鉆臂通過帶導向套的伸縮缸的伸縮，實現兩側幫最下面兩排孔的鉆錨。

3.2.2通過螺旋式擺動Ⅰ與螺旋式擺動缸Ⅱ的擺動，實現鉆機在空中位置及角度的調節，實現頂板孔的鉆錨。

3.2.3鉆臂Ⅰ02為伸縮缸，通過距離調節，實現行走機構05兩側的地幫孔的鉆錨。

3.2.4采用深孔鉆井設備的技術原理，對鉆機部分創新設計，國內首創，長度僅為1300mm，回轉半徑小，節省了操作空間，重量僅為125kg，重量輕，工作扭矩小，轉臂結構緊湊且強度高；鉆桿從液壓夾持回轉器的后端安裝進入，通過液壓夾持回轉器自動進給，實現打孔，打孔完畢，自動退回，下次重復循環，特別實用于長鉆桿，不用接鉆桿，特別適用于打地幫錨桿孔，長鉆桿不會掉到孔內，提高了工作效率；另外對于空間高度受限的場合，也可以接鉆桿，退回時，通過液壓夾持器夾住前端的鉆桿，防止打頂幫時鉆桿下落砸到人，存在安全隱患，也防止打地幫時鉆桿下落進孔內。

3.2.5行走機構包括履帶車、底盤、液壓馬達等，其中履帶車前后端底部設有30度傾斜角，便于爬坡，特別適合井下掘進巷道地面環境。

3.2.7控制系統同時與遙控器聯鎖，實現遠距離遙控操作，通過光纜，實現地面遙控，實現無人值守或少人值守，減少安全隱患。

4 七臂智能錨桿鉆車的推廣應用價值

七臂智能錨桿鉆車，實現了地幫四個孔、側幫兩個孔、頂幫一個孔同時工作，工作效率高；鉆機部分特殊設計即小又輕，轉動靈活，效率高；符合國家政策，符合國家煤礦安全的要求，具有廣闊的推廣應用前景。

參考文獻：

[1]王紅敏，探討煤礦錨桿支護技術的現狀與發展，能源與節能，2013年第12期48～49，54共3頁。

[2]馬廣俊，郭朋星，煤巷錨桿支護應用現狀及設計方法，山東煤炭科技，2010年第3期41，43共2頁。

[3]王威，CMM4-25型錨桿鉆車的研制，煤礦機電，2018年第1期34～36共3頁。

作者簡介：

柳振軍（1991-11-08），男，山東濟南人，2010年畢業于山東科技大學機械設計及其自動化專業，工程師，現在山東萊蕪煤礦機械有限公司技術開發中心從事選煤、選礦工藝系統設計及產品開發設計。

（作者單位：山東萊蕪煤礦機械有限公司）