机载锚杆钻机实现掘锚一体化的几点思考

机载锚杆钻机实现掘锚一体化的几点思考1、国内机载锚杆钻机研究现状我国煤矿锚杆支护技术起步较晚，掘锚一体化技术研究才刚刚起步，目前还没有能力生产连续采煤机和掘锚机组。根据我国实际情况，大多数矿井煤巷机械化掘进施工中一般采用悬臂式掘进机配单体锚杆钻机的作业方式，这种作业方式存在的主要问题是综掘机开进退出非常频繁，开机率不高，单体锚杆钻机依靠人工频繁搬动，造成辅助作业时间较长，占用人员多、掘进效率低、工人劳动强度大、单进水平低等。对悬臂式掘进机加装机载锚杆钻机是解决综掘诸多缺点的可行方法，国内在这方面做了许多有益工作。近年来，随着煤炭需求量的增长和采煤技术的革新，掘进问题再次成为煤矿生产的瓶颈，国内多家掘进机公司和科研单位对机载锚杆钻机进行了研制。如三一重工集团、石家庄煤机、佳木斯煤机厂和煤科总院太原分院等都对机载锚杆钻机进行了相应研究。煤科总院太原分院、西安科技大学和神华宁夏煤业集团共同研究开发的机载全液压单臂锚杆钻机，正处于样机的生产加工阶段。悬臂式掘进机加装机载锚杆钻机并不能实现掘锚平行作业，只能依次顺序作业，即掘进机截煤完成后停机,然后利用液压缸、滑道等将机载锚杆钻机推展至巷道迎头，进行打眼、安装锚杆作业。我国目前已有研究单位结合ABM20型掘锚机的结构特点开始研制适合我国煤矿井下使用的掘锚平行作业机组，但到目前为止我国还没有自行研制的掘锚机组。2、机载锚杆钻机主要特点目前已有多家研究单位与煤炭企业合作，在吸收引进国外掘锚一体化设备基础上，针对不同煤矿的特殊地质条件，自主研发出多款适合具体条件下的机载锚杆钻机。该机组主要具有如下特点：降低了工人劳动强度，改善了锚护工作环境。在综掘巷道中，当掘进机割煤，出煤后，掘进机后撤3-5m，然后将单体锚杆钻机人工移至工作面，进行打眼作业，打眼作业完成后还需将单体锚杆钻机移出工作面。使用该机组可以避免工人反复搬动单体锚杆钻机，打眼无需人工搬动锚杆钻机,只需简单操纵阀柄即可完成；割煤、出煤后，不需后撤掘进机就可完成锚护作业，因此减少了掘进机反复倒退、前进，对煤巷底板造成的影响，改善了煤巷底板环境；适应巷道断面范围广，可满足不同形状巷道和一般规程要求的大部分顶锚杆和帮锚杆的打设，与连续采煤机和掘锚机相比，适应巷道高度和宽度尺寸相对较小；机载锚杆钻机设计灵活，针对性、适应性强。可根据不同掘进机机型、地质条件和巷道断面要求，设计成单臂或双臂机载锚杆钻机形式；掘进机加装机载锚杆钻机后体积相对较小，可以给井下工人提供较为宽松的作业环境，便于井下工人生产，同时也便于掘进头通风；机载锚杆钻机对悬臂式掘进机性能影响小，包括掘进机司机操作方便性、安装机载锚杆钻机后的重心位置及接地比压改变、配套后的维检难度等；采用机载液压锚杆钻机与悬臂式掘进机的配套方式,简化了系统结构。液压锚杆钻机与掘进机液压系统集成，共用一套液压系统，这样可以省去为锚杆钻机另配置独立的动力源所带来的额外开支；掘进机机载锚杆钻机与综掘作业方式相比，所需工作人员较少，除更换钻杆、装锚杆、装药工序外，其余所有操作均由一人完成；机载锚杆钻机结构相对简单，故障检查、维修容易。3、机载锚杆钻机主要存在问题机载锚杆钻机安装方式机载锚杆钻机受到悬臂式掘进机自身条件限制，一般只能安装1台或2台锚杆钻机，目前安装方式有2种选择：①安装在掘进机截割臂上又称作机头式机载锚杆钻机；②安装在掘进机机身上又称作机身式机载锚杆钻机(见表1)。表1机载锚杆钻机安装方式机头式机载锚杆钻机通常安装2台液压锚杆钻机，利用液压油缸将锚杆钻机整体推移至巷道迎头，进行打眼、锚杆安装工作。这种安装方式又分为2种，一种是安装在截割臂前部(见图1(a))，该装备优点是结构简单、紧凑，重量轻，机载锚杆钻机展开行程短，可快速推进至迎头，缺点是机载锚杆钻机重量均落在掘进机截割臂上，打眼定位主要依靠掘进机截割臂的移动完成，灵活性相对较差；另一种是安装在截割臂后部(见图1(b))，该装备优点是机载锚杆钻机重量由掘进机机身和截割臂共同承担，打眼定位不需要调动掘进机就可完成，相互之间实现闭锁，结构稳定可靠，缺点是结构较为复杂，重量较重，适应巷道断面较大。由于司机操作台一般在掘进机机身侧面，当司机操作掘进机截煤时，以上2种机头式机载锚杆钻机均会影响到掘进机司机的操作视线。图1机头式机载锚杆钻机机身式机载锚杆钻机是利用液压油缸和滑道将机载锚杆钻机整机推移至巷道迎头，进行打眼、安装锚杆工作。该机型的机载锚杆钻机重量全部由掘进机机身承担，结构受力较合理，掘进机和机载锚杆钻机之间不允许同时动作，相互之间实现闭锁，人员操作较安全，打眼定位不需移动掘进机就可完成。通常有2种安装方式，一种安装在掘进机机身顶部，根据掘进机机型和巷道条件可以安装1台或2台机载液压锚杆钻机，该装备优点是结构较紧凑、简单，重量较轻，打眼定位灵活，不影响掘进机司机操作视线，缺点是锚杆钻机悬空进行打眼作业，悬伸臂、操作台和导轨结构受力较大,机构不稳定；另一种安装在掘进机机身两侧(见图2),该设备优点是结构稳定、可靠，能同时打顶眼和帮眼；缺点是整体结构不紧凑，机构复杂，重量较重，推展行程消耗时间较长，只能适应断面较大的巷道。图2机身两侧安装机载锚杆钻机悬臂式掘进机加装机载锚杆钻机的安装方式，会对将来该机组能否充分发挥其最优性能造成重大影响，必须针对具体掘进机机型，具体煤矿井下特殊地质条件，特殊巷道断面形状要求，认真研究机载锚杆钻机安装方式，科学合理地确定出机载锚杆钻机的安装方案，只有这样才能在今后使用当中达到预期目标。临时支护系统21世纪初，随着技术发展及对安全的要求，石家庄煤矿机械有限责任公司等单位研制了在悬臂式掘进机上加装机载液压临时支护。该I临时支护减小了工人劳动强度，加快了临时支护速度，在煤矿得到较好应用。目前悬臂式掘进机实现掘锚一体化设备的临时支护系统仍未得到有效解决，仍然是一个技术难题，若将临时支护和锚杆钻机简单地安装在掘进机上，则掘进机负重太重，严重影响掘进机正常工作，同时，煤巷底板抗压强度较低，也会出现较严重的卧底现象。国内该机组的临时支护基本采用较传统的金属前探梁的方式，该方法利用顶板已安装好的锚杆悬吊若干根工字钢或钢管，迎头掘进后，及时前移前探梁,起到临时支护的作用。这种方式虽然简单，但完全由人工操作，支护空顶间距大，支护强度低，给机械化程度较高的掘进工作带来很大安全隐患。因此，必须研究出重量轻、安全、方便、快捷有效的机载临时支护或独立的临时支护系统，从而能有效控制巷道顶板，保证工人作业安全，进一步发挥机组整体性能。机械化铺网作业悬臂式掘进机加装机载锚杆钻机完成了截煤、打眼安装锚杆的机械化作业，但对于锚网支护巷道还有一项很重要的铺网工作，没有实现机械化作业，仍采用较传统的手工铺网方式，由人工将金属网搬运至铺网地点，利用手工进行铺网作业，这种铺网方式速度慢，不适合掘锚一体化设备快速掘进的特点，必然影响掘进速度。因此，有必要研究机载铺网机或独立的自移式铺网设备，金属网在铺网设备上，随着掘进机前移，当机载锚杆钻机打完锚杆眼后、人员只需简单操作铺网设备，便可将金属网铺到指定位置，完成永久支护作业，实现掘、支、护工作的机械化、流水化作业从而大幅度提高煤巷掘进速度。锚杆安装工艺支护时间中最长的。安装锚杆的工艺过程一般为：安装钻杆一打眼一退出钻杆及清孔一安装药卷及插人锚杆一搅拌及安装托盘、螺帽。由于受到国内锚杆支护技术限制，机载锚杆钻机打眼、安装锚杆工作仍然采用较为传统的锚杆安装工艺过程，必然影响掘锚一体化机组掘进速度，这是目前机载锚杆钻机在煤矿使用效果不佳，不能有效提高煤巷掘进速度的一个重要原因，因此，有必要针对锚杆安装工艺，研究出新型锚杆支护装备来改变传统锚杆安装方法，从而提高我国煤巷锚杆施工的整体水平，使煤巷锚杆支护技术更加适应掘锚一体化实现煤巷快速掘进的要求。目前，澳大利亚正在开发试验锚杆自钻进注入树脂锚固剂的新型锚杆支护体系，以满足掘锚一体化巷道快速掘进的需要。这种锚杆支护体系直接利用带一次性钻头的超高强锚杆钻进，取消了换钻杆、插入树脂药卷、搅拌树脂等环节，使锚杆安装工序大为简化。4、结语目前国内悬臂式