1、doi:10.13436/j.mkjx.202305005煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月0引言锚杆锚索巷道支护方式具有高效、安全、经济的显著特点，广泛应用于煤矿掘进巷道的支护领域，是目前巷道支护技术的代表。机载锚杆锚索钻机能够实现锚索、锚杆钻孔、安装与紧固等功能，因此广泛应用于巷道的支护中。近年来，随着煤矿的不断开采，薄煤层的开采量逐渐增加。目前此类煤层的巷道支护工作，由于受现有设备外形尺寸限制，无法在此类巷道进行施工，还沿用人工支护来进行巷道支护工作，造成整个巷道掘进速度缓慢，制约巷道的成巷速度。急需研制适应薄
2、煤层的支护装备。低矮型锚杆钻车的开发，可满足国内大部分煤层条件下的使用，也有利于提高巷道掘进的自动化水平，对降低支护工作强度、提高支护安全性与支护效率、减少煤矿锚护作业人员具有重要意义。1基于连采机的双巷快速掘进系统巷道的快速掘进是煤矿综采可持续推进的前提和基础，在部分煤矿使用连采机成套装备进行大断面双巷掘进，能够加快煤矿掘进巷道的速度。该采煤工艺主要运用于双巷掘进，连采机在一个巷道内进行掘进作业的同时，锚杆钻车在另一巷道内进行锚杆支护作业。当连采机完成该巷道的掘进任务，锚杆钻车完成另一巷道的支护任务后，锚杆钻车与连采机互换巷道，连采机掘进与锚杆钻车支护交替循环作业，实现支护设备与掘进设备的平
3、行作业，提高了掘进与支护效率。其中，多臂锚杆钻车常用于该采掘工艺的连采机快速掘进系统，连采机双巷掘进工艺如图1所示。图1连采机巷道掘进设备布置图1.带式输送机2.给料破碎机3.梭车4.连采机5.锚杆钻车6.铲车7.联络巷8.辅运顺槽9.主运顺槽2低矮型锚杆钻车基本结构低矮型锚杆钻车能够在低矮巷道内实现锚杆、低矮型锚杆钻车的研制*闫金宝1，2，3（1.中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，太原030006；2.山西天地煤机装备有限公司，太原030006；3.煤矿采掘机械装备国家工程实验室，太原030006）摘要：随着煤矿的不断开采，薄煤层的开采量逐渐增加，但受现有装备的外形尺寸限制还沿用人工支护
4、的方式,造成整个巷道掘进速度缓慢。针对以上问题研制了低矮型锚杆钻车，其适应巷道高度为1.73.8 m，该设备在神东、陕北等地的成功应用，解决了煤矿在薄煤层开采过程中采掘失衡的问题。关键词：薄煤层；低矮型；锚杆钻车中图分类号：TD353.6文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0015 03Development of Low Height Anchor Rod Drill TruckYan Jinbao1，2，3(1.CCTEG Taiyuan Research Institute Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China；2.Shanxi Tiandi
5、 Coal Mining Machinery Co.,Ltd.,Taiyuan 030006,China；3.National Engineering Laboratory for Coal Mining Machinery,Taiyuan 030006,China）Abstract:With the continuous mining of coal mine,the mining of thin coal seam has gradually increased.However,due to the limitation of equipment,manual support is sti
6、ll used,resulting in the slow drivingspeed of the entire roadway.Aimed at the above problems,a low height anchor rod drill truck has beendeveloped,which can adapt to the roadway height of 1.7-3.8 m.The successful application of thisequipment in Shendong,Northern Shaanxi and other places has solved t
7、he problem of mining imbalancein the process of mining thin coal seam.Key words:thin coal seam；low height；anchor rod drill truck*国家重点研发计划（2020YFB1314003）；山西省攻关专项（2020XXX001）；山西天地煤机装备有限公司科技重大项目（M2022ZD01）；山西天地煤机装备有限公司科技面上项目（M2022MS06）12345678915锚索的支护。整机主要包括底盘、锚杆钻架、升降机构、工作平台、临时支护、除尘系统和卷电缆机构等，其基本结构如图2所
8、示。图2低矮型锚杆钻车基本结构1.临时支护2.锚杆钻架3.工作平台4.升降机构5.底盘6.除尘系统7.卷缆机构（1）紧凑型锚杆钻架设计钻架是锚杆钻车的关键工作部件，其性能优劣关系到整车的使用性能。根据目前低矮煤层矿井支护工艺，对装备工作流程和巷道支护工艺开展研究。结合现有钻架模块技术，为了提高钻架模块的通用性，钻架模块沿用对称式进给机构和圆柱导向的双链传动模式。此结构的钻架虽因机构复杂加重此模块的整体重量，但相对于偏置式进给机构与燕尾槽导向结合的钻架具有高可靠性、强适用性、低维护性的优势。紧凑型锚杆钻架的结构如图3所示。图3紧凑型锚杆钻架1.对称式进给系统2.接顶器3.双链传动件4.圆柱导向柱
9、5.回转动力单元为了提高进给机构导向的精度与耐磨性，钻架采用圆柱导向，解决了同类型设备存在的钻架导向性不好、耐磨材料易磨损的问题，并对导向柱进行了强度和刚度校核，分析结果如图4、图5所示，该导向柱的最大应力为205.66 MPa，出现在导向柱固定端，最大变形为2.11 mm，出现在整根导向柱的中间位置，能够满足使用要求，符合进给机构的导向精度。（2）升降机构设计工作台升降机构采用平行四连杆升降机构，主要由前连杆、后连杆以及升降油缸组成，如图6所示。其一侧与底盘联接，另一侧与操作工作平台联接。升降油缸的伸缩可以使整个工作平台上下升降，且在运行时能保证工作台始终处于水平状态，保证操作人员所站工作平
10、台的稳定性和可靠性；在工作平台的前侧设有滑轨机构，滑轨机构上布置4个顶锚钻架，操作人员可站在工作平台上操作锚杆钻架，可以控制锚杆钻机的左右滑移以及前后左右的摆动，一名操作人员可以同时操作2台锚杆钻架，提高锚杆支护效率。后连杆的上表面为一整个平面，表面采用防滑板，操作人员可通过后连杆到达操作平台，后连杆相当于操作人员上下设备的通道，能够保证操作人员位于安全区域，降低了操作人员的危险指数。图4导向柱的应力分布云图图5导向柱的位移分布云图图6升降机构1.前连杆2.升降油缸3.后连杆为保证升降机构各铰点位置的合理性，并结合装备实际工作情况，在满足竖直升降高度的前提下，优化升降机构各铰点位置，将前后连杆
11、受力情况、升降油缸与前连杆的夹角和升降机构在机身纵向位移达到最优。同时以此机构中前连杆的受力为载荷边界条件，利用仿真软件对此部件的强度和刚度进行校核，分析结果如图7所示，该前连杆的最大应力为277.6 MPa，出现在连杆与油缸结合处。根据此仿真结果，前连杆选用Q550的材料可完全满足强度要求。123456712345第44卷第5期Vol.44 No.5低矮型锚杆钻车的研制闫金宝A：Static StructuralEquivalent StressType:Equivalent（von-Mises）StressUnit:MPaTime:1148.46Max205.66 Max182.84160
12、.02137.21114.3991.57168.75445.93723.1200.303 Min139.15x0.00300.00（mm）150.00zyA：Static StructuralTotal DeformationType:Total DeformationUnit:mmTime:1Max2.107 4 Max1.873 21.639 11.404 91.170 80.936 610.702 460.468 310.234 150.Minx0.00300.00（mm）150.00zy12316图7前连杆的应力分布云图（3）智能化人机交互控制站设计智能化人机交互控制站的主要功能是通过
13、引入电液控制阀、多类型传感器并通过传感器数据联合分析技术，实时对装备中各机构的位置、转速、温度等状态信息进行综合分析、实时监控。控制系统的框架如图8所示。图8智能化人机交互控制系统的框架图集成钻箱的转速传感器、压力传感器、按键式操控器等装置，通过控制系统实现对钻架动作的逻辑控制和显示，包括了锚钻一键启动动作（除尘开启、自动旋转开启、自动进给开启）、要求位置的检测、自动钻孔和自动复位等动作控制。3工作姿态及技术参数该低矮型锚杆钻车与薄煤层连采机配套使用，具有良好的通过性。采用平行四边形升降工作平台，拓展了该钻车的适应范围。升降工作平台收回以后的状态如图9所示，整个机身高度为1 590 mm，能够
14、在巷道高度1 700 mm的低矮煤层掘进巷道中使用。图9低矮型锚杆钻车缩回姿态通过升降机构可以使操作平台与4个顶锚钻架同时升起，能够在巷道高度为3 800 mm的条件下工作，锚杆钻车升降机构升起状态如图10所示。图10低矮型锚杆钻车升起姿态该钻车的技术参数：适应巷道高度/mm1 7003 800适应巷道宽度/mm4 2006 000巷道底板倾斜度/（）16外形尺寸（长宽高）/mm6 9003 2001 590整机功率/kW255钻臂数量4牵引速度/mmin1025总重/kg38 000灭尘方式真空三级除尘4工业性试验该低矮型锚杆钻车于2021年1月在某煤矿使用，整机配套薄煤层连采机进行双巷掘进
15、。到2021年4月底已完成井下工业性试验，完成该煤矿巷道高度为2 100 mm、巷道长度近2.5 km的支护工作，总计支护18 mm1800 mm锚杆数量约2.5万根，21.6 mm6 500 mm锚索数量约2 200根。通过现场试验验证，该装备可满足低矮煤层巷道支护工作要求，装备各项性能指标均满足井下生产需要和设计要求。该装备相比原有系列设备，设备高度低、机动性强、通过性好，调机过程中未出现爬坡打滑和因浮煤设备无法行走的现象。锚护机构对称布置，可大范围进行伸缩，可完成巷道支护工作，便于进行巷道顶板锚杆锚索支护，性能优越。5结语（1）低矮型锚杆钻车可配套薄煤层连采机进行薄煤层的掘进，采用平行四
16、连杆机构的升降平台保证钻车在巷道高度1.73.8 m下正常使用，解决了煤矿在薄煤层开采过程中采掘失衡的问题；（2）该装备引入了锚钻人机交互控制系统，通过按键操作锚钻支护动作、数据实时上传、故障诊断和保护，实现一人多机的操作，减少掘进工作面的人员数量；（3）该装备的研制及应用，拓宽了国内锚杆钻车的适用范围，推动了国内煤机装备的智能化发展，改善了操作人员劳动环境，为建设现代化智慧矿山提供了设备支持。参考文献：1康红普,王金华,林健.煤矿巷道支护技术的研究与应用J.煤炭学报,2010,35(11):1809-1814.2王丹净.煤矿建井施工锚杆支护探析J.煤炭技术,2013,32(10):228-229.3李二欠,张豪阳,吕德锦.锚杆钻机的应用与发展J.煤矿机械,2016,37(5):157-159.4徐锁庚.煤矿锚杆支护钻孔设备的现状及发展J.矿山机械,2009,37(18):4-8.5郭玉辉,王赟.浅谈薄煤层开采技术现状与发展趋势J.煤矿开采,2012,17(1):1-2+36.6李刚.煤矿巷道快速掘进工艺及设备配套现状与应用J.煤炭技术,2022,41(4):32-34.作者简介：闫金
