掘进机机载锚杆钻机及配套支护技术探讨

摘要： 对掘进机机载锚杆钻机及配套支护技术进行了研究，将掘进机与锚杆钻机有机集成于一体，实现综掘工作面的掘进、锚杆孔钻、锚杆安装的联合机械化作业，阐述了掘进机机载单臂锚杆钻机的结构组成及性能特点，结合高强度锚杆的支护形式及工艺，提高了锚护强度及效率。

关键词： 掘进机；锚杆钻机；支护技术

中图分类号：TD42 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）05-0060-02

0 引言

锚杆支护是目前煤矿井下巷道支护主要支护形式，在综掘工作面通常有三种配套方式，掘进机掘进完毕后，配套单体风动锚杆钻机进行支护；连续采煤机配套锚杆钻车，连采机采煤后退出工作面，具有自行走功能的锚杆钻车行驶到工作面进行锚杆打设，交替作业；掘锚机组自身配备有锚杆钻机，边掘边锚，掘锚平行作业。在我国煤矿井下巷道掘进以第一种型式为主，其掘进速度较其它两种慢，主要制约因素在于掘锚不能平行作业，掘进作业循环时间长。

锚杆支护施工设备主要是单体锚杆钻机。这种钻机由人工操作，机械化程度低、效率低、劳动强度大，而且钻机的技术指标不能满足目前大面积推广应用的高预应力、强力锚杆与锚索支护的要求。锚杆支护参数的设计没有考虑掘进设备的性能，而且锚杆支护密度过大，导致单位面积上施工的锚杆数多，严重影响支护速度。因此对掘进机机载锚杆钻机及配套支护技术展开深入的研究。

1 研究方法

依据现有设备工艺并与自主创新相结合的方式，对掘进机机载锚杆钻机的设计以及支护技术、锚杆快速安装、支护材料进行研究。采用仿真分析与试验研究相结合的原则，通过分析现有设备的结构、原理，并依据我国煤矿巷道实际情况及岩石硬度，完成掘进机机载锚杆钻机以及支护形式的研究。并对关键元部件进行中间检验和实验，确保元部件的可靠性。在实验过程中，选取不同的测量仪器和传感器来验证整机的参数匹配情况以及锚杆锚索的强度，然后进行地面组装调试，模仿井下巷道工况进行试验，检验设备的功能性及适用性。地面试验成功后，进行井下工业性试验。

2 掘进机机载锚杆钻机的研究

2.1 结构组成

掘进机机载锚杆钻机采用滑轨式锚杆钻机，在机身上布置一套推进机构，按照煤矿井下工作面锚护工艺要求来完成工作机构的展开和对锚孔操作。滑轨式锚杆钻机布置在原机型中部，在工作时该机构推展至锚护位置，完成钻、锚支护工作，实现了掘进和锚护的一机两用。

系统具体结构如图1所示，该装置由钻机、钻臂、基座、滑轨、液压系统和电气系统等几个部分组成，采用全液压传动。滑道采用压板框架式结构，槽形内置上板两侧平面为推进机构的滑动轨道，在滑道上安装基座，在基座底部采用油缸链条的倍增机构，可使机座在滑轨上前后移动。在机座上配置操纵台和钻臂等。钻臂由伸缩梁、旋转机构和推展机构组成，伸缩梁把钻机送入空顶区，旋转机构和推展机构配合动作实现预定位置的锚杆支护。

2.2 直联湿式钻箱可靠性

钻箱是钻机的主要组成部分，如图2所示，直联湿式钻箱主要由钻箱箱体、传动轴、锁紧盘、钻套、油封压盖、配液板、接头等组成。对直联钻箱的的联结方式以及内部结构进行了研究，钻孔时采用湿式除尘的方式，钻箱底部有两个油口，一个进水孔，增加了冷却和除尘效果，从而保证钻箱在工作过程中良好的工作环境。钻箱的传动轴直接与马达联结，减小了整个钻箱的体积，而且传动路线简单，可靠性高，易于维护。结合实验室试验的结果，通过各种结构及联结方式的改变，确定了最佳的匹配形式，提高了钻箱的可靠性。

2.3 锚杆钻进顶板临时支护技术

钻机顶板临时支护如图3所示，主要由顶尖、顶板和伸缩油缸组成，通过伸缩油缸的动作，使临时顶尖接触到巷道顶板，并根据不同巷道顶板条件给予不同的支撑力，从而保证钻孔的稳定性和准确性，加强整个钻架的刚度，进一步保证工人作业的安全性。而且还增加了下支撑稳定机构如图4所示，在进行锚护作业时，下支撑稳定机构的油缸深处，使支撑点着地，同时临时支护顶紧顶板，实现上下撑紧，减少了钻臂系统的振动，加强了锚杆钻机钻孔时的稳定性，使整个钻臂结构实现了顶板和底板的同时支撑，钻臂的受力情况从悬臂梁转化成简支梁，并减小了钻臂的变形。

图5中纵坐标的含义为钻臂的变形情况，实线和虚线分别代表增加上下支撑与不增加上下支撑的的结构，从图中可以看出，增加临时支护后，钻臂在作业时的位移变小，整个钻臂系统的刚度得以提高。

3 锚杆支护设计

锚杆支护的的形式与参数与围岩条件及相邻岩层组合关系和力学结构效应有关，首先根据巷道围岩条件，研究与掘进机机载锚杆钻机配套的锚杆支护形式与参数匹配、材料与工艺，合理布置锚杆的排列方式以及锚护角度。然后对高强度、高刚度、高可靠性锚杆开发，在保证安全支护效果的条件下，通过降低支护密度提高掘进速度。并且开展超快速固化树脂锚固剂的配方与材料开发，快速安装锚杆与锚索结构与材料开发，优化施工工艺。在原有支护工艺的基础上，减少锚杆数量，提高锚护效率和质量。

在支护形式的研究中，首先对围岩的地质力学特性进行评估，对围岩稳定性分类，对不同的围岩状态用不同的理论计算和数值模拟的方法确定锚杆支护的初始设计参数，然后进行工业性试验，对顶板岩层的结构进行实时探测，根据探测的结果及时发现隐患，对已支护的顶板进行加强，采取一定的控制措施，并修改未进行锚杆支护区域的设计，同时根据探测的结果对原有的参数进行修改，完善锚杆支护形式。

4 结语

掘进机机载锚杆钻机及配套支护技术将以简单实用、安全高效为特点，在缩短支护作业时间，提高设备利用率，提高掘进机进尺，不但提高掘进机机载锚杆钻机身的性能，而且提出了高预应力、强力锚杆支护的思路，兼顾掘进机和后配套设备的工艺匹配，合理布置锚杆的排列方式以及锚护角度，减少了锚杆数量，可提高锚杆单位面积的承载能力，提高了锚护强度及支护速度。

参考文献：

[1]康红普，王金华.煤巷锚杆支护理论与成套技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007.

[2]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报，2007，32（2）.

[3]朱庆山.煤巷锚杆支护技术研究现状[J].价值工程，2010（04）.