国产掘锚护一体机在鲍店煤矿的研究与应用

张 震 朱 敬 孔 岳

（1.兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东省邹城市，273513；2.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东省兖州市，272101）

国产掘锚护一体机在鲍店煤矿的研究与应用

张 震1朱 敬1孔 岳2

（1.兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东省邹城市，273513；2.兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿，山东省兖州市，272101）

鲍店煤矿在现用掘进机的基础上，针对液压锚杆机使用、液压系统改造及临时支护的装置同步使用，成功研制了EBZ－MH160／2×300H掘锚护一体机。介绍了其结构特点、创新点和工业性试验情况。

掘锚护一体机 锚护机 支护 试验

1 概述

兖矿集团鲍店煤矿目前采用的综掘锚网支护配套的大都是掘进机和单体锚杆钻机，该种配套方式具有配套简单、机动灵活的特点，但也存在动力源不单一的问题，需要专门铺设风管；掘进工作面距风源较远时，存在风力压降大、钻机效率降低、机械化程度低、单体钻频繁移设、工序复杂、职工劳动强度大、用人多和在空顶区工人手扶钻作业安全性差等问题。

因此，为了解决上述存在的问题，研制和使用自动化程度高、生产能力强、安全性能好并能适用于各种地质条件并配有锚杆钻机的综掘机十分必要，这也是现阶段加快煤巷锚网施工速度、减轻工人体力消耗的一种有效途径。

2 掘锚护一体机研究的主要内容

鲍店煤矿针对目前煤巷掘进生产中人工支护锚固存在的危险性大、效率低、劳动强度大和作业环境差等问题，在现有的悬臂掘进机基础上进行了掘锚护一体化、主臂伸缩同步控制、掘与锚护闭锁和临时支护等关键技术的创新研究，研制了煤巷掘锚机组——掘锚护一体机，见图1。

2.1 掘锚机组的适应性研究

掘锚机组作为一种新型综掘装备，对锚杆支护参数设计、支护材料、施工工艺、安全技术措施、实测与监测技术等必然会带来一些新的特点和要求。虽然国内锚杆支护技术有了长足的发展，但基本都未离开掘进机配套单体锚杆机的模式。单体锚杆钻机灵活性较强，便于钻机的对眼，而机载锚杆钻机灵活性相对较差。所研制开发的掘锚机组应适合不同矿井的煤层地质条件和不同巷道类型，适应现有的巷道掘进施工工艺及施工质量，满足国家有关要求。

图1 煤巷掘锚护一体机

2.1.1 掘锚机组液压系统、电气系统优化

锚杆钻机和临时支护装置的设计安装将会加大掘进机自身液压系统和电气系统的复杂程度，如何在同时保证掘进和施工锚杆效率不受影响的前提下，尽可能简化和规范管路、线路布设，提高整机可靠性也是本项目主要研究内容。

2.1.2 液压系统

一体化设计要求掘锚护共用液压系统，因掘和锚护属串行作业，因此可通过增加锚杆切换阀来合理利用油泵和液压油。掘锚护一体机的液压系统依附于掘进机的液压系统，在原有系统的基础上增加了一套控制系统和执行机构。

2.1.3 遥控器

该设备共有3个遥控器，两个FYF25的遥控器分左右两侧分别控制锚杆机的两侧，一个FYF35的遥控器控制掘进机本体的动作。遥控器和操作台的部分键互锁，锚杆的遥控（FYF25）不能和掘进机遥控器（FYF35）同时使用，必须将掘进机遥控器（FYF35）电源关闭，再启动操作箱上的锚杆控制按钮。掘进机工作时，锚杆机不能操作；锚杆机工作时，掘进机本体操作台不能操作，两个操作系统互锁。当锚杆机马达启动后，其它按钮都处于闭锁状态不能操作。

2.1.4 工作切换开关

工作切换开关，一个是在掘进机操作台面板上的锚杆开关，另一个是在本体盖板伸缩操作手柄旁的独立手动转换操作手柄。当手柄置于中间位置时，掘进机工作；当手柄拨到内侧位置时，锚护机工作，掘进机操作和锚杆机操作具有互锁功能。

2.2 锚杆钻机及临时支护装置的通用性设计

该掘锚护机组研制完成后，应对设计方案进行标准化审查，对机载锚杆钻机和临时支护装置的可移植性进行系统分析，并提出将其移植到EBZ200H及EBZ132等常用型号掘进机上的技术方案，以利于该项目的推广应用。

为此，锚杆钻机和临时支护作为掘锚机组中两个具有独立功能的基本功能部件，在设计初期应考虑模块化设计，以便于未来掘锚机组的系列化。

2.3 掘进机与锚护机之间的操作闭锁安全技术

掘锚机组的安全性能是研制开发的第一要求，在设计时必须确保操作者以及附近人员的安全。在掘进工作面有人作业或锚杆钻机动作条件下，必须实现掘进机截割等功能的闭锁。同时，掘进机截割头应具备位置检测和限位闭锁功能。

图2 锚杆机工作示意图

掘进机截割功能与锚护机的锚护功能之间属串行作业，在掘进截割作业时，锚护功能应自动闭锁，而当切换至锚护功能时，截割功能也应自动闭锁，为提高安全性，应从液压和电气两方面进行闭锁保护，实现多重保护。锚杆机工作如图2所示。

3 掘锚护一体机的现场试验

3.1 支护参数及支护材料

巷道为矩形断面，宽、高分别为4600mm和3300mm；锚杆间排距为850mm×1000mm。巷道支护方案见图3。

3.2 支护材料

顶板锚杆采用6根屈服强度大于600MPa的高强度锚杆，杆体公称直径22mm，锚杆长度2400mm；帮锚杆采用屈服强度大于500MPa的等强度螺纹钢锚杆，杆体公称直径20mm，锚杆长度1600mm。

顶板网采用加筋点焊网。靠内侧采用钢筋梯，另一侧采用点焊网。顶网规格为4300mm×1000 mm，帮网规格为2600mm×1000mm，钢筋梯规格为3000mm×50mm。

图3 巷道支护方案

3.3 施工工艺流程

切割→掘锚护一体机临时支护前移→铺顶网→施工顶、帮锚杆→掘锚护一体机临时支护缩回→切割。

3.4 劳动组织

四六制作业，三班生产，一班检修。

3.5 工业性试验情况

2010年1～3月在鲍店矿六采区6301综放工作面运输顺槽进行了掘锚机组的安装、调试和使用。本次应用实行四六制，每天3个生产班1个检修班。每天对掘锚机组的施工数据进行统计，完成1100m运输顺槽的掘进工作，月单进超过600m。通过2年来对施工数据的分析得出，使用掘锚机组进行巷道掘进效果十分明显。

4 掘锚护一体机的结构特点及创新点

4.1 掘锚护一体机主要技术指标

掘进机主要技术参数：最大掘进高度为4.8m，最大掘进宽度为5.5m，爬坡能力为±18°，截割电机功率为160kW，油泵电机功率为90kW，水系统流量为90L／min，供电电压为1140V，总长度为10100mm，总宽度为3000mm，高度为1600mm，总重量为48t（含二运）。

4.2 机载锚杆钻机的主要技术参数

锚高范围为2.8～4.0m，巷道宽度为3.5～5.0m，锚杆机数量2个，锚杆机扭矩为300N·m，一次最大钻孔深度为2200mm，锚杆机推力为32kN。

4.3 掘锚护一体机的结构特点

该掘锚护一体机是在悬臂式掘进机的行走部上安装2个安装支架，锚护机主臂的伸缩方筒固定在安装支架上，伸缩方筒收回时，锚护机位于回转台上部和两侧。伸缩筒伸缩时，截割头落地，锚护机可伸出到截割头前侧进行工作。锚护机横梁上安装2个机载锚杆机、一个临时支护装置。临时支护可向上伸缩，支撑顶板，锚杆机可前后摆动、左右旋转、上下伸缩，向内旋转15°，向外可旋转105°，以实现顶锚杆和侧帮锚杆的锚装工作，锚装机工作时，锚杆机的支撑板先行伸缩至顶板和侧帮，使锚杆机成刚性结构，以利于锚杆机工作时的稳定，液压系统借用掘进机的泵站，加上手电动比例控制阀，可以独立完成不同方位、不同角度的锚杆锚装作业，从而使掘进、锚杆支护实现机械一体化操作。锚护机部分结构简单紧凑，动作灵活，从整机的结构和使用角度来讲，两机具有独立性。

4.4 主要创新点

设计研制以行走部为支撑点的滑道式双主臂结构，锚护作业时，锚护机通过双主臂可伸出到掘进机截割头的前面；掘进作业时，锚护机再通过双主臂收回到回转台后面，掘与锚护的功能互不影响。

设计研制龙门式结构的锚护机，其支护顶板与底座支撑可形成支顶支地的稳定结构，2台锚杆机安装在龙门横梁上，可沿着横梁水平左右移动，可在巷道断面的平面内做120°的旋转，也可以做30°的前后摆动。

利用磁致伸缩位移传感技术，实现双主臂伸缩同步控制，同步精度达到了5mm，保证了4.8m长的双主臂在任意位置的同步性。

4.5 主要经济技术指标

实现了零空顶距的临时支护；掘锚护一体化设计，掘与锚护共用一套液压系统和电气系统；整机可遥控控制也可手动控制，操作灵活，每班可节省人力2人；临时支护面积达到2.9m×1.7m，支护力达到15t；整机配置2台液压锚杆钻机，钻机扭矩为200N·m，转速为475r／min，一次钻深2.4m。

该掘锚机组主要适用于断面形状为矩形或倾角小于10°的梯形煤巷、半煤岩巷，尤其适用于顶板条件不好的巷道。该机组将巷道掘进、临时支护、打全断面的锚杆孔和锚索孔、紧固锚杆等过程全部实现机械化作业，且其掘进与锚护功能实现多重闭锁保护。其自带的两部液压锚杆钻机转矩－转速为软特性，其转矩、推力、转速能随工作负载的变化，实现合理的匹配， 使液压锚杆钻机始终保持良好的钻削性能；整机具有安全性好、掘进效率高、机械化程度高、性能可靠和易操控等优点。

5 效益分析及推广前景

5.1 社会效益

该机的成功应用改变了危险、低效、高劳动强度的人工锚护工艺，实现安全高效的掘、锚、护连续性工作，大大降低操作者的劳动强度，改善劳动者的工作环境，提高了国产煤机产品的整体水平。

5.2 经济效益

该机组在鲍店矿6301运输巷进行了试验，每天3个生产班，每班节省人力2人，每年可节约人工成本44万元；采用掘锚机组每月可比人工支护多进尺160m，多出煤15t／m，按700元／t计算，每年产煤新增利润764万元，产煤新增税收376万元。

5.3 推广前景

通过在鲍店矿的应用试验，验证了煤巷掘锚护一体机技术的可靠性、安全性和经济性。该项技术的应用提高了施工的安全性和掘进效率，降低了工人的劳动强度，改善了工人的工作环境，为综掘高效安全生产提供了保证。

综上所述，采用掘锚护一体机进行巷道掘进的施工大大提高了进尺效率，提高了安全性，降低了劳动强度，带来了巨大的社会效益和经济效益，成功实现了掘进切割、锚锚网支护、临时支护融为一体的现代化掘进设备，有力地促进了我国综掘机械装备水平的发展，推广前景广阔。

［1］ 赵增辉，张建中.对掘支锚一体化试验的几点认识［J］.煤炭技术，2006（4）

［2］ 约翰·查德维克，李掌印等.掘锚机开创快速掘进局面［J］.中国煤炭，2010（10）

［3］ 杜士强，山玉波.机载式临时支护机的设计构想［J］.煤矿机电，2008（1）

Research and application of domestic driving－bolting－supporting integrated machine in Baodian Mine

Z
hang Zhen1，Zhu Jing1，Kong Yue2
（1.Baodian Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Zoucheng，Shandong 273513，China；2.Xinglongzhuang Mine，Yanzhou Coal Mining Co.，Ltd.，Yanzhou，Shandong 272101，China）

Based on the present roadheaders，aiming at the hydraulic roofbolter using，hydraulic system transform and the temporary supporting－device synchronizing，Baodian Mine has successfully developed the EBZ－MH160／2×300Hdriving－bolting－supporting integrated machine which combines driving.This paper introduces the structure，innovation and industrial test of thie machine.

driving－bolting－supporting integrated machine，bolting－support machine，supporting，test

TD421.5

A

张震（1966－），男，毕业于山东矿业学院，大学学历，高级工程师，现任兖矿集团鲍店煤副矿长。

（责任编辑 王雅琴）