双巷掘进工作面四臂锚杆钻车的设计与应用

李 峰

（西山煤电建筑工程集团有限公司矿建分公司，山西 太原 030000）

引言

伴随着中国高效率、集约化矿井的建立，连续采煤机在双巷掘进工作面取得了广泛应用。虽然巷道的掘进速度在大幅度上升，但是存在锚杆支护效率低问题，阻碍了掘进成巷速度[1]。针对该问题，一种四臂锚杆钻车在煤矿中得到广泛应用。该设备是一种连续采煤机之后配套的支护设备，它的工作原理是当双巷掘进工作时，配合连续采煤机，共同完成巷道顶锚杆支护的作业。四臂锚杆钻车在煤矿行业中的广泛使用，为煤矿企业发展、提高掘进效率、提升工作面安全性有很大意义。

1 四臂锚杆钻车整体结构

该设备是由三部分组成，分别是机、电、液。该设备的前端是由一字形并排的四个锚杆钻机组成，之所以这样设计，是可以在同一个时间内，使四根顶锚杆平行作业，这将会大大提升锚杆支护速度。另一方面，垂直升降的工作平台被整合进入设备，这就可以适用于多种锚杆钻车支护范围的多种巷道高度，进行常规的顶锚杆工作[2]。钻车结构，见图1。

图1 四臂锚杆钻车结构图

1.1 锚钻部及平移滑动箱体部

钻车的核心组成部分是锚钻部及平移滑动箱体部（见图2）。根据图2 可知，四台锚杆钻机垂直摆放，在作业中前后摆动油缸，平滑移动箱体部内的左右角度，可以更好地起到对巷道顶板锚杆支护的作用。通过前后、左右摆动，也可以精准地调整锚杆钻机的角度。为满足不同巷道宽度的支护要求，左侧、右侧滑动箱体可带动外侧两个锚杆钻机进行外侧滑移。

图2 锚钻部及平移滑动箱体部结构图

1.2 本体部及行走部

整车行走、承重整个设备的质量、布置液压系统、电气系统、卷缆装置主要是依靠本体部和行走部。左行走部、右行走部主要依靠螺栓连接本体部[3]（见图3）。

图3 连接部结构图

1.3 工作平台

为了方便操作人员在煤矿作业面进行支护作业，同时满足不同巷道高度的顶板支护要求，可以调整锚钻部及平滑移动箱体部的作业面高度。为确保现场所有一线施工人员的安全，在工作平台上方，必须设置有确保操作人员安全的顶棚。设备采用的是垂直升降的工作方式，具体的行为是依靠油缸升降来实现两个平台的上下运行，导向装置是本体部导向柱及垛架，具体的工作平台的升降高度极限可达到1 000 mm（见图4）。

图4 工作平台结构图

1.4 除尘系统

该系统为负压、三级过滤的干式除尘系统。三级过滤过程中灰尘会经过旋流器、迷宫式积尘箱、过滤网三层进行逐级过滤。使用三级过滤极大地预防了煤矿作业过程中粉尘大量飞扬与扩散，有效地控制了粉尘给人体造成的伤害，很好地改善了煤矿作业过程中的环境。

1.5 卷缆装置

该装置为一次性卷缆，并充分采用全自动电缆卷放装置，长度为180 m，并配置了大直径卷缆滚筒。该装置有排缆器、空缆保护装置、满缆保护装置，方便长距离调车功能，确保在使用卷放过程中的安全性。

2 煤矿用四臂锚杆钻车实际展现

四臂锚杆钻车是煤矿井下实现锚杆支护机械化作业的主要设备。其设计初衷是用于连续采煤机双巷掘进工作面的顶锚杆支护工作中，协同连续采煤机共同进行采掘工作，实现两条巷道内的交替快速采掘作业。同时，该设备还可以同煤矿中巷道的六臂帮锚杆及顶锚索钻车配合进行工作，实现巷道全断面支护作业的快速完成。这将极大地减少人员的工作强度，降低生产成本，掘进的效率也能得到显著提高。

在采掘工作中巷道工作面的支护过程中，该设备协同煤矿巷道中的六臂帮锚杆及顶锚索钻车共同在旁侧巷道内工作，有序完成支护工作的顶锚杆、帮锚杆和顶锚索等工序。一旦一次截煤循环作业在连续采煤机工作下结束，并且支护作业在两台锚杆钻车协助下结束，这两组设备将会进行巷道交换，随后继续进行各自的采掘工作和支护工作。

3 煤矿用四臂锚杆钻车的工业应用

2018 年初，在陕西某煤矿使用四臂锚杆钻车进行设备的试运行。该矿由于特殊的地质环境及其他因素，经常出现两个巷道冒顶片帮问题，同时由于采掘空间的问题，使得连续采煤机每个循环最多进尺6 m。

煤矿用四臂锚杆钻车被应用到该矿后稳定运行，截至2019 年底共累计掘进巷道21 km。以上数据可以证明并体现出该设备的优越性，极大地提高工作面支护工作效率。通过使用该设备，为煤矿开采作业减少了人工成本，提高了整体掘进效率，带来了较好的经济效益；该设备在机械化、自动化程度及较高的性能得到业界的认可，同时该设备降低了支护操作人员的工作强度，确保了安全性。

4 结语

四臂锚杆钻车设备的的研制和成功使用，首先证明了其在双巷掘进工作中对支护效率提升的巨大意义。其次该设备为煤炭开采领域提供了一种高效、安全、实用性高的煤矿巷道支护方式，是当今较为安全先进的巷道支护技术。最后煤矿用四臂锚杆钻车的设计和使用缓解了开采比例失调和安全性等问题，为企业取得了良好的效益，同时为双巷掘进的快速发展作出了应有的贡献。