跨骑式五臂钻车结构设计与应用

张 娟

(山西天巨重工机械有限公司，山西 晋城 048000)

0 引言

我国煤矿90%以上为井下开采，随着煤矿现代化步伐的加快，煤矿设备正在向重型化、大型化的方向发展，整机输送、安装和检修的需求使得巷道断面不断增大，巷道宽度多数已超过5.0 m。大断面巷道采掘衔接是直接影响矿井高产高效的关键所在,锚杆支护技术是大断面巷道支护的一种快速有效支护方法，巷道掘进支护工序时长约为一个工作循环时长的三分之一左右。在使用单体锚杆钻机、气动凿岩机等进行支护作业时还需要人工搬运钻机、搭脚手架等工作，支护时间更长，掘进效率低。近年来，随着采矿装备越来越先进，支护装备还停留在原来的水平，多个矿业集团都存在着采掘不衔接的问题，导致掘进跟不上，形不成综采工作面[1]。要想改变现有的掘锚杆支护工艺状况，提高锚杆支护施工速度和支护质量，新型大断面五臂锚杆钻车必须在以下几个方面有所突破：①多功能化，钻车五套钻臂可同时展开，互为补充，快速对顶、帮巷道进行锚护施工作业；②跨骑式行走，机组机体跨骑式结构不仅要适应皮带运输机跨骑尺寸要求，还需满足刮板输送机、二运转载机跨骑尺寸要求，整机适用范围广；③智能化，整机采用视距范围内操控系统设计，操作方便快捷，安全性高。为此，本文介绍了CMM5-30跨骑式五臂钻车的组成、工作原理及主要结构。

1 跨骑式五臂钻车的组成及工作原理

跨骑式五臂钻车属于煤矿井下履带行走设备，主要由机体部、钻孔推进装置、两套前钻臂、一套中钻臂、两套后钻臂、行走部、电气系统和液压系统等几大部分构成，如图1所示。巷道掘进时，掘进机在前方进行截割煤壁作业，跨骑式五臂钻车利用其前后连接梁内部空间跨骑在皮带运输机上方，跟随掘进机同步进行锚护作业，实现掘锚平行，大幅提升掘进支护效率[2，3]。

2 CMM5-30跨骑式五臂钻车主要技术参数

CMM5-30跨骑式五臂钻车主要技术参数如下：

工作范围(宽×高)(mm)： 6 500×3 500；

总装机功率(kW)： 132；

行走方式： 履带式；

行走速度(m/min)： 12；

爬坡能力(°)： ±16；

钻臂数量(台)： 5；

钻进锚杆、锚索孔直径(mm)：Φ27～Φ42；

钻进锚杆、锚索孔深度(m)： 20；

钻进锚杆、锚索孔用钻杆规格： B19/B22；

推进器推进行程(mm)： 1 660；

推进器推进速度(m/min): 5。

1-中钻臂；2-前钻臂；3-机体部；4-行走部；5-后钻臂；6-钻孔推进装置

3 CMM5-30跨骑式五臂钻车关键技术

为突破现有大断面巷道围岩支护工艺限制，形成安全高效的大断面巷道掘锚平行作业体系，满足煤矿井下巷道快掘、快支、快运的要求，本CMM5-30跨骑式五臂钻车可跨骑在高度不大于1 m、宽度不大于2.1 m的带式输送机上，配合掘进机、带式输送机等设备实现顶帮的同时平行作业，大幅提高了巷道掘进效率，实现高效、节能、省时省力的安全生产，提高支护装备对巷道掘进的适应性。

3.1 机体部

机体部作为整个机组的承载基础，采用高强板经精加工而成，包括前连接梁和后连接梁，前、后连接梁下部与履带连接，前、后连接梁之间采用销轴与螺栓前后连接；前、后连接梁均采用门架式结构，中间部分留出足够大的空间方便机组跨骑式行走。机体部结构如图2所示。

1-前连接梁；2-后连接梁

3.2 钻臂部

该钻车钻孔机构全部采用液压控制，操作简单、动作灵活，能够解决目前国内液压锚杆钻车功能单一、施工效率低、劳动强度大、机械化程度低和灵活性不高等诸多问题。

3.2.1 前钻臂

前钻臂安装在前连接梁的前端，主要由伸缩装置、升降机构、调整机构和钻孔推进装置组成，其结构如图3所示。前钻臂呈左右对称布置，伸缩装置在伸缩油缸的作用下可左右伸缩，升降机构中的传动装置采用链条放大机构实现钻机的上下升降功能，调整机构可带动钻机在一定角度范围内调整，通过各机构互相配合实现钻机在宽度、高度范围内不同锚杆锚索孔的机械化作业；左右两部钻机配备的钻孔推进机构通过液压控制，配合大角度旋转的摆动油缸及多功能钻臂装置，快速实现不同位置及角度的顶钻、帮钻及锚杆锚索孔的钻孔作业。

1-伸缩装置；2-升降机构；3-钻孔推进装置；4-调整机构

3.2.2 中钻臂

中钻臂机构安装在前连接梁中间位置，主要完成垂直巷道顶板的顶锚杆、锚索的钻孔作业，钻臂可在水平方向左右旋转90°，可以满足多种间距的顶锚杆、锚索的机械化作业；钻臂本身可做伸缩调整，实现顶部锚索孔的位置要求，且推进机构配备有360°旋转的摆动缸，以达到快速定位、快速钻孔的目的。中钻臂结构示意图如图4所示。

3.2.3 后钻臂

后钻臂对称安装在机体部后连接梁左右两侧，采用独立的悬臂机构，该机构的主要作用是配合前钻臂机构平行实施帮锚杆的钻孔作业，以及滞后补打顶锚杆锚索的工作。后钻臂结构示意图如图5所示。

五套钻臂按照“前二中一后二”的方式布置，左右前钻既可施工顶板锚杆孔，也可施工角锚杆孔、侧帮锚杆孔等；中钻主要施工巷道中间位置顶板锚杆锚索孔；后钻主要补打滞后的顶板侧帮锚杆锚索孔。前、中、后钻配合作业、互为补充、互不干涉，大幅提升了锚护作业效能。

1-钻孔推进装置;2-摆动油缸;3-套筒伸缩总成;4-钻臂升降油缸;5-钻臂回转座;6-回转驱动

1-钻孔推进装置;2-钻臂机构

4 实际应用

CMM5-30跨骑式五臂钻车自2020年6月～2021年2月在晋兴斜沟煤矿第一项目部18106材料巷施工，巷道宽5.8 m、高3.8 m；顶锚杆每2.6 m布置7根，排距1 m，间距0.9 m;帮锚杆每2 m布置3根;锚索工艺为2-1-2形式布置，长度为5.5 m。本钻车施工位置如图6所示，根据巷道掘支平行掘进工序要求，合理组织人员进行施工作业。最高日进尺达到21 m，最高月进尺达到576 m，日均进尺由原来的5 m提升至21 m(每月按30天算)，掘进速度大幅提高。

1-迈步式临时支护;2-掘进机;3-桥式转载;4-可伸缩式自移带式输送机;5-CMM5-30跨骑式五臂钻车

5 结语

本跨骑式五臂钻车是一种新型的跨皮带式支护装备，采用跨骑式行走模式，与掘进机、可伸缩式自移带式输送机配套，能实现顶帮快速同时支护，整机动作全部采用液压控制，钻孔定位准确，钻孔速度快，与掘进机和自移带式输送机形成的快掘、快支、快运的模式创新了掘进过程中支护作业的施工工艺方式，提升了支护作业施工的机械化水平，实现了井下锚杆支护作业高度集成、快速施工的目标。