两臂液压锚杆钻车在神东矿区的成功开发与应用分析

姚会军

(神华神东煤炭集团开拓准备中心机电办,陕西榆林 719315)

两臂液压锚杆钻车在神东矿区的成功开发与应用分析

姚会军

(神华神东煤炭集团开拓准备中心机电办,陕西榆林 719315)

锚杆支护是神东矿区高产高效矿井使用最为广泛、安全、经济、可靠的巷道支护方式,代表了巷道支护技术的发展方向;两臂锚杆钻车的开发和应用是根据综掘机单巷施工时无法使用大型锚杆钻车支护而专门量身开发的一款小型的机械化锚杆支护设备,主要用于煤矿综掘机掘进的煤巷或岩巷的顶板、两帮的锚杆、锚索支护,同时也可用于连采工作面帮锚杆的支护,弥补四臂锚杆钻车无法进行帮锚杆支护的不足;两臂锚杆钻车的成功开发和应用为神东矿区的高产高效矿井的建设发挥了巨大的作用,成为目前综掘队巷道支护中最为理想的设备。

锚杆钻车 支护设备 应用分析

神东煤炭集团经过20多年的不断发展壮大，主要得益于神东各级管理层超前的管理理念和敢于大胆引进国际最先进的煤矿装备并能够进行积极的消化吸收，现已成为最具有国际竞争力的大型煤炭企业，锚杆钻车的引进是推动神东煤炭公司快速发展的必不可少的设备，公司先后引进了费尔奇(FLETCHER-CHDDR-2)、朗艾道(LONGAIRDOX)的两臂锚杆钻车、澳大利亚约翰芬雷(JOHNFINLAY)的四臂锚杆钻车(ARO-40-RELMB-WT)以及经过神东公司与太原煤科院通过对引进国外机型的消化吸收、取长补短和进行吸收后再创新的研发模式与2004年研制出来首台CMM25-4四臂锚杆钻车。以上机型主要配套与短臂连续采煤机，仅在神东公司围岩条件好、巷道断面大的短壁开采与多巷道掘进中，取得了良好的应用效果，具有支护效率高、除尘效果好、操作简单、适应性强等优点，在井下生产中发挥了重要作用。在巷道围岩条件较差或单巷掘进时，设备的换位将占用大量时间，掘进进尺将大大降低，无法发挥其优点。随着神东煤炭集团各矿井的不断开采，煤炭的开采条件向广度、深度、难度不断延伸。2009年神东公司首次引进了三一重装的EBZ260和太原煤科总院的EBH-315和EBZ-220综掘机主要用于在神东公司各矿井进行全岩巷和半煤岩巷以及条件较为恶劣的无法使用连采设备施工的工程，由于综掘机施工的巷道条件多为单巷施工，无法配套使用引进的国外的两臂锚杆钻车和四壁锚杆钻车，只能使用最为原始的单臂液压钻机进行支护，严重影响了巷道的施工进度和施工质量，开发一种能够配套适应综掘机进行快速支护的钻车是解决综掘机机快速安全施工的必然之选。

两臂液压锚杆钻车是神东煤炭集团公司2010年根据当时公司的发展战略实现“四化五型”大神东、大专业化的发展要求，全面提升掘进装备水平，达到减人提效，实现安全快速专业化掘进的需要，神东煤炭集团公司于国内专业化锚杆钻车厂家共同开发和研制的，适用于神东矿区的一套国内首创、国际领先的能彻底改变综掘机单巷掘进时无机械化支护的专用支护设备，该钻车与综掘机配套使用，能够实现对掘进巷道顶板、侧帮锚杆及锚索支护的机械化作业，是目前国内使用综掘机掘进巷道的一种最为理想的支护设备，大大提高了支护速度、支护质量、降低了工人的劳动强度，达到了降本增效的目的，经过近一年的试用和不断完善，两臂锚杆钻车已经成为我中心综掘队不可或缺的装备，全面替代了以前的单体液压钻机和手持式煤电钻打眼支护，两臂锚杆钻车的开发和应用推动了我公司机械化装备水平进一步的提升，达到了预期目标。

1 锚杆钻车的主要参数、结构特点与工作原理

1.1 主要参数

(1)外形尺寸：长*宽*高=5600mm*1300mm*2020mm

(2)适应巷道断面：23m2

(3)最高支护高度：4200mm

(4)装机功率：45KW

(5)机重：约16T

1.2 结构特点及工作原理

(1)锚杆钻车由行走机构、机体部、推进机构、前部支撑机构、钻臂机构、液压系统、电气系统等七大部分组成。

(2)整机所有动作机构全部采用液压系统控制，整机结构合理、布置紧凑，各部件质量可靠，井下维修与保养方便，操作简单。

(3)钻车设有两套钻孔的钻臂及推进装置均采用液压系统控制，且两钻臂及推进机构可以独立或同时工作。

(4)两台钻孔推进机构可自由旋转不同位置和角度，独立进行顶帮锚杆锚索、迎头炮眼及探测孔的施工作业。

(5)设有可升降的前部临时支撑机构装置，对预支护空顶区域能够进行可靠的超前支护，有效的保证了支护人员安全，同时临时支护装置能够将顶部预支护网片一起撑起，保证了顶部网片挂设质量，降低了劳动强度，提高了支护速度。

(6)设有可升降的支护工作平台，可以使两钻臂整体随平台上下升降，以满足不同巷道高度的施工要求。

(7)同时还设有可左右转动和翻动的作业人员工作踏板，满足不同巷道宽度的施工要求，并方便作业人员操作。

2 锚杆钻车与综掘机配套使用时的工艺工序说明

首先，综掘机在工作面迎头进行掘进作业时，锚杆钻车停靠在综掘机后方的侧帮处(约15米以外的距离)。见图1：

然后，在综掘机完成一次掘进循环作业后，综掘机后退(距离工作迎头15米以外)并尽量贴帮停放。锚杆钻车从综掘机的一侧行驶到预支护区域进行锚杆支护作业。见图2：

最后，当锚杆钻车完成所有锚杆、锚索支护作业后，钻车收回各执行机构，退至综掘机后方停靠，再次启动综掘机前行至工作面迎头，进行下一循环掘进作业。

3 锚杆钻车支护与传统支护方式优缺点分析

3.1 施工安全系数得到大幅提升

(1)锚杆钻车设置了可移动、伸缩式的超前临时支护机构，支护人员始终站在有临时防护措施的顶板下工作；消除了支护人员在空顶下的作业的情况，大大的提高了作业人员的安全性；

(2)临时支护机构还具备托举网片的功能，在神东矿区所有巷道支护时全部设有顶网，在未使用锚杆机时操作人员需站在空顶下用手临时托起网片，由于锚杆钻车的超前支护装置，在撑起支护装置前操作人员可以将网片放置在临时支撑顶梁上方，网片随顶梁一起顶到顶板上，避免了人工托举网片带来的安全隐患，有效降低了作业人员的劳动强度。

3.2 减人提效降低劳动强度方面效果明显

(1)锚杆钻车只需配备一名主司机、两名支护作业人员就可以完成全部作业(包括：顶锚杆、帮锚杆、锚索、探顶底煤的深度、底板的地锚以及超前探放水等作业)；以往的作业方式是使用单体液压钻机支护顶板，煤电钻支护两帮，至少需要配备10名支护作业人员，配备2台单体液压钻机及2台煤电钻同时进行作业，支护速度慢，用人多、工人的劳动强度大。

(2)锚杆钻车上同时设置了可升降的工作平台，可根据巷道的实际高度自由调整作业的位置，替代了以往使用脚手架搭建工作平台或站在综掘机上进行作业的方式。

(3)钻车上还配置了两套可灵活变位的钻臂操作机构，仅需要通过操纵液压手柄就能实现全方位、多角度的作业，彻底取代了以往作业中操作工人需多人抬扛单体液压钻机和频繁移动液压泵站的情况，大大减轻了工人的劳动强度。

3.3 钻车功能全面操作灵活可靠

(1)锚杆钻车将多种钻孔作业及支护作业的集成在一起，简化了工作面支护设备的配置数量，全面取代了单体液压钻机和手持式煤电钻等作业方式。

(2)可以在同一平面的任意角度内进行钻孔作业，特别能适应在复杂巷道条件下的支护作业，可实现距离底板最低位置帮锚杆支护高度200mm，且锚杆与帮垂直(传统作业在800mm左右)，最顶部帮锚杆距顶板的距离可实现150mm(传统作业在500mm左右)；使用传统的施工方式支护完的最上部和最下部帮锚杆是倾斜的存在一定的角度不能保证垂直，整体支护质量较差，不能完全保证达到设计参数。

3.4 大幅提高了工作效率和支护质量

(1)采用锚杆钻车进行支护作业时，完成单根锚杆支护作业的时间(以每根锚杆的长度为2.2M计算，包括：钻孔、安装树脂、安装锚杆、搅拌及锁紧等环节)约2-3分钟，使用单体液压钻机打一根锚杆的时间约为7-10分钟，支护一根锚杆的时间能节约出约5-7分钟时间；完成单根锚索作业的时间(以每根锚索的长度为8M计算)约为12-15分钟，使用单体液压钻机打一根锚索的时间约为30-40分钟，支护一根锚索的时间能节约出约18-25分钟时间，支护效率得到了大幅提升，为生产创造了更多的时间，掘进进尺也得到了大幅提高，例如我中心综掘三队在施工半煤岩巷时在未使用锚杆钻车前每月掘进进尺约为150米左右，配备锚杆钻车后月进尺提高到300米左右，在施工全煤巷时掘进进尺由原来的月最高240米提升到550米左右，全岩巷由100米提升至200米左右，掘进效率和支护质量均得到了大幅提升，同时也增加了工人的收入。

(2)在使用单体液压钻机支护时由于是手持钻机扭矩过大会对操作工的手臂造成伤害，扭矩过小无法满足操作规程中对锚杆预紧力的要求，需人工进行二次紧固；使用锚杆钻车后其钻臂机构可提供250N.M的扭矩，彻底取消了人工二次紧固的环节，大大提高了工作效率及支护质量同时也避免了对操作工人的伤害。

3.5 作业环境得到了大幅改善

(1)锚杆钻车进行支护作业时，可实现对支护作业中空顶的预支护，操作人员在有临时支护的顶板下进行作业，保障了作业人员的人身安全。

(2)在使用单体液压钻机支护作业时(特别是在进行顶锚杆、锚索作业时)，操作人员直接站在钻孔的正下方进行支护作业，煤泥水会直接流在操作人员身上，即使操作人员身披雨衣，用胶带扎住袖口和领口，操作人员的工作服仍然会被淋湿湿透，对工人的身体损坏极大；自使用锚杆钻车进行支护作业后完全避免了淋水对工人身体的伤害，操作人员始终站在有永久支护的顶板下，站立位在距钻孔部位2米以外的位置进行操作，钻孔水全部流在底板上，操作人员避免了长期淋水对身体的伤害，现场作业环境得到明显改善。

3.6 目前存在的不足之处及防范措施

由于此锚杆钻车配套综掘机使用，受巷道条件和综掘机的影响，必然造成此锚杆钻车机身较窄，重心较高，结构紧凑操作人员工作空间较小等缺陷，根据存在的不足之处为了避免在钻车行走、检修或支护过程中造成人身伤害及设备损坏等事故需制定具有针对性的安全技术措施。

(1)人员上岗前必须经过培训并能完全熟悉掌握所使用设备的性能、结构和本安全技术措施。

(2)掘进过程中必须严格控制工程质量，严禁出现巷道大坡度起伏、淤泥深坑、左右高差过大等工程质量问题，锚杆机行走区域内浮煤必须清理干净防止导致的锚杆机左右倾斜发生侧翻事故。

(3)当底板不平或浮煤未清理干净有可能导致锚杆机前后起伏、左右倾斜时应立即停止并垫平后方可行走。

(4)在支护或行走过程中，锚杆机两侧严禁站人(包括紧固锚杆和清理浮煤等)，并在锚杆机后部悬挂“设备正在运行，周围严禁站人”的醒目警示。

(5)锚杆机起动前司机要查看钻车各机构的摆放位置是否安全、各种操作阀组是否在零位，油箱中油液的质量和液位高度是否正常等。

(6)锚杆机在运行时如发生故障或运行状态异常时，应立即按下就近的紧急停车按钮进行停车；进行检查，维修、维护时应在停机状态下进行，并将启动器隔离手柄打到“停止”位置并闭锁，防止有人误启动锚杆机造成事故。

(7)锚杆机液压系统较为复杂且压力较高，操作人员应熟悉液压系统。使用时，回转、推进、钻臂、行走机构以及其它辅助机构的工作压力不得超过液压系统的规定值，并不得随意调整出厂设定值。为防止意外伤人事故，拆装任何液压件(或油管)时，均应在油泵停机并对液压元件卸压后进行。

(8)锚杆机的整体布置较为紧凑，各机构动作较为灵活，操作不当易发生挤伤事故，为有效避免事故发生，并在左右摆动油缸和大臂升降油缸四根油缸活塞杆端部分别设置不小于80MM的限位垫。

(9)锚杆机在行走前，应将钻臂机构、推进机构等机构全部收拢到产品规定的最小运行状态，确认周围无影响锚杆机运行的器械、物件或井下设施，不会伤害机外有关作业人员，并在开机前由司机发出“呼叫”信息并按下司机座位旁的声光组合电铃的按钮，以防止意外事故发生。

(10)锚杆机在支护作业时，必须首先保证临时支护装置支护到位，并要随时注意观测顶板及围岩状况，防止顶板突然局部冒落或碎石下落、片帮等砸伤操作人员。

(11)支护机构和行走机构必须实现互锁，并对闭锁装置上锁(即支护时必须将驾驶室操作台上的液压互锁阀按下，并将左右行走操作阀进行机械闭锁，防止发生误动作)

(12)在正常支护时如需前后移动设备时，必须首先降下临时支

图1 掘进工作面锚杆钻车布置示意图

图2 掘进工作面锚杆钻车作业示意图

护装置，将工作平台降到最低位置，支护人员撤离锚杆机后方可移动。

(13)锚杆机在进行钻孔作业时，要注意使推进力适当，严禁使钻杆弯曲状态下工作，防止钻杆突然断裂或更换钻杆操作不当造成钻杆从钻孔中脱出而砸伤操作人员。本钻机回转转矩较大，进行钻进锚杆锚索孔时，不得手扶钎杆，要严防操作不当绞伤工作人员。

4 结语

通过近两年的使用和不断改进，两臂锚杆钻机的整体设计合理，各部件总体运行可靠，自动化程度高，大大减轻了工人劳动强度，改善了工人作业环境，完全可以替代现在大多数煤矿仍在使用的单臂锚杆钻机，同时此钻车也可在用于连采队帮锚杆、锚索的支护以及炮掘队炮眼的施工和支护等。两臂锚杆钻车的成功开发和应用为神东矿区的高产高效矿井的建设发挥了巨大的作用，成为目前综掘队巷道支护中最为理想的设备。只要我们能够从实际出发，致力于提高煤矿的技术装备水平，以降低工人的劳动强度，提高生产效率为出发点和落脚点，从现场中发现问题解决问题，开发出更多符合实际需求的实用性设备，全面提高装备水平，是摆在我们煤矿管理人员和技术人员亟待研究和解决的课题。