一种新型掘锚机锚杆机构的设计

金 峰 高富强

（三一重型装备有限公司，辽宁 沈阳 110027）

1 掘锚机锚杆部的概述

目前，煤矿采掘效率失调日益严重，严重影响了煤矿开采的进度及产能，影响综掘效率的最关键因素是临时支护、锚固的效率提不上来，并且需要大量的人力、物力。掘锚机是以掘进机为主体，结合煤矿巷道的地质条件特点（煤巷、半煤岩、硬岩），将锚杆机和支护装置与掘进机相结合，在1台设备上进行掘进、临时支护与锚固作业，提高安全可靠性，减轻工人劳动强度，改善作业环境，提高效率，满足煤矿的需求。

其中锚杆机构是掘锚机锚护部分重要的功能部件，与临时支护共同组成掘锚机的锚护部分，实现井下的锚护作业，常规的锚护结构是临时支护和锚杆部设计为一个集成部件，安装在掘锚机的截割部上，掘进机截割部上安装2部锚杆机，1个支护装置，其中锚杆机安装在可移动的翻转支架两侧，通过翻转支架的平移、摆动机构实现锚杆机的角度及位置调整，可实现在支护装置下打顶锚杆、帮锚杆和锚索[1]。如图1所示，锚护截割部上锚杆机的动作可以升降、平移、旋转。常规的锚护截割部结构具有如下特点：1）锚护装置与掘进机截割部集成，锚护装置与掘进机截割部集成，锚护机构展开、收回方便快捷。2）具有支护双伸缩功能满足巷道帮锚杆高、低位置需要。3）液控系统高、低速双重控制，该技术能使锚杆机快速移动至工作位置附近，慢速精确对孔，提高对孔效率（掘进时不能锚护、锚护时不能掘进）。

图1 锚护截割部形式掘锚机

2 存在的问题

锚护截割部结构形式的掘锚机能够满足多数矿产开采的施工要求，但是近年来随着掘锚机应用越来越广，在井下锚护作业过程中逐渐出现质量问题[2]。如在掘锚机掘进截割工作过程中，由于截割部震动大，出现临时支护装置的纵横梁及伸缩内外筒开裂和锚杆机的关键接口处断裂等严重的质量问题。迫使掘锚机锚护功能无法使用，需要及时进行维护或更换，严重影响锚护效率，进而影响掘锚机的掘进效率，给施工方带来巨大的经济损失。

3 掘锚机锚杆部的新结构形式

为了解决锚护截割部结构形式掘锚机在震动过大时，出现的锚杆机关键接口断裂问题，笔者公司设计了一种将锚杆部布置在本体两侧、行走部上的结构形式掘锚机，即将锚杆机重新布置，避免震动过大出现质量问题[3]。如图2所示，新结构形式锚杆机是由锚杆机、上人平台、摆动伸缩臂、第二级伸缩平台、第一级伸缩平台5个部分组成。第一级伸缩油缸为动力，使用耐磨滑动轴承做运动支承。第二级伸缩采用马达驱动回转减速机带动齿轮，通过齿轮、齿条传动带小车运动，小车采用一组滚动轮。摆动伸缩臂采用阿特拉斯钻臂结构，通过导向键限制方向，运动精度高，可实现伸缩臂前端锚杆机左右摆动和升降动作。锚杆机在前端通过减速机马达实现左右旋转，可实现井下顶锚杆、帮锚杆、角锚杆的锚固，施打锚杆时，有人工辅助作业的上人平台。新结构形式锚杆机一侧与掘锚机本体连接，另一端与掘锚机行走部连接，这种结构布置形式减少了震动过大造成的质量问题。

图2 新掘锚机锚杆机构结构形式

如图3所示，由于新结构锚杆机在掘锚机的布置形式，液压油箱泵站、电控箱等后移，本体加长、行走加长、一运加长设计，操作台设计安装在本体上，临时支护设计在截割部上，在两侧行走部上安装锚杆机构。整机结构布置更加合理、稳定[4]。

图3 新锚杆机构结构形式掘锚机

3.1 双级伸缩滑台

双级伸缩滑台主要结构包括滚动小车、回转减速机、齿轮、长齿条 、滑动轴承组 、油缸。第一级伸缩滑台是液压油缸为驱动，使用耐磨滑动轴承做运动支承，第二级伸缩滑台是回转减速机带动齿轮和齿条啮合传动。带动滚动小车前后运动，保证掘锚机掘进时锚杆机回缩到回转台的后方，防止与截割部的动作干涉（保证掘进时不能锚护、锚护时不能掘进），需要施作锚杆时，截割头落地，锚杆机通过双级伸缩滑台进行前伸，到巷道前方进行锚杆作业，采用两级伸缩平台结构保证锚杆机的前后运动行程更大[5]。如图4。

图4 双级伸缩滑台结构形式

3.2 摆动伸缩臂

摆动伸缩臂主要结构包括内筒 、导向键、外筒。如图 5所示。摆动伸缩臂采用阿特拉斯钻臂结构，导向键限制方向，摆动伸缩臂的功能可带动锚杆机前伸和回缩，使锚杆机前伸距离巷道迎头更短，还可以通过2组油缸实现大臂的升降和左右摆动，保证锚杆机施作不用巷道位置的锚杆，对于巷道的适用性更高，适用更大尺寸的巷道。

图5 摆动伸缩臂结构形式

3.3 上人平台及锚杆机

该部分主要结构包括锚杆机、上人平台、翻转架 、回转减速机。如图6。

图6 上人平台及锚杆机

回转减速器带动整体部件实现前后翻转动作，向后翻转是保证锚杆机不工作时，翻转架扣在摆动伸缩臂上，避免与掘锚机主机其他部件发生碰撞，前翻动作角度不宜过大，锚杆施作时操作工人需要站到上人平台进行装锚杆、上树脂药卷等工作，保证施工过程中的安全。锚杆机左右摆动及前后翻转通过回转减速机和伸缩油缸实现，保证不同巷道位置的顶、帮、角锚杆的施作。

使用该形式锚杆机构的掘锚机具有如下产品功能：1）安全可靠，施工人员在支护顶板下做简单的辅助性工作；2）减人省力，降低劳动强度，实现了锚护作业的机械化；3）改善作业环境，解决了掘进机与锚杆机分体工作造成时间浪费；4）使用掘进机的液压系统，钻机扭矩大，推力大；5）通过高/低速液压系统控制机载锚杆机，工作人员使用手动阀或遥控器施工顶锚杆、角锚杆、帮锚杆及锚索；6）掘进机截割头落地，左、右锚杆机独立控制可进行不同排的锚固作业；7）液压互锁：掘进机与锚护机构有液压互锁切换阀，确保锚护机构动作时掘进机不动，防止误操作；8）电气互锁：锚护机构有压力传感器锁死截割电机，防止误操作；9）锚杆机与掘进机均可使用手动、遥控操作。

4 新结构形式掘锚机锚杆机构井下操作规程

4.1 操作第一步

找孔，左右锚杆机的动作控制相对独立，分别由左右操作台多路阀及高低速切换阀控制，可由2个人分别操作。首先将高低速切换阀切换到高速模式，通过控制滑台的多路阀将滑台伸出至指定位置，安装上人平台，插入固定销。并将锚杆部翻转，通过多路阀控制左右侧链条油缸、左右侧滑架油缸、左右侧前后摆动油缸、左右侧左右旋转油缸快速找到孔的粗略位置，当锚杆接近孔时，将高低速切换阀切换成低速模式，再次通过多路阀控制左右侧链条油缸、左右侧滑架油缸、左右侧前后摆动油缸、左右侧左右旋转油缸找到孔的精确位置，完成找孔工作。

4.2 操作第二步

钻孔，左右锚杆机的动作控制相对独立，分别由左右操作台多路阀控制，可由2个人分别操作，通过锚杆机的多路阀控制链条油缸和滑架油缸带动马达的上下移动，并利用马达的旋转，即可完成钻孔工作。

4.3 操作第三步

装锚杆，利用锚杆将树脂药卷送入锚杆孔内，将带有托盘、螺母的锚杆装入转接器中，启动滑动架和链条驱动油缸，当树脂药卷前端达到孔底时，开始启动马达慢速旋转，使锚杆刺破药卷开始搅拌，锚杆顶入孔底后停止滑动架和链条驱动油缸，保持马达慢速旋转几秒以便药卷搅拌充分。停止马达旋转并根据树脂药卷的凝固特性静止十几秒以使药卷充分凝固，然后重新开启马达慢速正转，将螺母压紧于锚杆托盘上直至马达堵转以达到初锚预紧力要求。

4.4 操作第四步

复位，将锚杆机、超前支护收回至初始位置，收回时注意管路，以防剐蹭、挤压等造成的油管断裂。

5 新结构形式掘锚机锚杆机构井下操作注意事项及日常维护

在进行锚护作业时，一定要将截割急停按下，同时将设备切换至锚护动作。保证锚杆机构工作时，掘锚机的截割停止。操作锚杆机构时应做到如下事项：1）不允许使用弯曲不直的锚杆，即单独将锚杆插入锚杆孔应能转动自如，无卡紧现象。2）切勿将油缸一次性顶到位，然后开足马达旋转搅拌，因为这样作业。有些锚固剂会顺着锚杆的螺旋形状挤出而影响锚固效果。3）锚杆机钻孔前，必须确保顶板与煤帮的稳定，保证作业安全。4）调整锚杆机位置时要注意不要使锚杆机与其他物体产生刮碰，尤其注意不要刮碰油管。5）锚杆机钻孔时，不准带着手套去试握钻杆。6）锚杆机钻孔时，不要一味加大油缸推力，以免降低钻孔速度，造成卡钻、断钎、崩裂刀刃、顶弯钻杆等故障。7）、钻孔时，可先开启水阀，然后进行钻孔，若此时觉得水量较大，容易溅到人身上，在保证钎杆不堵的情况下，可先钻1个孔位，再开启水阀。8）锚杆机折叠及回落时，与锚杆机保持一定距离，注意人身安全。9）锚护部分动作时，注意锚杆机同时进行帮锚杆作业时，锚杆机尾部的干涉位置。10）进行锚杆作业时，注意各个位置管路，防止卡死导致的油管断裂。11）在进行钻孔作业时，马达一定不能反转，以防钻头留在钻孔内。影响后续的作业。12）锚护机构顶护板向前无限位机构，锚护翻起时匀速翻起，以免前翻后伤人。13）锚护机构收回时，将锚杆机各个动作全部复位，匀速下落收回至双级伸缩滑台上。

掘锚机井下作业过程中，对于设备的日常维护十分必要，尤其是锚杆部的日常维护也是保证避免出现质量问题的重要事项，新结构形式锚杆机构使用过程中应做到以下日常维护；锚护部分连接处较多，需要定期对禁固螺栓进行紧固，每次检修时都进行此项维护；锚护机构运动处有调整运动间隙的调整垫，发现间隙过大时，通过顶丝对间隙进行调整，若发现无间隙，或铁与铁发生摩擦，应及时更换耐磨块[6]。锚杆机马达出水口处设置有漏水孔，若发现锚杆作业时漏水孔出水量较大，代表密封失效，须及时更换密封圈；使用锚杆机前对锚杆机马达、滑动架各个位置耐磨块间隙进行调整，保证运动件可以稳定运行；锚杆机链条机构定期检查其松紧度，每班使用之前均检查一遍[7]。锚杆机滑动座与滑动架要定期进行涂抹润滑脂，由于长期使用，加上淋水，表面镀铬层容易脱落，并且黏上污垢、生锈，在锚杆机停止使用一天以上再次使用时，需要除污和涂润滑脂。

6 结语

新型结构形式的锚杆机构在掘锚机上应用，安装在两侧行走部上方，本体部两侧更稳固。不仅减轻了掘锚机井下截割作业时的震动破坏，对于巷道顶部、帮部锚杆的施作范围更大，适用条件更广，减少锚护功能的故障[8]。提高了锚护效率，笔者认为该种结构形式对于不同工况的煤巷、半煤岩、硬岩巷道掘锚机形式均适用。煤矿井下巷道中,锚护的施工对巷道自身的安全性能产生了直接的影响,同时也将对煤矿井下的工作人员的人身安全造成威胁。良好的巷道锚护措施不仅能有效节约煤矿的成本,提高煤矿巷道的安全性能,同时也在一定程度上提高了煤矿的开采效率。锚杆支护的施工速度较快,具有较好的耐久性,适用性也较好,能解决煤矿巷道支护过程中存在的问题,因此该种锚杆机构的掘锚机在煤矿巷道的锚护作业当中会得到广泛应用。