快速掘进锚杆支护设备的开发与应用

㊀第４０卷第３期㊀２０１９年６月

煤矿机电

ＣｏｌｌｉｅｒｙＭｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶｏｌ.４０Ｎｏ.３㊀

Ｊｕｎ.２０１９㊀

技术实践

王威.快速掘进锚杆支护设备的开发与应用[Ｊ].煤矿机电ꎬ２０１９ꎬ４０(３):７４￣７６.ｄｏｉ:１０.１６５４５/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｍｅｔ.２０１９.０３.０２２

快速掘进锚杆支护设备的开发与应用

王威

(中煤科工集团太原研究院有限公司ꎬ山西太原０３０００６)

摘㊀要:㊀近年来随着高效快速掘进技术在大断面巷道掘进和巷道开采方面的快速发展ꎬ巷道的成巷时间已缩短１/４ꎬ大大缓解了采掘失调的问题ꎮ现针对掘进机高效快速掘进系统ꎬ开发一种新型的锚杆转载机组ꎬ阐述了锚杆转载机组的整机布置ꎬ主要工作机构的设计方法ꎬ以及系统配套的使用情况ꎮ该新型锚杆转载机组通过４个月的井下工业性试验运行ꎬ基本实现了预期的目标要求ꎮ

关键词:㊀支护ꎻ转载ꎻ布置

中图分类号:ＴＤ３５３＋.６㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１００１－０８７４(２０１９)０３－００７４－０３

ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＢｏｌｔＳｕｐｐｏｒｔ

ＥｑｕｉｐｍｅｎｔｆｏｒＲａｐｉｄＥｘｃａｖａｔｉｏｎ

ＷＡＮＧＷｅｉ

(ＣＣＴＥＧＴａｉｙｕａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＴａｉｙｕａｎ０３０００６ꎬＣｈｉｎａ)

Ａｂｓｔｒａｃｔ:㊀Ｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓꎬｗｉｔｈｔｈｅｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｈｉｇｈ￣ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｆａｓｔｔｕｎｎｅｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｌａｒｇｅｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎｒｏａｄｗａｙｅｘｃａｖａｔｉｏｎａｎｄｒｏａｄｗａｙｍｉｎｉｎｇꎬｔｈｅｔｉｍｅｏｆｒｏａｄｗａｙｆｏｒｍａｔｉｏｎｈａｓｂｅｅｎｓｈｏｒｔｅｎｅｄｂｙ１/４ꎬｗｈｉｃｈｇｒｅａｔｌｙａｌｌｅｖｉａｔｅｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｍｉｎｉｎｇｉｍｂａｌａｎｃｅ.Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆａｎｃｈｏｒｒｅｌｏａｄｉｎｇｕｎｉｔｈａｓｂｅｅｎｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｆａｓｔｔｕｎｎｅｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｏｆｒｏａｄｈｅａｄｅｒ.Ｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｕｎｉｔꎬｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｔｈｅｍａｉｎｗｏｒｋｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｖｅｂｅｅｎｄｅｓｃｒｉｂｅｄ.Ｔｈｅｎｅｗｔｙｐｅｏｆｂｏｌｔｒｅｌｏａｄｉｎｇｕｎｉｔｈａｓｂａｓｉｃａｌｌｙａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅａｎｔｉｃｉｐａｔｅｄｔａｒｇｅｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｔｈｒｏｕｇｈｆｏｕｒｍｏｎｔｈｓｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｔｅｓｔｏｐｅｒａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:㊀ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇꎻｒｅｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎꎻａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ

０　引言

近年来ꎬ随着煤矿综采设备在成套化㊁重型化㊁大型化㊁智能化方面取得长足发展ꎬ综采工作面产能大幅提高ꎬ目前已经出现了年产千万吨级的超大型工作面ꎬ年消耗回采巷道数量大幅度增加ꎮ但掘进水平尚未得到相应提高ꎬ采掘比例失调ꎬ安全问题突出ꎬ资金及时间成本随之增加ꎬ煤巷无法实现快速掘进成为制约大型矿井高效集约化生产的关键问题ꎮ煤巷支护和高效快速掘进是矿区安全生产的重大基础性技术ꎬ世界上各主要产煤国家都十分重视其系统研究和集成ꎮ通常煤巷快速掘进以锚杆支护和机械化施工为主导方向ꎮ随着技术的进步ꎬ美国㊁澳大利亚㊁英国等国家的煤巷掘进技术已成熟ꎬ并大范围推广应用安全快速㊁机械化㊁一体化的成巷工艺ꎮ而目前我国煤巷掘进主要采用悬臂式掘进机与单体锚杆钻机进行配套作业ꎬ其适用范围广ꎬ但掘进速度低ꎬ主要是由于在巷道掘进过程中无法同步进行巷道的锚杆支护ꎬ两者需要交替进行ꎬ影响巷道的掘进速度ꎮ如何实现综掘开采的快速掘进已成为越来越多煤矿企业的重要课题ꎬ也是现阶段缓解采掘失调问题的主要手段ꎮ掘进过程中要想解决支护和运输同步进行的问题ꎬ需要在锚杆支护设备中增加一套运输系统ꎬ两者必须同步运行且互不干涉ꎬ借鉴原有锚杆钻车的工作基理和掘进机的运输系统ꎬ如何将两者有机并合理的结合起来是一个关键问题ꎮ本文

主要介绍整机的布置及其液压系统的设计过程ꎬ以

及整个系统的运行情况ꎮ１㊀整机布置

锚杆转载机组如图１所示ꎬ该设备涉及机械㊁电气㊁液压等多个专业ꎬ整机中部件繁多且相对运动复杂ꎮ考虑到我国煤矿的实际情况ꎬ在整机的研究过程中ꎬ主要对整机的适应性㊁稳定性㊁操作的方便性及整机的灵活性进行研究

ꎮ

图１㊀锚杆转载机组图

㊀㊀整机由底盘㊁锚护机构㊁料斗㊁卸料部㊁液压系统和电气系统等部件组成ꎬ如图２所示ꎮ高效快速掘进主要是实现掘进工作面的快速掘进㊁连续运输和平行锚护ꎬ掘进设备一般配套掘进机ꎬ配套设备需要实现连续运输和锚杆支护两种功能ꎬ故亟需开发一种新型的锚杆配套设备ꎮ考虑现场实际使用工况及掘进机的特点ꎬ整机设计时将运输机布置在机身中间ꎬ两侧分别布置两个锚护机构ꎬ为了降低运输机构对锚护机构的影响ꎬ锚护单元与运输单元采用分层布置ꎬ在运输单元的上部布置锚护单元和站人工作平台ꎬ为提高整机的适应能力ꎬ锚护单元采用单臂摆动机构和钻架旋转的布置方式ꎮ由于锚钻机构需要大范围地调整工作姿态ꎬ故在整机的前侧布置料斗装置和锚护机构ꎬ中后侧布置相应的液压油箱㊁泵站㊁电气系统及相关附件ꎬ尾部布置运输马达和运输槽

ꎮ

１－液压系统ꎻ２－电气系统ꎻ３－卸料部ꎻ

４－料斗ꎻ５－锚护机构ꎻ６－底盘

图２㊀锚杆转载机组结构示意图

２㊀钻架方位调整机构

锚杆转载机组配套综掘机实现高效快速掘进系统ꎬ掘进巷道中拱形和不规则的巷道较多ꎬ由于掘进机在掘进过程中受到地质条件的影响ꎬ故需要钻臂覆盖较大的支护范围ꎬ具备较强的适应能力ꎬ考虑到整机的适应能力及工况条件ꎬ将钻架的方位调整机构设计成单臂摆动机构的模式ꎬ并具备伸缩功能及调平功能ꎬ如图３所示ꎮ同时需考虑操作人员的操作空间及工作范围ꎬ在巷道支护过程中不仅需要进行顶板锚杆支护ꎬ还需要进行侧帮锚杆支护ꎬ钻架方位调整机构需要能覆盖整个巷道的锚杆支护ꎮ设计过程中应用力学分析软件对整个工作机构进行力学分析ꎬ并模拟工作状态对主要部件进行力学校核

ꎮ

１－伸缩摆动机构ꎻ２－调平机构ꎻ３－副工作平台ꎻ４－旋转机构ꎻ５－锚钻机构ꎻ６－正工作平台

图３㊀钻架方位调整机构图

㊀㊀钻架方位调整机构布置由伸缩摆动机构㊁调平机构㊁正副工作平台㊁旋转机构和锚钻机构构成ꎮ伸缩摆动机构实现大臂的左右摆动㊁上下升降和前后伸缩功能ꎬ整机在工作过程中依靠伸缩摆动机构调整锚钻机构的空间工作位置和工作姿态ꎬ通过伸缩摆动机构调整锚钻机构的工作位置和工作状态ꎮ调平机构在大臂升降过程中会随着升降油缸同步动作ꎬ以保证正㊁副工作平台相对地面始终保持水平姿态ꎬ提高操作人员的舒适性和方便性ꎮ旋转机构能够调整锚钻机构的工作位置ꎬ实现锚钻机构的顶板锚杆支护和侧帮锚杆支护ꎬ进行顶板锚杆支护时ꎬ操作人员可以站在正工作台上操作阀组ꎻ进行侧帮锚杆支护时ꎬ操作人员站在可移动的副工作平台上进行操作ꎮ

３㊀高集成开式变量液压系统

锚杆转载机组集行走㊁锚护和装运功能于一体ꎬ

其中行走和锚护不能同时运行ꎬ但装载运输系统要求始终保持运行状态ꎬ故在整机液压系统中配备锚钻和行走切换阀组实现液压系统的逻辑切换ꎬ并保

５７

２０１９年第３期

王威:快速掘进锚杆支护设备的开发与应用

㊀㊀㊀