锚杆自动化作业系统应用技术分析

张春海 宗仲勇

摘 要：近年来，集团公司矿井采深不断加大，地质条件越来越复杂，我矿井下开掘主要支护品种的高强度左旋锚杆，其杆体直径达到Φ22mm，杆体长度达到了2800～3000mm，工人每天手工搬运锚杆10多吨，劳动强度非常大，效率低下，人工操作，个体差异造成产品质量不稳定，已经不能满足生产需要。从毛坯到成品，让锚杆生产实现自动化成为解决锚杆生产的最佳方案。根据锚杆生产工艺流程，参考国内外锚杆自动化作业系统的先进技术，通过对自动化锚杆作业系统的改造实施，结合国内现有的锚杆生产工艺路线，需要研制适合自身单位自动化锚杆作业系统。

关键词：锚杆;支护;自动化;作业

1 锚杆自动化作业的实施应用背景及目的意义

为了适应集团公司要求井下生产和支护向“大支护、强支护”发展的形势需要，扩大产品覆盖能力，提高职工经济收入，实现企业增收。锚杆自动化作业系统应用于生产实践，可以有力支持矿井支护技术升级，生产线职工无需动手搬运，减轻了职工劳动强度，全自动化运行，最大限度的解决了人工操作造成的技术指标偏差，产品质量更稳定可靠，操作人员远离工件，杜绝人身安全隐患，增加企业销售收入和职工工資收入，满足矿井生产需要。

2 锚杆自动化作业系统应用技术结构组成

锚杆生产技术改造组成包括：剪切→挤压→滚丝→戴螺母→捆扎。根据锚杆生产工艺流程，沿锚杆生产方向依次设置有储料架、拨料输送机、锚杆挤压缩径机、滚丝机、戴螺母机、捆扎机。其特征是：储料架上放置有锚杆坯料，储料架外侧设置有链式输送机，输送机输送带上设置有固定挡板，根据所要求的尺寸进行直头切断和45°斜头切断，输送装置将锚杆坯料依次运送至挤压缩径机、滚丝机、戴螺母机进行自动操作，戴螺母机后方设置有自动捆扎机，捆扎完成后，机械手臂将锚杆成品移动至成品堆放区。把每台独立运行的设备都设计成自动设备，设计一条自动输送大线，让各台设备挂靠在这条线上，采用CNC数控系统控制机械手抓取锚杆捆扎和投放;利用中央控制台监控各设备自动加工锚杆，在中央控制台上，设置PLC可编程序控制器和CNC数控伺服系统，PLC发出指令控制各台设备加工和运输，中央控制台上设置LED显示屏，显示屏上可设置锚杆生产效率，生产管理、打印、储存、故障报警、工艺流程显示等。通过互联网可以对自动生产线进行异地操控修复;设计出锚杆自动切断机、锚杆自动戴螺母机、拨料输送机、锚杆自动捆扎机系统并进行连接，实现一体化运行和集中控制。

3 锚杆自动化作业系统解决的主要技术问题

（1）锚杆自动生产线采用步进方式运送锚杆，各工序加工同步进行，连续出成品。在生产过程中无需人工传递，降低工人劳动强度，提高生产率。各台加工设备能够实现自动控制，设备之间实现互相控制，建立每台设备智能化和中央总线实现遥测、遥信、遥控、互控、遥调等网络信息自动化控制系统。在主运输线上可以随意增减和挂靠多种设备，实现一线多功能布置设备。当生产工艺改变时，稍加改变就可以适应生产线的生产要求，实现快速应变。

（2）锚杆戴螺母机首次实现上螺母成功率高于99%，并且在戴螺母过程中，对首次未安装成功锚杆进行二次上螺母，进一步提高成功率，在戴螺母过程中可以自动检测出无法戴螺母的锚杆，从而在后续步骤中解决，锚杆戴螺母机与锚杆自动生产线高度集成，提高自动化进程，解放人力，提高锚杆产品质量控制能力。

（3）锚杆自动生产线上的锚杆自动捆扎机，能够满足锚杆捆扎过程的捆扎根数变化，每捆3～5根可以根据需要设定，实现多根锚杆的自动化捆扎，捆扎精度高，捆扎过程中无残留的多余捆丝，保证了自动化生产的顺利进行。无需人工捆扎，节约人员使用，捆扎效率大幅提高。

（4）主控程序实现模块化编程。所谓模块化编程就是将实现某一功能的程序封装成一个子程序，在实现此功能时，主程序调用该子程序即可。模块化设计思想具有以下突出优点：a.程序结构清晰，可读性强。b.简化编程，主程序调用子程序模块即可实现功能。c.可移植性强。在设计自动化生产线时，将编写好的模块移植过去即可。d.易于修改，不影响其他模块。e、为了细化控制功能，锚杆全自动生产线工作时设计有三种工作模式，分别是手动模式、自动模式、调试模式。

4 锚杆自动化作业应用工业试验分析

锚杆自动化作业系统于在第一次试生产过程中，基本实现了设计目标，发现的问题采取的优化措施：

一是下料过程中由于杆体直径大，强度高，单次截断4根，振动过大，造成下料机地基开裂。由于锚杆坯料直径最大为φ22，强度最大达到600Mpa，设计单次同时截断4根，振动和冲击力巨大，下料机预埋地基出现裂纹，地基造成了部分损害。我们对地基和地脚螺丝、预埋钢板、紧固件进行了更换和加固，升级切断刀具，彻底解决了这个问题。

二是自动戴螺母机不能匹配多种规格型号的螺母。由于锚杆规格多，造成螺母规格多，M22扭矩螺母、M22六角螺母、M24扭矩螺母、M24六角螺母，原始设计的自动戴螺母机不能通用，必须更换振动盘，安装程序繁琐，更换工作耗时长，调整后可靠性差、通用性差。在实际生产中，自动戴螺母机成为提高生产效率的制约性瓶颈。我们经过反复试验，制作了数套螺母机内部控制程序和抓取机械手，实现了不同规格螺母的通用性，生产效率大幅度提高，完全可以满足预定的技术指标要求。

5 锚杆自动化作业系统应用效果分析

锚杆自动化作业系统在应用期三个月时间已经产生了显著的经济效益和社会效益，实现销售收入658.4万元，实现利润13.9万元。根据我矿市场容量，年实现销售收入2640万元，实现利润55.4万元。职工使用人员从24人下降为6人，大幅度减轻了职工劳动强度，减少工资支出1094256元，降低生产成本，增强了产品竞争力和自动化装备水平，值得在集团公司内外进行推广使用。

参考文献

[1]张东宝，王静.带铺网装置的锚杆钻车临时支护设计[J].煤矿机械，2019，40（03）：98-99.

[2]周远航，李剑雄，李大伟.隧道锚杆台车行走系统设计[J].邵阳学院学报（自然科学版），2018，15（05）：66-70.