煤矿井下基于单轨吊的锚护平台的设计及应用

摘要：矿用单轨吊作为一种方便的运输工具，在煤矿中得到越来越广泛的应用。但是在煤矿井下掘进工作面的施工中，进行临时支护、打眼、锚杆支护等作业时还是采用人工方式进行，由于存在大断面巷道掘进，以上工序在进行人工作业时往往存在一定困难。文章设计研发出了一套以电动单轨吊为动力的锚护平台，很好地解决了以上作业难题。

关键词：单轨吊；锚护平台；临时支护；煤矿开采；井下作业 文献标识码：A

中图分类号：TD534 文章编号：1009-2374（2016）21-0139-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.21.068

1 概述

矿用单轨吊车属于井下运输设备的一种，它具有在空中悬挂运输、不受巷道地质条件制约、适应性强、装卸材料方便等特点。不仅能运送材料、人员、设备实现多种运输方案，还可以完成井下设备的简单提升、吊装等任务。随着高新技术和现代化生产的发展，矿用单轨吊作为一种方便的运输工具，在煤矿得到越来越广泛的应用。

目前，我国煤矿井下巷道施工，支护普遍采用锚杆支护，在进行锚杆支护之前，必须进行临时支护，主要采用的施工工艺为掘进机在工作面掘进一段距离后，需要退出，然后作业人员必须进入空顶区架设临时支架，架设完毕临时支架，锚杆机进入需要锚护的工作面进行锚护作业。这种工作方式需要掘进机退出后才能操作，且由于大断面巷道掘进，巷道高度较高，作业人员在架设临时支架、打眼及锚杆支护作业时需要搭设临时平台，施工时存在一定的难度，工作效率较低，而且操作人员进入空顶区架设临时支架时存在的安全风险较大，况且现有的临时支护多为前探梁沿巷道方向悬挂在顶板已支护锚杆上并延伸至空顶区，对顶板起到护顶作用，这种临时支护的支护效果也不够，安全性不高。

为解决以上问题，设计研发出了一套基于电动单轨的锚护平台，在施工人员进行巷道锚杆支护作业时提供一种超前支护装置作为掘进工作面迎头的临时支护，同时工作平台可用于大断面施工时的作业平台使用，职工在平台上可进行锚护作业，减免了巷道掘进工作中大量的人工劳动量，提高了效率，同时作业也更加安全。

另外该设备采用的单轨吊作为煤矿井下使用的一种先进运输装备，配上专用起吊装置后即可解决掘进工作面物料运输、起吊问题，使该设备的作用更加齐全，并且做到了集成。

2 锚护平台的基本结构

单轨吊锚护平台的基本结构由5部分组成，分别为①固定架；②驱动部；③操作平台；④超前支护；⑤液压站，详见图1，锚固平台最大长度为8.5m。

2.1 固定架

固定架设有液压缸支撑，工作时可以抵住顶板，保证平台的稳定性，为超前支护、操作平台提供支撑

根基。

2.2 驱动部

通过驱动部来实现锚护平台的前后移动。移动的速度为0.4～0.5m/s。驱动部自身具有制动机构，可以防止锚护平台在作业时发生移动。

2.3 操作平台

操作平台可以实现上下方向和左右方向的移动，以实现平台在掘进工作面任何空间位置的移动。操作平台外形尺寸为800mm×800mm，高600mm，可以在操作平台站人，进行锚护作业。

2.4 超前支护

超前支护为栅格网状结构，可以在没有裸岩状态下为作业人员提供保护，避免空顶状态下作业。超前支护可以在掘进迎头做3m×2.5m面积的支护。

2.5 液压站

液压站为防爆电机带动液压泵，提供平台行走，上下左右移动所需要的动力。液压站需要外接660V电源，最大可以提供30MPa的工作压力。

3 选型计算

3.1 液压泵选型

驱动行走马达额定压力为30MPa，排量468mL/r。驱动部按照v驱=0.4m/s的行走速度计算，驱动轮直径

d=340mm，由此推算驱动轮的转速度为n，则：

由此推算液压泵的流量为L泵，液压泵的转速为n泵=1440r/min，则泵的排量为Q泵，则：

液压泵选型为排量为16mL/r，额定压力为30MPa的柱塞液压泵。

3.2 电动机选型

液压站的电动机配用660/1140V交流电动机，根据系统的功率计算，电动机的功率为：

P电=ΔP×Q泵×n泵=11.52kW

电动机选型为功率为12kW的煤矿井下用隔爆三相交流电动机。

4 锚护平台的工作原理

该设备以煤矿顶板的单轨为轨道，通过各部件的相互配合，来实现煤矿掘进工作的材料运输、临时支护、锚喷作业等。该设备通过全液压控制，来实现设备的行走、升降、折叠等功能。

当需要锚护作业时，先将设备固定停稳在单轨轨道上，然后将支撑臂支撑住顶板，使整个设备处于稳定状态。然后进行阀件操作，使超前支护抵住顶板，防止人员空顶作业。再将防护栏抵住掘进工作面，防止片帮等危险情况的出现。工作人员可以在超前支护下方进行锚护作业。当平台不工作时，可以将超前支护缩回。

该设备除了上述锚护平台的功能与作用之外，还提供一种掘进材料的运输、起吊设备。通过两个手拉葫芦，将工作面所需要的材料吊起，然后通过单轨锚护平台的驱动装置运送到掘进工作面。可以解决掘进工作中的材料运输问题，系统地解决了煤矿掘进运输物料的困难，解决了地轨运输的种种弊端。

5 锚护平台各部分的功能

5.1 超前支护

功能上，超前支护部件可伸缩移动地设置于掘进工作面综掘机或耙矸机的前方，该超前支护部件相对于作业平台向前伸出并向后缩回。应当清楚，该设备所指前后左右是相对于掘进方向而言，掘进前进的方向为前。在该超前支护部件伸出后，可以作为掘进工作面迎头职工作业或站立时的临时支护，以便于进行锚护作业。而在该超前支护缩回后，则可以保证掘进工作的正常掘进作业。

结构上，超前支护的支撑部件设置于操作平台的上方，用于支撑超前支护，在超前支护到位后，锁紧液压缸，保持超前支护的支撑强度。然后再将超前支护的保护栏展开到位。该保护栏可以进行上下方向、左右方向的调整和折叠。

5.2 操作平台

功能上，操作平台主要用于作业人员站立、放置设备工器具等，方便职工迎头打眼、支护作业。

结构上，作业平台上表面设置有包括凸起或凹陷的纹路，该作业平台可以是花纹钢板，以起到防滑和装饰的作用，另外设置了护栏对操作平台进行三面环绕，保障了在平台上作业的工人的安全。需要说明的是，操作平台上的护栏还可以采用多种可拆卸安装方式，方便安装使用。为进一步扩展作业平台的作业面积，同时在确保设备不使用情况下减少操作平台的空间，操作平台设计为左右可伸缩式，通过两个液压缸实现平台左右侧独立的延伸收缩。

5.3 液压系统

煤矿设备的控制系统，目前主要使用电气系统进行控制，而对于煤矿井下而言，电气控制的最大隐患在于电气失爆。而液压系统具有稳定、安全可靠的自身优势，因此该设备设计了液压系统控制整个设备，加之各种保护也采用了液压系统来进行保护。

功能上，液压系统主要实现对锚护平台的控制，来实现锚护平台的行走、起吊、超前支护、打钻作业等

程序。

结构上，通过液压泵来提供系统所需要的能量，液压油先有泵体输出，先经过液压油过滤器，然后经过比例液压阀，输出到各油口。控制流程上，首先，操作先导换向阀实现电动单轨吊的制动器打开，先按动其中的a1b1阀组，让液压油充满制动器，使电动单轨吊制动器打开。与此同时，夹紧缸收缩，使驱动装置的摩擦轮贴近轨道，按动其中的a2b2阀组，可以实现液压马达的旋转，从而实现电动单轨吊的行走；其次，将先导换向阀a1b1处于左位，此时制动器位于闭锁状态，锁紧电动单轨吊，然后操作平台的换向阀使支撑臂抵住巷道顶板，使整个的电动单轨吊处于稳定的状态；最后，可以对于手动换向阀进行操作，可以完成超前支护的调整。

需要说明的是，液压系统通过阀件控制使设备的行走与超前支护的操作不能同时进行，从而节约了整个设备的消耗功率，提高了系统的安全性。

5.4 起吊装置

功能上，电动单轨吊配备专用起吊梁后主要解决了掘进工作面物料的运输及起吊，使用设备的功能更加全面，发挥最大效益。

结构上，电动单轨吊用起吊梁由两个行走车、连接器、连接杆、两个气动马达、链条和链轮组成，两个行走车能够在单轨上行走，行走车内固定有气动马达及手拉葫芦，行走车下部固定有链条，链条下部固定有链轮。起吊装置既可用行走车直接接到起吊梁上的起吊气动马达，马达旋转实现起吊链的上下伸缩起吊重物，又可用手拉葫芦起吊重物，操作方便灵活。

6 锚护平台的优点

该设备提供了一个以电动单轨吊为动力为井下工人进行锚杆锚护作业的工作平台。与现有技术相比，具有以下优点：

6.1 解决掘进巷道物料的运输

该设备在电动单轨吊的前一侧提供了一个起吊梁，其中起吊梁通过液压胶管与电动单轨吊的动力部分相连接，动力部分由三相异步电动机提供动力源，并带动柱塞泵进行液压传动。一路控制起吊梁进行货物的起吊，另一路驱动液压马达进行工作，实现单轨吊的行走，从而解决掘进巷道的物料运输问题。

6.2 实现井下掘进后配套多功能使用

该设备充分考虑到掘进巷道在掘进后需进行的后续工作，以代替人工效率低下而又危险的体力工作。现有技术中，井下工人在进行锚杆锚护时，没有专用的锚护平台，操作人员必须进入空顶区架设临时支架，作业人员将木板或者其他的支护材料以人工抬的方式固定在顶板下方，然后将单体液压支柱或者其他支护材料在下方进行临时支护。该设备设计锚护平台为人员提供作业的平台，平台上可配有锚杆机方便人员的打眼支护，平台配套的超前支护为掘进后巷道提供预支护，服务掘进后巷道支护和锚固一体化的工作。

此外，该设备还具有结构可靠、易于实施、成本低等优点，有益效果是显而易见的。

7 使用效果

该设备设计制造后于2014年8月份在潘三矿二水平东一11-2煤采区胶带机上山安装使用，在井下投入使用以来使用简单、操作方便，发挥了很好的安全和经济效益。首先，该设备基于单轨吊设计，采用电液控驱动方式，具有一般单轨吊的运输、起吊物料的功能，可用于掘进巷道的物料运输；其次，将锚护平台和超前支护整合安装在单轨吊上，改变了传统的锚护和预支护分离作业的操作模式，大大简化了施工工序；再次，超前支护代替了现有的前探梁使工作面的顶、迎的支护更稳定，提高了预支护效果，极大地提高了安全性；最后，操作平台可灵活升降及左右移动，使用简单方便，大大提高了职工锚护工作的效率。

另外该设备在使用过程中也暴露出一定的不足，使用功能上可进一步增强，在下一步的工作中需要进一步改进与完善。

作者简介：徐红光（1982-），男，江苏赣榆人，淮南矿业集团潘三矿机电管理办公室机电工程师，研究方向：矿井机电。

（责任编辑：秦逊玉）