基于综掘机平台的新型掘锚护一体化装备应用技术

赵栋梁

（淮北矿业（集团）有限责任公司生产管理部，安徽 淮北 235000）

淮北矿业针对地质构造复杂、采深大、地压大、瓦斯大等客观条件，以综掘掘锚护一体机为研究方向进行攻关破题，解决采掘接替失衡矛盾。第一代EBZ220MH掘锚护一体机为“龙门”式，以综掘机截割部为平台整合锚护装置为一体，但该形式一体装备存在机体重量大、视线受阻、支护效率低等问题，工程试验效果一般。

经过反复调研，在袁店一井煤矿东翼轨道大巷试用MHY-260掘锚护一体机，综掘机仅作为锚护装置移动平台，综掘机与锚护装置系统、功能分离，实现了减少人员、提高效率、本质安全等预期效果。

1 巷道技术概况

袁店一井煤矿东翼轨道大巷埋深-748.0m，设计施工层位于32煤层顶板78～145m，岩性为砂岩（浅灰色，中厚层状，细粒，成分以石英、长石为主，分选性中等，缓波状层理，含有菱铁鲕粒，钙质胶结）和泥岩（深灰色，块状，局部含有粉砂质，见有少量植物化石）。东翼轨道大巷支护断面图如图1所示。

图1 东翼轨道大巷支护断面图

设计工程量3328m,0.5%上坡施工，采用锚网索喷+深、浅孔注浆联合支护形式，巷道断面净宽×净高=5200×4200mm，直墙半圆拱型。

支护参数：支护锚杆采用GM22/2800-490螺纹钢高强锚杆，锚杆间排距为800×800mm，矩形布置；锚索规格YMS17.8/6.3-1860，间排距2400×1500mm。

2 主要技术特点及功能

2.1 主要技术特点

（1）锚护与综掘机分离布置，不更换截割部升级改造技术，不影响掘进机基本性能，未增加用户的无效成本。

（2）锚护与掘进两系统分离。龙门大距离推移，避免了工作时的相互影响，从而解决了系统不匹配的矛盾。

（3）锚杆支护技术革新。应用空心马达锚杆钻机技术，额定扭矩300N·m、转速400r/min，可实现深度≤2600mm钻孔不续接钻杆施工，同时噪声≤30db（A）。

（4）锚护系统设计高效。设计了龙门大距离推移倍速机构，实现了上顶下支负载敏感联动，横梁上下水平定位，钻机快速定位、钻孔、锚固等功能，创造性实现一次定位双排施工锚杆功能。

2.2 主要技术参数

锚护装置主要技术参数如表1所示。

表1 锚护装置主要技术参数

2.3 主要功能及结构

2.3.1 主要功能

综掘机与锚护装置结构、系统分离布置，锚护一体机基本是一套独立机构，依靠左右推出主臂安装在掘进机两侧的履带架上，左右推出主臂前端安装龙门架，龙门架上装有两台锚杆机。掘进机截割工作时，左右推出主臂回收，龙门架回收到回转台上方，不影响掘进机截割工作。当需要锚护系统打孔时，左右推出主臂前推，带动龙门架前移到截割头前方，完成临时支护后锚护机开始打孔工作。

2.3.2 整机结构

MHY-260掘锚护一体机由EBZ260综掘机和锚护一体装置两大部分组成，其中锚护一体机共由6大结构组成：左右主臂、左右立柱、横梁、双液压钻机、液压控制系统、临时支护。如图2所示。

图2 分体式掘锚护一体机结构示意图

3 施工工艺

3.1 操作工序

掘进成巷→出矸→启动油泵电机→推出左右主臂，伸出临时支护桁架→移动横梁至合适高度然后固定→操作锚杆机打眼→安装锚杆→临时支护桁架归位→清理、收回大臂→收尾。

3.2 操作规范

（1）综掘机截割成巷（毛断面）达到设计要求，施工进度达到两个设计排距时，停止截割掘进，把迎头矿渣清理干净，达到锚护机施工条件要求，综掘机闭锁。

（2）锚护机临时支护桁架两侧伸展，金属网铺满桁架，金属网用铁丝连接牢固，金属网露出临时支护桁架前后两端200mm。

（3）大臂向前平行推移到临时支护桁架超过永久支护200mm即停止。启动上下支撑，把临时支护桁架顶紧（底板松软时，下支撑地靴下垫300mm×200mm×150mm厚木块，支平垫稳，防止大臂倾斜不平），支撑油缸闭锁。

（4）横梁上下移动到巷道起拱线位置即停，移动油缸闭锁，横梁固定。

（5）锚杆孔施工。移动液压锚杆钻机到巷道中心位置，移动马达到夹持器处，打开马达、夹持器上钻杆、钻头、水套，钻杆超过夹持器150～200mm，夹持器加紧钻杆，向后移动马达（马达距夹持器≤800mm），马达加紧钻杆，打开夹持器。移动锚杆钻机竖立，慢速启动钻机，钻杆通水，向上移动钻机滑道对准开孔位置开孔，开孔深150～200mm后，可全速开动钻机打孔。

（6）锚杆安装施工。锚杆孔施工完成后，退出钻杆，马达向后移动到最大距离，马达上装入锚杆安装套。人站立在横梁平台上，把锚杆穿过夹持器上托盘，锚杆顶住锚固药卷送入孔内，锚杆紧固端放入锚杆安装套，移动夹持器端顶住岩壁，马达向前推进锚杆（向前推进时，不要转动钻机，以防药卷破损凝固），马达距夹持器700mm时，快速转动钻机搅拌药卷，同时快速推进钻机，一直到锚杆安装套拧紧锚固螺母为止。

（7）锚固施工完成后，把钻机收到中间位置平放，横梁移动到大臂以上位置，收起上下支撑缸，临时支护桁架归位，用棉丝清理大臂粉尘，最后后移大臂，直到大臂收紧，支护结束。

4 存在问题及改进方法

（1）临时支护体积大，综掘机截割出矸左右移动空间小，两帮滞留矸石多，截割出矸耗时长，滞留矸石需要人工清理。改进方案：增加综掘机铲板宽度，提高收矸、出矸效率。

（2）锚护一体机两台锚杆钻机轴向距离固定，当岩性变化需调整支护排距时无法调整，支护参数调整困难。改进方案：锚杆钻机固定点设置轴向可移式，灵活调整轴向距离。

（3）临时支护收缩后体积大，与巷道顶板间隙较小，综掘机前后移动时剐蹭风筒，风筒距离迎头较远，除尘效果较差。改进方案：在降低风筒通风断面情况下，改变风筒形式或由单一风筒变为多分枝小断面风筒，适应装备布置。

（4）钻机横梁位置遮挡综掘机司机截割视线。改进方案：改进横梁尺寸及位置或综掘机升级为具备记忆截割智能化功能。

（5）掘锚护一体施工需一次全断面截割成型，锚护装置对迎头空间要求较高，在岩性变差需提前施工顶板骨架撞楔时，全断面截割端面裸露范围大，人员操作需搭建平台，操作工序复杂且安全风险大。改进方案：在锚护一体装置上加装可灵活拆卸施工撞楔的钻机。

5 应用效果

（1）实现本质安全。锚护一体设计理念，人员始终在机械临时支护下，锚杆支护通过液压阀操控，仅更换锚杆、装填锚固剂时需人工操作，达到了人少则安的目标，安全可靠。

（2）减少职工劳动强度。综掘机截割、出矸，锚护一体机机械化临时支护和锚杆支护，职工仅需操作液压阀和手柄即完成了掘进主要工序施工，极大地降低了劳动强度，体力劳动降低80%。

（3）人均功效大幅提高。大断面岩石掘进巷道传统综掘施工，迎头每班需8人以上操作风动钻机锚杆支护，采用新型掘锚护一体机后，仅需2人通过液压手柄操作锚杆钻机，2人在临时支护下配合安装锚杆，每班仅需4人进行锚杆支护，人均功效提高1倍。

（4）提高掘进单进。锚护一体机采用液压驱动，液压锚杆钻机相对风动钻机动力强，钻进速度快，锚杆安装一次预紧力达到设计标准，一根锚杆相较于风动钻机施工节省4min，单月进尺由原90m提高到110m。

（5）现场作业环境得到改善。液压锚杆钻机运行声音小，减少噪声污染。

6 结论

MHY-260掘锚护一体机是基于综掘机为移动平台，截割与锚支结构分体的实现截割、运输、临时支护、永久支护功能一体的安全高效掘进成套装备。经过袁店一井煤矿东翼轨道大巷现场工程试验，取得了预期效果，为解决矿区掘进接替紧张局面提供技术支持，具有较好的推广价值。