一种煤矿井下巷道锚杆钻孔设备的构思与设计

宋作文，王恩，范军，邱海兵，张永超

一种煤矿井下巷道锚杆钻孔设备的构思与设计

宋作文，王恩，范军，邱海兵，张永超

（山西潞安王庄煤矿，山西 长治 046031）

在井工矿井施工中，岩层滑落、巷道变形严重影响着矿井通风、运输和人员行走等各个环节，制约了矿井安全及高效生产。根据井工矿井的现状、施工过程中出现的问题进行深入分析、经验总结，针对锚杆钻孔机械设备进行细致构思与设计。介绍了一种煤矿井下巷道锚杆钻孔机械设备的设计。

巷道变形；矿井通风；锚杆钻孔；设备设计

井工矿井巷道在开采的过程中常会出现岩层滑落、巷道变形的现象，针对开采深度较大、应力高、温度高、地下水水压高、扰动强度高、冲击危险高、蠕变明显、变形大等特点的深部采场、高应力软岩巷道和硐室，巷道变形、断面变小严重影响着矿井通风、运输和人员行走等各个环节，制约矿井安全及高效生产。

为提高底板围岩的强度，主要采用底板注浆、底板锚杆支护等措施，对底板采用锚杆支护操作时需先对底板进行钻孔，传统的锚杆钻孔设备有的体积较大，在钻孔时不易移动；有的设备较轻，但施工人员体力强度大，工效低，增加了井工矿井巷道锚杆钻孔的工作难度。

1 巷道变形原因及控制

随着井工矿井开采深度的逐渐加深，巷道埋深增加，地质条件恶化。井工巷道开凿过程中，在平衡压力中出现空洞，这样会破坏原始应力的平衡，压力高的区域向压力低的区域转移。这时，由地表到巷道垂直高度的压力，将向两帮和底板方向转移。而两帮和底板方向长期受压后也积蓄了一定的能量，向巷道空洞内转移，即应力释放。地应力的释放造成多数开凿巷道出现变形，尤其是深部软岩破碎巷道中变形破坏严重，巷道维护困难，维护人员劳动强度特别大，安全系数低。

根据资料表明，国内外专家提出了不同的控制深部软岩破碎巷道变形理论及实用技术，但多数矿井还是延用传统的控制方法：对巷道两帮进行加固；人工拉底，清理浮煤；帮底部打设一根带俯角锚杆；在底板打设锚杆、锚索控制变形。

2 锚杆钻孔设备的构思

2.1 准备部件

煤矿井下巷道锚杆钻孔机械设备包含主体、万向滚轮、驻动卡扣、滑轨、液压缸滑座、液压缸、可升降支撑臂、移动把手、连接座、可调节支板、钻机安装座、钻机、支撑连杆机构、第一连杆、第二连杆、可旋转连接盘、可伸缩液压支杆、小连接轮、大连接轮、传动轴、润滑套筒、钻轴安装座和钻轴。

2.2 制作考虑

万向滚轮应由耐腐蚀材料制成，由于井工矿井巷道内的工作环境比较恶劣，所以耐腐蚀材料制成的万向滚轮的使用寿命较长。滑轨左右两端均设置有挡板，挡板的设置可以约束液压缸滑座的滑动范围。可调节支板与连接座的结合处设置润滑垫圈，这样可以减小可调节支板与连接座结合处的摩擦力，便于可调节支板的角度调节。钻机外侧设置防尘罩，且防尘罩固定在可调节支板上，防尘罩的设置可以减少钻机在工作时产生的粉尘，净化作业场所的工作环境。

3 锚杆钻孔设备设计

3.1 设计

主体下侧设置有万向滚轮，万向滚轮左侧设置有驻动卡扣；主体上侧设置有滑轨，滑轨上侧设置有液压缸滑座，液压缸滑座上侧设置有液压缸，液压缸上侧设置有可升降支撑臂，可升降支撑臂左侧壁设置有移动把手；可升降支撑臂上侧设置有连接座，且通过连接座与可调节支板连接；可调节支板上设置有钻机安装座，钻机安装座上安装有钻机；可调节支板下侧壁通过支撑连杆结构与可升降支撑臂左侧壁连接；支撑连杆机构由第一连杆、第二连杆和可旋转连接盘组成，且第一连杆和第二连杆通过可旋转连接盘连接；第一连杆和第二连杆内侧设置有可伸缩液压支杆，且可伸缩液压支杆上端通过小连接轮与第二连杆连接，可伸缩液压支杆下端通过大连接轮与第一连杆连接；钻机上侧设置有传动轴，传动轴外侧设置有润滑套筒；传动轴上端设置有钻轴安装座，钻轴安装座上安装有钻轴。钻机结构如图1所示。

3.2 操作

在使用时，先将该设备移动到合适的工作位置，通过驻动卡扣3实行驻动，工作人员根据钻锚杆孔位置的高度，通过液压缸6对可升降支撑臂7进行升降调节，进而对可调节支板10上的钻机12的高度进行调节，通过钻孔面的角度来调节可调节支板10的倾斜角度，使钻机12与钻孔面处于垂直状态，可调节支板10在调节角度时通过支撑连杆机构13进行支撑，工作人员还可根据钻孔面的地质结构选择性在钻轴安装座22上安装适合钻孔直径的钻轴23来保障钻孔工作的安全进行，调节完毕后工作人员手持移动把手8推动液压缸滑座5在滑轨4上滑动，进而使可调节支板10上的钻机12向钻孔面移动进行钻孔工作。

1—装置主体；2—万向滚轮；3—驻动卡扣；4—滑轨；5—液压缸滑座；6—液压缸；7—可升降支撑臂；8—移动把手；9—连接座；10—可调节支板；11—钻机安装座；12—钻机；13—支撑连杆机构；14—第一连杆；15—第二连杆；16—可旋转连接盘；17—可伸缩液压支杆；18—小连接轮；19—大连接轮；20—传动轴；21—润滑套筒；22—钻轴安装座；23—钻轴。

图1 钻机结构示意图

4 预期效果

该设备灵活性较强，可以在巷道内随意移动，钻机设置在可调节支板上，可调节支板通过可升降支撑臂支撑，可调节支板的角度和高度均可随意调节，钻机的角度和高度也可随意调节，使钻机能够适应巷道内复杂的钻孔环境。在操作设备钻孔时工作人员无需直接接触钻机，通过操作移动把手即可推动可调节支板上的钻机向钻孔面移动进行钻孔，安全系数较高，而且钻机通过传动轴与钻轴安装座连接，在钻孔时可以选择性在钻轴安装座上安装直径不同的钻轴来适应复杂的钻孔环境。

TD353.6

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.15.028

2095－6835（2019）15－0074－02

宋作文（1971—），男，山西屯留人，煤炭行业技能大师，从事井工一线掘进工作。

〔编辑：严丽琴〕