矿井巷道组合式锚杆钻机支护平台的设计

郝富明

（晋能控股煤业集团地煤精通兴旺煤业有限公司， 山西 大同 037000）

引言

近几年，快速掘进技术逐渐完善，巷道围岩的支护能够有效地实现煤矿稳定的产量，并且能够在一定程度上减少相关人员工作时出现安全风险。传统煤矿巷道支护作业通过单击支护的形式，即通过相关工作人员手持锚杆钻机操作，在进行锚杆钻进时会出现钻孔效率低下的现象，且工作人员工作负担比较重，因此，钻孔精度的高度取决于工人的工作经验，对巷道作业的开采进度起着至关重要的作用，在面对快速掘进作业要求和支护系统建立的需要，传统的锚杆钻机已不能满足生产需求。因此，设计了组合式锚杆钻机支护平台，能够满足对顶部围岩和侧帮围岩实现同步作业，一次实现多根锚杆打孔作业，不仅大大提高了巷道支护过程效率，且实现了顶帮和侧帮围岩的强化，该设计能够而改善煤矿产量，实现快速掘进。

1 组合式锚杆钻机支护平台结构设计和参数化建模

在当前的煤矿巷道支护过程中，锚杆钻机作为这一种主要的支护装备，通常情况下，和掘进机相结合进行，在以后的发展中，越来越关注对掘进和支护实现同步作业。传统巷道掘进出现的弊端是工作环境较差，长期面对潮湿、多尘、噪音大的环境，对工业人员的身心健康带来危害。因此，在采用组合式锚杆钻机进行作业时，应该满足在长期复杂的环境下进行，适应周围环境带来的影响，且能够确保满足进行多点同步打孔的要求，从而大大提升了钻孔效率以及支护速度，在进行组合式锚杆钻机设计过程中，应该需要满足以下要求[1-2]：

1）面对煤矿井下的复杂情况，组合式锚杆钻机能够很好地适应，确保钻机拥有良好的刚度，在对顶板支护时具有较强的承载强度。

2）组合时锚杆的驱动方式为液压驱动，和掘进机使用相同的液压泵站，在出现大偏载作业情形下，井巷道顶部的钻孔任务时，能拥有很好的稳定性。

3）由动力源、运动机构等相关部分构成，实现了组合式锚杆钻机的通过性。

4）通过分析巷道支护所需要的条件，进行顶部钻孔作业，达到能够同时进行多根锚杆作业的目的，从而实现了针对不同参数的锚杆机构进行适应[3]。

通过SolidWorks 对各个零部件进行绘制，然后将各个零部件进行组装，如图1 所示为组合式锚杆钻机三维模型图。

图1 组合式锚杆钻机三维模型图

通过履带的形式可以形成井下位置的变动，且能够达到对顶部的钻孔相关工作，在进行对液压系统调整时，每个液压油缸和履带位移机构能够通过操作控制器进行调整，其具有的优势是能够实现高精度作业，适用于井下的环境。

2 组合式锚杆钻机电气液压控制系统设计

具有高性能的液压控制系统能够对组合式锚杆钻机进行有效地调整，液压控制系统是锚杆钻机工作过程的关键。其中采用比例多路阀的原理是双重控制进行，有两种控制形式，一种是实现手动控制，另外一种是实现自动控制，通过采用多点控制能够是避免在作业中出现故障无法及时进行修复。组合式锚杆钻机采用比例多路阀。如图2 所示为多路换向阀工作原理详细图。

图2 负载敏感多路换向阀液压系统原理图

从图2 中可以看出，该液压系统主要是由负载敏感阀、控制阀、变量油缸等构成，该换向阀是属于组合阀的类型，主要是由尾板部件、连接块等组成，该多路换向阀的作用是能够确保对液压执行元件的位移进行调节，并且也能够对履带执行元件的位移方向进行调整，能够实现对多个执行部件在相同时间内进行作业，从而有效地记录不同的流量值，采用负载敏感多路换向阀能够实现对执行机构的流量数值进记录和分析，测得泵输出的排量值。

对多路换向阀采用手动调整，并对每个阀口的闭合情况进行控制，当前，负载敏感换向阀装有降压阀，一边的作用是能够实现对出口的弹簧力值进行控制，另一边能够实现换向阀进口压力值的控制，因此，弹簧对阀口的压力差起到控制作用。面对阀口开度稳定的情况下，保持流量不变，能够调整执行元件的流量，使其受到较小影响。

3 组合式锚杆钻机电气控制系统设计

钻机液压系统是一种WLZ-72 型液压系统，该系统主要是由液晶显示器、遥控接收器、负载敏感比例多路阀等构成。采用对遥控发射器的调整能够达到对钻机的顶锚、左帮和右帮锚进行远程控制。如图3 所示为组合式锚杆钻机进行遥控发射器远距离遥控控制的具体流程图。

对组合式锚杆钻机控制的相关过程进行分析研究发现，该流程图由复位过程、顶升过程等组成，这些过程的共同点是都由手柄来进行远距离作业，电力控制系统包括显示器、隔爆兼本质安全型的控制柜、电源开关等构成，且此外还包括信号线的相关配件，运动的控制器能够实现为移动装备的相关设计提供参考，通过采用能够实现编程的控制设备进行相关任务，目前，普遍采用的是CODESYS 3.5 编程软件，满足 IEC61131-3 的相关规定，且能够满足 FBD、IL、ST、LD、CFC、SFC 六种语言[4]。采用 CAN 总线进行对传感器信号的记录和分析，实现在控制器的输出部分进行连线操作，控制器的输出功能具有的特点是能够对电压阀、电液比例阀进行直接调整操作，最终通过针对性的控制器对主运动进行调整。一般情况下，采用该控制系统具有的优势是实现高的控制精度，具有较高的可靠性和高的工作效率，实现在井下复杂环境中作业要求。

4 应用效果分析

根据相关研究表明：采用组合式锚杆钻机能够达到临时进行顶板支护的目的，并且实现了并排打钻的工作任务和在同时间内进行多台锚杆钻机作业，控制系统能够达到较高的精度，面对临时支护所需要的强度要求能够很好地适应，还能够对钻进压力和速度进行控制，从而实现了快速掘进，对以后煤矿巷道支护速度起到了重要的推动作用。

5 结语

过去采用的传统锚杆钻机只是适用于单独打钻功能，在进行打钻作业时速度较慢，导致了支护的速度减小，因此针对该现象设计了组合式锚杆钻机，通过采用SolidWorks 进行三维绘制，且制定了液压控制系统方案，确保能够在相同时间内多台钻进作业，多台锚杆钻机能够根据不同的压力进行作业，能够适应不同的环境，从而有效提升了工作效率，达到快速支护目的。