十臂錨桿鉆車的研制與應用

王威

(1.中國煤炭科工集團太原研究院有限公司， 山西 太原 030006；2.山西天地煤機 裝備有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

煤炭是我國最重要的能源之一，由于采掘設備的限制，現階段煤炭開采尚處在較低的層面，亟需開發一種高效開采掘進系統[1]。現有的開采工藝一般是掘進機配套錨桿鉆車進行采掘，兩者交替工作，掘進機開采一段距離后退出該掘進頭，隨后錨桿鉆車進入剛掘進的區域內進行錨桿支護。這種掘進工藝存在兩方面的弊端：一是掘進機切換巷道時整機的調機時間過長，降低了巷道的成巷效率；二是掘進機比較笨重，行動時存在多項安全隱患，同時增加了操作人員的勞動強度。因此需要研制一種新型的錨桿鉆車，使其能夠配套掘進機和掘錨機組進行巷道掘進，縮短不必要的調機時間，降低操作人員的勞動強度，同時提高巷道的掘進速度，縮短巷道的成巷時間。頂板條件好且斷面較大的巷道一般都選用掘錨機組進行巷道掘進，為了提高巷道的掘進速度，將采掘和支護分開，掘錨機組負責巷道掘進需開發一種新型錨桿支護設備，該設備能夠覆蓋整個巷道斷面。根據巷道的具體情況，開發出一種新型十臂錨桿鉆車。

1 高效快速掘進系統

十臂錨桿鉆車的開發設計主要是為了配套掘錨機組實現掘進巷道的高效快速掘進，其中掘錨機組負責進行巷道的掘進，十臂錨桿鉆車主要負責進行巷道的錨桿支護，同時配套彎曲膠帶轉載機組進行物料的轉載和運輸。十臂錨桿鉆車的開發設計主要依據巷道的錨桿支護情況和支護數量[2]。中國煤炭科工集團太原研究院有限公司與神東煤炭集團聯合開發了一種新型的高效快速掘進系統，并準備在神東煤炭集團大柳塔煤礦進行使用。神東煤炭集團大柳塔煤礦5-2煤層中的52501、52502工作面中巷道頂錨的支護數量為6根2 200 mm長的金屬錨桿，側錨為1 800 mm的玻璃鋼錨桿，因此在進行整機設計時需要充分考慮實際支護情況。十臂錨桿鉆車在快掘系統中主要負責進行全部錨桿支護，而掘錨機組負責進行巷道的截割，為了發揮掘錨機組的最大截割能力，需要十臂錨桿鉆車完成全部巷道中的錨桿支護，因此考慮將錨桿鉆車設計為6臺頂錨桿鉆機和4臺側幫錨桿鉆機，整機能夠同時完成10個錨桿支護。整套系統需要同時進行物料的轉載運輸，具備不間斷運輸的特點和運能大的優勢，而傳統的帶式轉載機和梭車都無法滿足高效快速掘進系統中的運輸能力要求，需要開發一種新型的帶式轉載機，具備不間斷連續運輸和自適應的拐彎能力，因此整套系統中配備的帶式轉載機為彎曲膠帶轉載機[3]，見圖1。

1-掘錨機組; 2-十臂錨桿鉆車; 3-可彎曲膠帶轉載機;4-邁步式自移機尾。圖1 快速掘進系統結構

2 十臂錨桿鉆車的研制

十臂錨桿鉆車在設計初期借鑒現有錨桿鉆車的設計理念，在整機的前側布置盡量多的錨桿鉆機，但受到巷道寬度的限制，在整機的前端布置4臺頂錨桿鉆機，由于巷道一次需要支護完成6根頂錨桿，因此整機采用分段式設計，距離第一排頂錨桿2 m的間距布置兩臺頂錨桿鉆機，采用分段支護的方式能夠一次性完成全部頂錨桿支護，縮短支護時間，提高巷道的掘進截割速度[5]。受到整機布置的限制，在前端的4臺頂錨桿鉆機具備左右滑移和前后擺動的功能，而靠后的兩臺鉆機采用定點支護的方式固定，其具備左右擺動的功能。鉆機全部采用新型的電液控制操作系統，能夠實現遠程遙控操作和一鍵啟動功能，降低現場操作人員的勞動強度，提高操作舒適性，為后續實現錨鉆系統的整體自動化提供技術支持和技術儲備。

整機不僅需要具備頂錨支護的功能，在巷道掘進過程中還需要同時進行巷道側幫錨桿支護，但是由于整機的布置方式和支護速度，無法實現四臂錨桿鉆車中頂錨鉆機同時進行頂板錨桿支護和側幫錨桿支護，因此在十臂錨桿鉆車中還布置有4臺側幫錨桿鉆機負責側幫錨桿支護。4臺鉆機采用兩兩布置的方式布置在整機的尾端，且側幫鉆機與前側和中側頂錨鉆機的間距都為整數倍，可以更好地實現煤礦錨桿支護的標準化設計。

高效快速掘進系統可實現掘、支、運平行作業，其中十臂錨桿鉆車在進行巷道的錨桿支護時，掘錨機能夠進行巷道的截割，且十臂錨桿鉆車在進行錨桿支護時無法移動，需要給掘錨機組配套一種能夠實現移動的帶式轉載機，能夠在分段式錨桿機中移動，兩者間通過銷齒機構驅動實現前進或后退，保證兩者間既可實現獨立運動，同時也能夠同步前進和后退。整套高效快速掘進系統中，掘錨機負責巷道截割和牽引帶式轉載機前進，十臂錨桿鉆車負責巷道的錨桿支護，帶式轉載機則負責將掘錨機組截割下來的物料轉運至巷道中的主帶式輸送機上，提高了巷道的掘進速度，實現了掘、支、運平行作業。

1-頂錨鉆機； 2-工作臺； 3-泵站； 4-底盤； 5-側幫鉆機；6-除塵系統； 7-附件； 8-除塵風筒。圖2 十臂錨桿鉆車的組成

3 十臂錨桿鉆車的應用

神東煤炭集團大柳塔煤礦的煤層賦存近水平分布，局部呈現寬緩的波狀起伏，掘進過程中煤層裂隙較發育，易片幫冒頂。因此巷道支護時均采用“冷拔絲網+圓鋼錨桿+錨索”的方式進行聯合支護，通過上分層巷道時采用“錨桿+冷拔絲網+U29鋼棚”進行聯合支護。順槽正幫采用“塑料網+玻璃鋼錨桿”的方式進行支護，副幫采用“冷拔絲網+圓鋼錨桿”的方式進行支護。

巷道施工時，山特維克MB670/241型掘錨機負責掘進，巷道一次成形。十臂錨桿鉆車在掘錨機組之后負責進行巷道的錨桿支護，能夠同時完成6根頂錨桿和4根側幫錨桿支護，且10臺鉆機能夠同時進行錨桿支護且互不干擾，只需5～6 min即可完成整個巷道的錨桿支護，縮短了巷道的支護時間，提高了巷道的成巷速度，且掘進過程中產生的物料通過布置在十臂錨桿鉆車底部的可彎曲膠帶轉載機轉運至主帶式輸送機上運至煤倉。整套高效快速掘進系統在巷道掘進過程中能夠實現掘、支、運平行作業，快速掘進系統自應用以來，單班最高進尺85 m，日最高進尺158 m，月最高進尺3 088 m，創造了當時大斷面單巷掘進的世界記錄，首次實現煤礦井下掘進工作面的綜合掘進機械化。

圖3 十臂錨桿鉆車支護

4 結論

十臂錨桿鉆車是整套高效快速掘進系統中關鍵的設備之一，該設備的研制根本上解決了現階段掘進巷道的掘、支、運不能夠平行作業的問題，同時依靠系統中各個設備之間的協同控制和信息化聯動，實現整套系統的機械化、自動化和信息化聯動控制，解決現階段采掘失調的矛盾[6]。

十臂錨桿鉆車為實現快速掘進系統中不可缺少的設備之一，整機采用分段式鉆機的布置方式和跨騎式的履帶行走機構，是針對該套快速掘進系統而開發的一種新型結構，同時在分段式錨桿鉆機還使用了新型的電液控制閥組，實現錨鉆系統的自動化操作，進一步降低操作人員的勞動強度，改善操作人員的勞動強度，提高巷道的支護速度，同時為下一步全自動錨桿支護提供技術支撐和技術儲備，為后續的全自動錨桿支護技術和智能錨護技術解決了基礎問題，同時在研究過程中對圍巖狀態的實時監測和錨桿支護位置的研究同步進行，為后續實現掘進工作面的無人化和自動化提供技術支撐，實現掘進工作面的無人化。