机载式侧帮锚杆机的设计研究

机载式侧帮锚杆机的设计研究

杨凯

合肥工业大学 安徽合肥 230009

摘要：通过对掘进机与锚杆钻机之间安装位置的分析及掘进机与锚杆钻机连接方式等关键技术的处理，本文对锚杆钻机的结构进行了设计，设计出一种既能够打巷道顶部锚杆孔、又能打侧帮锚杆孔的机载式锚杆钻机。

关键词：锚杆机；掘锚机；设计

在机械结构上，机载锚杆机安装于掘进机截割部两侧，支护机安装于截割部上部，锚杆机工作前，支护机先对顶板进行临时支护，使得锚杆机工作时安全性大大提高。 锚杆机利用截割部的升降、摆动及锚杆机自身功能，完成巷道锚杆的锚装工作。 掘锚机具有前后伸缩、垂直水平调整、锚杆机自身旋转等功能。 掘进机工作时，锚杆机收缩折叠，最大程度地缩小锚杆机的空间尺寸。该掘锚机的问世在一定程度上提高了巷道掘进的效率，降低了井下操作者的劳动强度， 提高了安全系数。但这种掘锚机只能打顶锚杆，不能打侧帮锚杆。 为进一步提高效率， 进一步完善该掘锚机的功能，进一步提高安全系数、降低劳动者强度，就需要设计一种新的结构来实现侧帮锚杆的机械化作业。

一、机载锚杆钻机液压系统的现状

我国的液压工业开始于 20 世纪，最初生产阀门和叶泵。经过 60 多年的发展，如今已经具备了一定的技术水平，形成了种类齐全、小有规模的生产和科研体系，但是与工业发达的国家的液压水平还有很大的距离。所以应该大力推广和发展液压技术的应用领域。目前在使用中的主要是单体锚杆钻机安装到掘进机上的掘锚机组。锚杆钻机拥有独立的液压系统，管路复杂，安全性低，在工作中管路油液由于不能及时得到冷却而使液体一直保持高温，导致液压系统发生严重泄露事件，加剧了液压元件的损坏率，增加了检修时间，限制了掘进速度。所以为了充分发挥整机的功能，实现掘锚一体化，提高掘进速度，对机载锚杆钻机液压系统的研究尤为重要。掘进机机载锚杆钻机的在液压系统的设计上应该具有以下特点：

1、力求减轻工人的劳动强度，优化掘锚护的作业环境。以往的作业过程，通常是掘进机先割煤，在出煤后，向后撤 3-5 m，再将单体锚杆钻机移至工作面处钻孔，钻孔结束后还要将锚杆钻机移走。所以掘锚机组的设计应避免使工人屡次移动单体锚杆钻机，而是用多个操纵阀就能够实现上述动作。由于掘进机减少了行走的反复性，也就减少了对巷道底板的影响。

2、在掘进机上机载锚杆钻机，可适用于不同形状的巷道，能够按要求对多数巷道的顶部和侧壁进行打眼作业；与在采煤机上机载的掘锚机组相比，它还能够适应宽度和高度尺寸较小的巷道。

二、锚杆钻机运动过程

1、钻巷道顶部锚杆孔时锚杆钻机的运动过程。当掘进机切割一段巷道后，截割头缩回，开动履带使掘进机前进直至下一掘进位置，将掘进机截割臂停止在巷道中心线位置附近，掘进机截割臂停止工作，进行打顶部锚杆孔。 首先利用伸缩液压缸将锚杆机向截割头方向伸出，然后起动翻转油缸，使两个锚杆钻机处于竖直状态，工人将锚网放置到锚杆钻机支护装置前端的支护架上，开动锚杆钻机支护油缸，将两锚杆钻机的支护装置升起同时将锚网顶到巷道的顶部，此时，支护装置还对巷道起临时支护的作用。支护装置在上升的同时带动支护架上的锚杆钻机马达一起上升，当支护装置对巷道支护时，钻机马达和双倍程推进油缸起动，锚杆钻头开始钻孔。等到推进油缸达到行程极限后，双倍程液压油缸缩回，将锚杆退出锚杆孔，如果此时打的锚杆孔深度不能满足巷道支护的要求，则由工人在锚杆钻后面再接入一段钻杆，然后继续对锚杆孔进行第二次钻孔以满足锚杆孔深度要求，将双倍程推进液压缸缩回，将锚杆退出取下，然后将支护液压缸缩回，到此，一次钻孔过程完毕。然后调节伸缩油缸的移动，进行下一个孔的锚钻。

2、钻巷道侧帮锚杆孔时锚杆钻机的运动过程。按照打顶锚杆孔的操作顺序运用伸缩液压缸对锚杆机往前伸出，将锚杆钻机竖起后，然后调节侧翻液压缸，使锚杆钻机与侧帮成支护要求的角度，然后再按打顶锚杆孔的顺序开始钻孔，钻孔结束后，将双倍程推进液压缸、支护液压缸缩回，再将侧翻液压缸缩回、翻转液压缸缩回、伸缩液压缸缩回，打侧帮锚杆孔过程结束。

三、侧帮锚杆钻机的结构设计

1、锚杆钻机 2. 安装座 3. 回转机构 4. 液压系统

（1）锚杆钻机 锚杆钻机是侧帮锚杆机的主要执行元件，其性能直接影响整机的性能，因此需要有较高的可靠性、安全性和便捷性。目前，锚杆钻机主要分为：液压锚杆钻机、电动锚杆钻机和风动锚杆钻机。 作为机载式锚杆钻机，液压锚杆钻机比电动和风动的有着不可比拟的优势： 噪声小、效率高、钻孔质量好。 液压锚杆钻机主要由操作手柄、伸缩油缸、马达等部件构成。打帮锚杆时，通过操作手柄控制油缸伸缩，而马达则由球阀直接控制。为使油缸的行程足够长，需设计成2级伸缩油缸：

(2)安装座主要起固定锚杆钻机的作用。而且，该部件需能调整锚杆钻机的高度位置，以便实现打不同高度的锚杆；

(3)回转机构 回转机构主要负责调整锚杆机沿顺槽方向的工作位置，以实现同一作业循环可打2排锚杆：

(4)液压系统 机载式侧帮锚杆机的液压系统可直接接入到掘进机的液压系统。与掘进机共用一个泵站，而不需单独配置泵站，这样既节约了成本，又简化了液压管路节省了空间。侧帮锚杆机结构如图所示。

2、侧帮锚杆机与JMll型掘锚机设计

掘锚一体化技术是快速成巷的关键技术，更是发展趋势。因此在设计机载式锚杆机时，必须考虑与原掘锚机的一体化。该侧帮锚杆机可作为一个具有独立功能的部件加装到JMll型掘锚机上，根据设计原则，必须处理好以下方面的内容：

(1)安装位置 侧帮锚杆机安装位置，侧帮锚杆机以截割部盖板为工作平台，将其置于支护机后方结构紧凑，不需人工搬运。通过在截割部盖板上增加圆形轨道。可增加盖板刚性，同时又可以使侧帮锚杆机绕回转中心旋转变得省力、轻巧，而且整个部件安装、拆卸、维修、维护都很方便。

(2)工作方式。当掘进机停止掘进，转人锚护作业时。首先将支护机打开使其处于支护状态．这时．整个截割部盖板就成了侧帮锚杆机的工作平台。操作者站在盖板上．通过回转机构来定位侧帮锚杆机的工作位置，通过调整安装座．可改变锚杆钻机的高度。截割部盖板中心的左右两侧均可确定前后各2个位置．实现打2排锚杆．这样。在一个锚护作业的循环中，共可打2排4根锚杆。锚护作业时．侧帮锚杆机和2个顶锚杆机可以同时工作．互不影响．但由于受安装位置的影响．侧帮锚杆比顶锚杆要滞后一排。

(3)动力源选择。液压锚杆钻机动力源的选择．既可与掘进机共用一个泵站．也可单独设置泵站。JMll型掘锚机本身带有锚杆机油路接口，因此．可以直接借用掘进机的泵站，这样。既可节省泵站、节省空间。又可以使液压管路简化。做到了侧帮锚杆机与掘锚机的一体化设计。

总之，掘锚一体化技术是快速成巷的关键技术．更是发展趋势。然而功能的集成势必会带来结构的复杂化．整机的外形尺寸的增大。液压管路的增加．潜在故障点的增多。在JMll型掘锚机上增加侧帮锚杆机．解决了原掘锚机不能打侧帮锚杆的问题．但还是存在一些缺点的．比如．该侧帮锚杆机不能打最下面的一排锚杆，因此掘锚一体化技术还有待于进一步研究。

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