摘要：隨著煤礦開采技術(shù)的不斷深入,松軟巖層支護(hù)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展，探索巷道支護(hù)機(jī)具的創(chuàng)新應(yīng)用和細(xì)致研究，對(duì)巷道掘進(jìn)效率、安全生產(chǎn)和支護(hù)質(zhì)量十分必要。對(duì)此，本文以鐵煤集團(tuán)小康煤礦巷道支護(hù)為切入點(diǎn)，通過(guò)對(duì)底板錨索施工現(xiàn)狀的分析，突出新技術(shù)在巷道支護(hù)中的積極作用，對(duì)自主研發(fā)的臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)進(jìn)行了全面介紹，以期促進(jìn)巷道掘進(jìn)速度和支護(hù)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：松軟巖層 ?支護(hù)技術(shù) ?臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)?

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1 背景介紹

鐵煤集團(tuán)小康煤礦開采深度270-730米，地質(zhì)條件復(fù)雜，圍巖松軟，穩(wěn)定性差，隨著巖體應(yīng)力分布平衡狀態(tài)被破壞，巷道加速變形。為確保松軟巖層的巷道支護(hù)質(zhì)量，在巷道幫、頂支護(hù)上，通過(guò)采用錨索、錨桿、錨網(wǎng)+金屬棚+澆筑混凝土聯(lián)合支護(hù)技術(shù)，切實(shí)使巷道圍巖得到了有效控制。然而在底板支護(hù)上，受施工機(jī)具制約，一直沒(méi)有采用錨索支護(hù),造成巷道底鼓嚴(yán)重，經(jīng)常維護(hù)，影響安全生產(chǎn)，增加經(jīng)濟(jì)投入，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大。

當(dāng)前，錨索施工常用氣腿式鑿巖機(jī)和風(fēng)煤鉆進(jìn)行打眼和錨注。在幫頂錨索施工中，因成孔方位較好，施工較容易，成孔速度、質(zhì)量和效率較高。然而在底板錨索施工中，成孔方位向下且較深，使用常規(guī)機(jī)具，采取常規(guī)措施，施工難度較大。若采取設(shè)備固定和增加推進(jìn)力等輔助措施，存在定位不精確，設(shè)備不牢固，鉆進(jìn)不穩(wěn)、效率不高等諸多問(wèn)題。為此，我們堅(jiān)持問(wèn)題導(dǎo)向，立足生產(chǎn)實(shí)際，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，自主研發(fā)了一種新型、高效的專用于巷道底板錨索施工的專用設(shè)備——臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)，彌補(bǔ)了巷道支護(hù)短板。該設(shè)備以壓縮空氣為動(dòng)力源，動(dòng)力單一，安全可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鉆機(jī)架設(shè)輔助時(shí)間短，移進(jìn)速度快，操作輕松，極為方便，大大節(jié)省了勞動(dòng)力，切實(shí)解決了底板支護(hù)難題，也有效降低了巷道維修投入。

2 臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)技術(shù)性能

2.1 結(jié)構(gòu)組成

臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)以井下壓風(fēng)為動(dòng)力源，采用全氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)。由機(jī)架、固定機(jī)構(gòu)、提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)、鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、穩(wěn)定與夾緊機(jī)構(gòu)、排塵集成系統(tǒng)、操作系統(tǒng)等組成。其結(jié)構(gòu)圖如下：

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圖1 ?臺(tái)車式全氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1—機(jī)架，2—固定機(jī)構(gòu)，3—提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)，4—鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)，

5—行走機(jī)構(gòu)，6—穩(wěn)定與鉆桿鎖緊機(jī)構(gòu)，7—排塵集成系統(tǒng)，8—操作系統(tǒng)

2.1.1機(jī)架

機(jī)架是由DN32焊接鋼管組合而成的框型結(jié)構(gòu)，用以固定其他結(jié)構(gòu)和部件，是鉆機(jī)結(jié)構(gòu)組成的基礎(chǔ)。

2.1.2固定機(jī)構(gòu)

固定機(jī)構(gòu)由固定在機(jī)架兩側(cè)的兩個(gè)單體風(fēng)動(dòng)缸及機(jī)架底部支腿的四個(gè)螺旋調(diào)節(jié)支座聯(lián)合構(gòu)成。單體風(fēng)動(dòng)缸風(fēng)桿端頭焊接一個(gè)圓鋼制作的椎體，風(fēng)桿伸出可直接頂在巷道頂板上。螺旋調(diào)節(jié)支座方便在底板高低不平的情況下調(diào)節(jié)機(jī)架的整體水平，保證鉆進(jìn)成孔的垂直度。

2.1.3提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)

提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)主體為固定在機(jī)架上的一個(gè)單體風(fēng)動(dòng)缸，風(fēng)動(dòng)缸通過(guò)滑輪組和細(xì)鋼絲繩與鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)上下相連?；喗M穿繩方式設(shè)計(jì)成風(fēng)缸行程是鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)行程的2倍，目的是滿足風(fēng)缸行程需要和減少鉆機(jī)整體外形尺寸。

2.1.4鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)

鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)由風(fēng)煤鉆機(jī)、鉆頭、滑架和滑道組成。滑道使用Φ26的圓鋼制作兩端車扣用螺帽固定在機(jī)架上。風(fēng)煤鉆機(jī)固定在滑架上并與提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)的細(xì)鋼絲繩連接，滑架可沿著滑道上下運(yùn)動(dòng)。鉆進(jìn)時(shí)，風(fēng)煤鉆通過(guò)提升與推進(jìn)風(fēng)缸及下部連接鋼絲繩給機(jī)頭一定的向下推進(jìn)力。

2.1.5行走機(jī)構(gòu)

行走結(jié)構(gòu)由行走輪支座和充氣式輪胎組成，行走輪支座固定在機(jī)架上。可實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)的快速移進(jìn)。

2.1.6穩(wěn)定與鉆桿鎖緊機(jī)構(gòu)

穩(wěn)定與鉆桿鎖緊機(jī)構(gòu)分為鉆進(jìn)時(shí)釬桿的穩(wěn)定裝置和退釬桿時(shí)的釬桿鎖緊裝置。穩(wěn)定裝置由固定在機(jī)架上的兩片鋼板通過(guò)穿銷連接組成略大于釬桿直徑的圓形限位孔。釬桿鎖緊裝置是由一個(gè)單體風(fēng)缸和齒輪聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，在鉆機(jī)反轉(zhuǎn)退卸上部釬桿時(shí)，用來(lái)夾緊下部釬桿防止下部釬桿轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.1.7排塵集成系統(tǒng)

排塵集成系統(tǒng)由封閉倉(cāng)、吸塵機(jī)、粉塵收集袋、釬桿吹風(fēng)系統(tǒng)組成。封閉倉(cāng)預(yù)留鉆桿通過(guò)孔叩放在底板上，在鉆進(jìn)時(shí)，孔內(nèi)粉塵由高壓風(fēng)從鉆孔內(nèi)吹出通過(guò)吸塵機(jī)進(jìn)入到粉塵收集袋內(nèi)，達(dá)到環(huán)保降塵，改善作業(yè)環(huán)境的效果。

2.1.8操作系統(tǒng)

操作系統(tǒng)由控制閥、高壓膠管、連接件等組成。控制閥通過(guò)固定架固定在機(jī)架上，分上下兩部分。上部分兩個(gè)控制閥，分別控制鉆機(jī)機(jī)頭的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。下部分六個(gè)控制閥，由總風(fēng)閥和左右固定風(fēng)缸控制閥、提升與推進(jìn)風(fēng)缸控制閥、鎖緊裝置風(fēng)缸控制閥、釬桿吹風(fēng)控制閥和吸塵機(jī)控制閥。

2.2 技術(shù)參數(shù)

????底板錨索鉆機(jī)整體外形尺寸1.3/0.5/2.4m，額定工作壓力0.5Mpa，提升與推進(jìn)風(fēng)缸行程0.8m雙循環(huán)，固定機(jī)構(gòu)風(fēng)缸行程1.3m，風(fēng)煤鉆轉(zhuǎn)速260r/min,扭矩110n/m，鉆桿采用中空螺旋鉆桿，直徑30mm,長(zhǎng)度1000mm。適應(yīng)巷道高度最低2.6m,最高4.6m。 鉆孔直徑35mm，鉆孔深度15m,整機(jī)重量約65kg。

2.3 操作方法

2.3.1穩(wěn)機(jī)

以人力將底板錨索鉆機(jī)平推到施工地點(diǎn)，豎直立好。接通壓風(fēng)風(fēng)源，控制提升與推進(jìn)風(fēng)缸控制閥將風(fēng)煤鉆提升至最大高度后安裝釬桿。然后再次控制提升與推進(jìn)風(fēng)缸進(jìn)行孔位定位。通過(guò)調(diào)整機(jī)架和機(jī)架底部的螺旋支座使整機(jī)水平，釬桿垂直，精準(zhǔn)定位孔位。操作左右固定機(jī)構(gòu)風(fēng)缸控制閥將風(fēng)桿伸出頂在巷道頂板上。利用釬桿穩(wěn)定裝置將釬桿限位，安裝排矸集塵裝置，完成鉆進(jìn)前鉆機(jī)穩(wěn)固和準(zhǔn)備工作。

2.3.2鉆孔

開通鉆桿吹風(fēng)和排矸裝置吸塵機(jī)風(fēng)閥，然后控制風(fēng)煤鉆正轉(zhuǎn)控制閥和提升與推進(jìn)風(fēng)缸控制閥，給風(fēng)煤鉆一定的向下推力，使釬桿逐步向下鉆進(jìn)。邊鉆進(jìn)，孔內(nèi)的矸石粉末由高壓風(fēng)吹出，通過(guò)吸塵機(jī)收集到矸石收集袋內(nèi)。一段釬桿鉆進(jìn)結(jié)束后，接上另一段釬桿繼續(xù)鉆進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)要求的鉆孔深度。

2.3.3退鉆桿

達(dá)到鉆孔設(shè)計(jì)深度后，關(guān)閉鉆桿吹風(fēng)和吸塵機(jī)風(fēng)閥，移開排矸系統(tǒng)。操作釬桿鎖緊裝置將第二段釬桿鎖緊。再同時(shí)操作提升與推進(jìn)風(fēng)缸及風(fēng)煤鉆反轉(zhuǎn)風(fēng)閥將第一段段釬桿卸下。然后再將風(fēng)煤鉆與第二段釬桿連接，打開鎖緊裝置將下一整段錨桿退出，直到第三段釬桿可以用鎖緊裝置鎖住的位置。操作鎖緊裝置和風(fēng)煤鉆將第二段釬桿卸下。重復(fù)上述程序直到將全部釬桿從鉆孔內(nèi)提出。

2.3.4注錨索

向孔內(nèi)放入樹脂錨固劑，更換風(fēng)煤鉆鉆機(jī)錨索連接裝置，將錨索一端引入鉆孔內(nèi)。操作風(fēng)煤鉆逐步將錨索注入到鉆孔內(nèi)，完成錨索打注。

3底板錨索鉆機(jī)的應(yīng)用

該底板錨索鉆機(jī)研制成功后，首先在小康礦西三軌道大巷變電硐室內(nèi)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。

西三軌道大巷變電硐室巷道設(shè)計(jì)高度3.8米、寬度5米、掘進(jìn)斷面21平方米。支護(hù)設(shè)計(jì)為幫頂壁后注0.3米厚混凝土、底板打注7.3米錨索，眼孔注滿525級(jí)水泥漿，鋪設(shè)直徑22毫米舊錨桿焊接成孔距0.2x0.2米鋼筋片，鋪設(shè)200厚混凝土，底板錨索布置1.6米x1.6米。

該鉆機(jī)整機(jī)由副井下井運(yùn)輸?shù)绞┕さ攸c(diǎn)，以掘進(jìn)時(shí)鋪設(shè)的臨壓風(fēng)管路為風(fēng)源。操作人員經(jīng)過(guò)培訓(xùn)，能夠熟練掌握鉆機(jī)的工作原理和技術(shù)性能，嚴(yán)格按照制定的安全技術(shù)措施進(jìn)行成孔和打注錨索作業(yè)。在鉆進(jìn)過(guò)程中鉆桿在風(fēng)煤鉆的旋轉(zhuǎn)和提升與推進(jìn)機(jī)構(gòu)的推力下鉆進(jìn)速度較快，工作比較平穩(wěn)，孔內(nèi)巖粉在鉆桿吹風(fēng)系統(tǒng)中的高壓氣流沖擊下排出正常，沒(méi)有出現(xiàn)中間夾鉆桿現(xiàn)象。巖粉大部分進(jìn)入收集袋內(nèi)，少部分外散，粉塵得到了有效的控制。在退鉆桿過(guò)程中，鉆桿鎖緊機(jī)構(gòu)能夠牢牢將鉆桿鎖住。我們以10根錨索為一個(gè)試驗(yàn)組，在施工速度上最快的10分鐘，最慢15分鐘，平均12分鐘，在施工質(zhì)量上成孔垂直度達(dá)到90%，成孔深度達(dá)到了100%。與幫頂錨索施工水平相對(duì)較，各方面指標(biāo)均達(dá)到了預(yù)期效果，使軟巖支護(hù)技術(shù)體系在底板支護(hù)中得到了充分的應(yīng)用。

4底板錨索鉆機(jī)的效益分析

4.1安全效益

臺(tái)車式氣動(dòng)底板錨索鉆機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了高度機(jī)械自動(dòng)化，相對(duì)于幫頂錨索施工機(jī)具不需要以人工領(lǐng)釬桿和穩(wěn)固機(jī)具，消除了鉆機(jī)在鉆進(jìn)過(guò)程中由于機(jī)械震動(dòng)和釬桿旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的人員傷害。基本實(shí)現(xiàn)了人機(jī)分離操作，同時(shí)，在鉆機(jī)移進(jìn)方面不需要人工搬運(yùn)，只需要一人推動(dòng)即可，消除了由于搬運(yùn)沉重設(shè)備帶來(lái)的機(jī)械傷害，大大提高了安全系數(shù)，同時(shí)粉塵也得到了有效的的控制，消除了職業(yè)病危害。

4.2經(jīng)濟(jì)效益

鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，構(gòu)成部件都是煤礦常用的部件，取材方便，配件充足。且能夠自己加工制作，比購(gòu)買成型設(shè)備節(jié)省了很大的購(gòu)置費(fèi)用。另外，相比于幫頂錨索施工機(jī)具的操作能夠節(jié)省一半的勞動(dòng)力，大大降低了人工成本。同時(shí)，該設(shè)備的研制成功和使用，徹底解除了底板錨索施工機(jī)具的制約，使軟巖支護(hù)技術(shù)能夠在底板支護(hù)中得到充分應(yīng)用，使巷道底鼓問(wèn)題得到有效解決，大大降低了巷道維修投入。

4.3社會(huì)效益

臺(tái)車式全氣動(dòng)巷道底板錨索鉆機(jī)完全是自主設(shè)計(jì)研發(fā)的，在集團(tuán)公司內(nèi)部尚屬首次，是對(duì)集團(tuán)公司“一個(gè)堅(jiān)持”“兩個(gè)引領(lǐng)”“三個(gè)協(xié)調(diào)”的總體思路的主動(dòng)探索，是對(duì)公司大力推進(jìn)科技創(chuàng)新工作的積極響應(yīng)，是進(jìn)一步明確創(chuàng)新方向、增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)、激發(fā)創(chuàng)新活力，推動(dòng)公司高質(zhì)量發(fā)展的實(shí)踐自覺(jué)。

5結(jié)束語(yǔ)

臺(tái)車式全氣動(dòng)巷道底板錨索鉆機(jī)的成功研制，為實(shí)施底板錨索支護(hù)，控制巷道底板變形提供了有力的技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)了降低支護(hù)成本和作業(yè)強(qiáng)度，達(dá)到了減員增效、安全生產(chǎn)的目標(biāo)，在同行業(yè)中具有廣泛的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介:??安喜平，男（1967-），高級(jí)工程師，畢業(yè)于中國(guó)國(guó)際經(jīng)濟(jì)學(xué)院，現(xiàn)任礦建公司經(jīng)理，聯(lián)系電話：024-76822358???移動(dòng)電話：13941076138

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