煤矿巷道快速支护钻架平台的研究

冯俊杰

（山西宁武榆树坡煤业有限公司，山西 宁武 036700）

1 概 况

目前，阳煤集团煤矿综掘巷道的支护多采用人工扶锚索钻，钻机进行钻眼，人工打注锚索锚杆的支护作业方式。这种支护方式的现场作业人员、钻机设备配备多，综掘工作面噪音大，工人劳动强度高。与此同时风钻钻机的不稳定性，造成了支护期间的作业安全系数低，容易出现人身事故。而且这种作业方式的掘进效率一般为240～300m/月，掘进效率低，无法适应当前高效煤矿生产的要求。针对上述问题设计了一种巷道综掘快速支护钻架平台，可以实现巷道的快速及时安全高效的支护，该平台减少工作面作业人员数量，降低工人劳动强度，提高工作面作业的安全系数，提高综掘工作面的工作效率[1]，实现综掘工作面的机械自动化。在巷道掘进过程中，由于煤矿进行狭小的工作空间，很难实现支护与掘进的同时作业，这是限制掘进速度的主要原因。即使现在使用比较简便的巷道锚杆支护时，也由于在巷道钻眼作业时速度慢，难以有效的提高掘进速度。基于这两方面的问题，工程部在大量实践总结的基础上，设计了适于煤矿巷道的钻架平台。该平台可以钻机有效的结合，能自由升降，方便了巷道支护的作用。本文介绍了该钻架平台的结构以及工作原理，并介绍了初步应用情况。

2 钻架平台结构

快速支护钻架平台由钻架、顶部钻机与帮部钻机、顶部与帮部升降连杆机构、平台液压自移移动机构、乳化液泵站及泵箱、油压泵站及泵箱、操作开关、各种操作阀组共同组成。快速支护钻架平台长为4500mm,高为1300mm，宽为3700mm。通过快速支护钻架平台上布置的钻机移动轨道，轨道上的布置两部电动油压钻机，钻机配套安装爬行轨道可以轻松的实现上下升降，这有利于钻机的快速推进以及不同高度巷道的快速实现支护。快速支护钻架平台的两部顶部钻机在钻架轨道上的左右移动可以实现对掘进巷道的顶板全断面的支护，同时快速支护钻架平台的两部钻机与水平方向可在30以内的度角进行自由的摆动。快速支护钻架平台的钻机通过连杆机构固定在钻架轨道上，帮锚杆钻机是通过快速支护钻架平台的底部内的连杆机构实现上下移动及对掘进巷道的帮部钻眼[2-3]。快速支护钻架平台的底部是皮带输送机，其主要作用是将掘进过程中产生的岩石及岩块运输出去，实现了巷道的支护和掘进的同时作业。通过钻架平台和掘进机的协同作用，掘进的效率有了大幅度的提高。

快速支护钻架平台的顶部与帮部钻机均选用钻速为300r/min，额定压力为16MPa，推进行程为980mm，额定转矩为200N.m，冲洗水压力为1.5～2.0MPa,钻孔深度为 2200mm，适应钎具为B19-22。机高为1950mm，机重为50kg，适用于煤岩硬度不大于f7的巷道的钻进。

从整体上来看，设计的快速支护钻锚平台可以分为分前、后两排钻机，前排钻机主要工作是打注顶板锚杆、锚索孔，如图1示间距，前排两台钻机需要两名工人同时操作，在工作时，A钻机主要是负责打注（5、6、7）号锚杆，B钻机主要是负责打注（8、9、10）号锚杆。

图1 快速支护钻架平台的前排钻机

设计的快速支护钻锚平台的后排钻机主要工作是打注帮锚杆、锚索孔，如图2所示间距。后排两台钻机需要由两名工人同时进行操作，C钻机主要负责打注（2、3、4）号锚杆，D 钻机主要负责打注（11、12、13）号锚杆。

图2 快速支护钻架平台的后排钻机

与过去的支护方式相比，现场作业人员数量、工作面的噪声以及工人的劳动强度大大降低。相比于过去的手持式风钻钻机，采用的油式钻机功率较大，且钻机是固定在钻架平台上，实现了钻眼的机械化。采用钻架平台进行支护钻眼作业后，降低了采用风钻钻机钻眼时钻机不稳定出现事故的可能性，很好的保证了作业的安全性，这对于煤矿井下的安全生产可以说是一项重大的改进。工人在平台上工作，实现了机械化作业，降低了整个过程的劳动强度，而且作业人员的数量大大降低。整个平台在使用起来非常方便，具有良好的可移动性，对于煤矿井下巷道支护作业的优势十分明显。此外，整个平台的结构非常简单，具有良好的可拆卸性，在掘进完成后可以很方便的进行巷道运输。

3 快速支护钻架平台的工作原理

在进行煤矿巷道的掘进时，快速支护钻架平台通常布置在综掘机后30～50m远的位置。随着综掘机的截割而快速支护钻架平台移动，快速支护钻架平台跟在掘进临时支护液压支架后移动，快速支护钻架平台采用液压自移式移动，在作业完成后，平台的移动非常方便。钻架的移动最大步距为1000mm，移动一次能对掘进的巷道进行一次全断面支护。在进行巷道的锚杆支护时，锚杆支护间排距为900mm。当综掘机截割一个循环完成后，移动临时支护液压支架一个排距，快速支护钻架平台跟着自移一个排距后稳定好，操作人员站在快速支护平台上操作液压操控阀实现对顶部与帮部钻机的操控，开始钻眼，注锚索。每名工人操控1台钻机，由于采用的是配套的油压钻机，钻机的钻速快，额定压力大、扭力矩大，能实现5min一个钻孔，两部钻机六个钻孔15～20min之内施工完毕，加上注锚索、锚杆的时间，现场测定30min内能完成一个循环的支护。快速支护钻机平台在作业的同时综掘机同时进行下一个循环的截割。

在快速支护钻架平台上只需一人操作一部钻机，同时开钻，同时完成一个支护循环，因此快速支护钻架平台上配备2～4个工人作业就能完成支护作业。原支护方式一部风动钻机就要配备2～3人。

快速支护钻架平台上布置一台BRW80/35乳化液泵一台RX640泵箱供钻架平台液压自移式移动、升降以及、钻机的角度摆动；配备一台电动油压泵是钻机转动及上下升降的动力源；还有操作开关。快速支护钻架平台移动通过乳化液泵站压力供给快速支护钻架平台固定的多个伸缩千斤来完成。

4 钻架的应用意义

液压移动钻架平台配合掘进过程中的临时支护装置有效地提高了巷道的支护速度，促进了巷道掘进效率，对证矿井的衔接具十分重要的意义。随着煤矿综采技术的发展，推进速度越来越快，这对于煤矿的掘进产生了重大影响。由于煤矿巷道的掘进设计到掘进和支护两个过程，两个过程协调不好，掘进的速度会非常慢，这很容易导致采掘紧张问题。当发生采掘紧张问题时，势必会影响到工作面的高效的生产。同时液压移动钻架在井下投入使用是实现快速支护、巷道断面的一次成形，实现矿井建设高效高进的必要保证，与此同时也是建设高效、绿色、环保、无染矿井的一个革命性的突破。这对于矿井的减员增效与推进矿井现代化具有很重要的意义。2018年在2号煤总回风巷的工作面，采用掘进临时支护与钻架平台组成快速掘进系统进行作业，截止到2018年11月实现了月进500m速度，这是煤矿综掘工作面掘进最好水平。