煤矿掘锚一体机应用及改进分析

煤矿掘锚一体机应用及改进分析

张海鹏

国家能源集团神东煤炭分公司 保德煤矿 山西省忻州市 036600

摘要：矿井采掘衔接是否紧张的决定性因素是煤矿巷道掘进速度。对比采煤机械化的高速发展，煤矿掘进机械化的发展速度则相对缓慢。随着回采速度的日益加快， 目前普遍使用的悬臂式综掘机的掘进速度己远远达不到采掘的需要，因此，掘锚一体化是掘进技术的必然发展方向。煤矿掘锚一体机集合了掘进和支护两项功能， 可以实现1 台机器掘进割煤和支护同时作业， 节省了二者换位作业时间，在实现掘锚平行作业、单个循环进尺占用时间少等方面具有显著优势。但掘锚一体机目前还未大范围使用，综合考虑到其体积大、结构复杂、对巷道地质条件适应性差等特点，因此，需不断改进完善并大力推广。

关键词：煤矿掘锚一体机应用；改进；

前言：目前煤矿巷道掘进机械化程度不断提高，掘进机掘进效率已经基本能够满足目前生产需要，但掘进作业的主要环节锚杆支护速度却很慢，辅助工序多，占用时间高50％以上。锚杆支护前需要人工架设临时支护，以免空顶时间长，致使顶板出现沉降离层塌方。目前，工作效率低、劳动强度大、危险性高是井下巷道掘进开采急待解决的三大难题。

一、掘锚护一体机基本结构、工作原理

1掘锚护一体机主要由掘进机、锚杆机、临时支护机组成。掘进机行走、装运、临时支护及锚杆机均使用掘进机机身安装的机载泵站进行供液。在机械结构上，机载锚杆机整体安装于掘进机行走部上，锚杆机收回位于回转台两侧，支护机位于回转台上方，锚杆机工作前，先将截割头落地，锚护机构整体由回转台处伸出到截割头前侧，支护装置先对顶板进行临时支护，使得锚杆机工作时安全性大大提高。锚杆机利用自身的平移、摆动、旋转、自身升降、马达转动等功能，完成巷道顶部锚杆和侧帮上部2～3根锚杆的锚装工作。掘锚机具有前后伸缩、横梁升降、左右平移、前后摆动、左右旋转等功能。掘进机工作时，锚杆机收缩至回转台两侧，最大限度地缩小锚杆机的空间尺寸，不影响截割部动作，掘进机和锚杆机都可遥控操作和手动操作，而且掘进和锚杆之间实现闭锁，掘进工作时，锚杆机停止，锚杆机工作时，掘进机停止。临时支护装置对顶板应力的改善极其重要：有了支护装置对顶板及时的支撑，掘进机每次进尺可以增加，顶板最大空顶距也可以增大，最重要的是锚杆支护操作的安全性得到了可靠保障。锚杆机利用掘进机泵站全液压驱动，采用遥控器控制操作，具有无级调速功效，实现了掘进开采与锚杆支护机械化连续性工作，解决了掘进机与锚杆机分体工作造成时间浪费，以及人工打锚杆劳动强度大、效率低等问题。锚杆机工作期间，人工只是做一些辅助性操作，人员的劳动强度大大降低。该类型掘锚护一体机结构紧凑、操作简单、动作灵活可靠，维护方便，适用高度在3．0～4．0m，宽度4．0～5．0m的矩形巷道、梯形巷道及拱形巷道(需特殊更换拱形支护顶板)，锚杆锚装后实现零空顶距。最顶端锚杆角度可控制在与水平夹角25。以内，侧帮锚杆锚装上部二根或三根，可以与顶锚杆同时作业。

二、煤矿掘锚一体机应用

1. 掘锚一体机切割方式。首先, 司机操控掘锚一体机至指定方向后进行定位操作。掘进割煤前，先将截割头高度和巷道设计宽度调到规定位置； 然后截割滚筒按照设计的循环进度，对煤体自上向下进行切割,从而实现巷道的掘进。当割至煤层底板时，操控机器后退，将底煤切割干净的同时使巷道底板保持平整，最后将余煤装车，此循环结束。操控掘锚机进入下一个循环，掘锚机进行掘进、支护平行作业，进刀和机载锚杆钻机与临时支护的锚杆支护作业同步进行。因4.6~5.2 m 为掘锚机的截割滚筒宽度参数，截割巷道断面一刀就能实现，5 min 就能完成掘进落煤。在掘锚机作业过程中，2台顶钻用于临时支护，2 台顶钻打设锚杆、锚索，实现4 台顶钻的交替作业。

2.工艺流程。工艺流程首先是安全检查工作， 包括敲帮问顶、有痕掘进和检查探水钻孔3 部分；其次是掘锚机截割出煤，截割头落地截割煤墙，铲板和后支撑先后落地进行闭锁切割， 掘锚机有采煤和锚钻2种模式， 将手柄调到锚钻模式， 敲帮问顶连接顶网，绑钢筋梯子梁进行临时支护；接下来钻顶部锚杆孔，安装树脂药卷和顶锚杆并使顶锚杆稳固；然后先钻顶部锚索孔，安装树脂药卷和锚索，涨拉锚索；再钻帮部锚杆孔安装树脂药卷和帮锚杆，稳固帮锚杆；最后钻底部两帮锚杆孔，安装树脂药卷和帮锚杆，稳固帮锚杆。

3.掘锚一体化实践应用情况。悬臂式综掘机的优点。掘锚一体机不仅作业高效，而且，更能保障现场作业人员的安全。每切割完1 架煤后，2 台顶钻将锚网顶起，为作业人员提供一个安全的环境，形成临时支护。截割和支护作业相辅相成，减少安全隐患，使作业安全性提高，同时能够装配高压水喷雾系统和湿式除尘系统，减少煤尘污染，使生产现场文明干净。掘锚机以1∶1 比例伸缩的犁式铲板协作作业截割滚筒，比普通掘进机有明显优势，不仅在物料收集方面实现了无边角剩煤， 而且降低了人工作业强度， 省去了割煤后人工清理迎头积煤的作业工序。此外，掘锚一体机掘出的巷道成形较好，割出的煤墙整齐，使后期的扫帮和修补步骤很轻松，同时可伸缩截割滚筒的伸缩量为600 mm，多种巷道截面均适用。每班配机组司机、副司机、联网人员、皮带司机各1 人，底帮打钻人员、钻机操作人员各2 人，协助打钻人员4 人。另2 台顶钻用于锚杆、锚索的打设， 在机组后方用风动钻机支护巷帮底部最后一根锚杆，帮钻改造后，进行巷帮支护。使用过程中发现的不足之处及改进情况为处理独立探水钻机打设探水孔不便的问题，在机组上增加探放水设备；调整顶钻操作台位置，使操作简化；原机组支护比帮钻靠前2 m 多，容易造成片帮，解决此问题需将原帮拆除，安装新的用于打设巷帮锚杆的液压钻机， 并配套安装一组油泵； 将水气喷雾安装在铲板上使降尘效果更明显；转载皮带的机械强度要求较高，由于其负荷运行时间较长易断裂， 利用锚索在转载皮带两端进行拉伸，保障其安全运行。目前该机组在使用中存在问题机组新增探水钻能力欠缺， 机器无法打设底角锚杆，掘进切眼施工复杂；一些机组部件检修、更换困难，而且需从国外进货速度慢；在低于3.5m的掘进巷道高度下，由于空间狭小作业困难。实践证明， 掘锚一体化的应用推广是切实可行的。虽然在施工中依然存在问题，但只要多实地解决现场问题，加上科学管理，必然会获得良好的安全经济效益。锚杆机作业时定位完全由人工进行，锚杆定位效率低下，另外由于操作人员熟练程度和素质问题，使用初期达不到预定工效。同时在增加了锚杆机和临时支护后，掘进机液压系统构成较为复杂，相对故障率较高，尤其是液压部分故障容易影响生产。

随着当今煤矿采掘机械化程度的提高，掘锚护一体化的机械设备普及将是满足现代化煤矿开采机械化需求的有利手段。其应用从不熟练到较熟练，取得了较好的效果，月进尺比普通悬臂式掘进机高出很多，有效地缓解了回采工作面接续紧张的局面。回采工作面接续紧张的局面。掘锚联合机组能在解决截割、装运、行走、转载一体化的基础上，实现掘进、锚杆支护同步作业，从而大大提高掘进速度，满足了现有高产、高效采煤工作面的配套要求。

参考文献：

[1]付林．综掘锚杆支护装备的现状与发展趋势[J]．煤矿机电，2019，4．

[2]刘晓恒，等．煤矿掘进巷道锚杆支护方式的应用与分析[J]．煤炭机电，2018，02．

[3]杨双锁，等．煤矿巷道锚杆支护研究的总结与展望[J]．太原理工大学学报，2017，04．

[4]康红普，等．煤矿巷道支护技术的研究与应用[J]．煤炭学报，2018，11．