孟超杰

(大同煤礦集團 同家梁礦，山西 大同 037003)

掘錨一體機是煤機研發(fā)領域中難度最大的設備之一。十三臂掘錨一體機是以掘錨一體化設計理念為核心，將掘進裝備、臨時護架、錨桿鉆機群、自動托送網和上鋼帶等系統(tǒng)進行一體化設計。將整機分為截割區(qū)、支護區(qū)、及時錨固區(qū)、穩(wěn)定補支區(qū)、控制區(qū)和后勤補給區(qū)，使掘進裝備既可以完成割煤、清煤的工序，又具備臨時支護，鉆孔，安裝緊固錨桿，自動托送網和上鋼帶的功能，實現(xiàn)了截割與支護協(xié)同作業(yè)。本文主要就十三臂掘錨一體機的結構和功能進行分析[1-3]。

1 分區(qū)設計

十三臂掘錨一體機的整體結構如圖1所示。

圖1 整體結構

1.1 截割區(qū)

截割區(qū)由全斷面可伸縮截割系統(tǒng)和全斷面可伸縮犁式鏟板兩部分組成。整機采用橫向可伸縮截割滾筒，全斷面一次截割成巷，截面為標準矩形，截割電機功率為2×170 kW，截割滾筒直徑1 120 mm，最大截割寬度為5 400 mm(4 800 mm+2×300 mm可伸縮部)，截割高度3 500～3 900 mm，截割硬度f=2～6，每循環(huán)進尺1 m(分兩次截割，每次進刀400～500 mm)，作業(yè)速度6 min/m。截割滾動定位伸縮采用遙控模式，模式切換簡單，可根據(jù)巷道規(guī)格進行選擇。清煤采用可伸縮犁式鏟板，掘進作業(yè)時，在截割部上下擺動割煤的同時，犁形收集頭和螺旋滾筒同步完成落煤和收煤。

1.2 支護區(qū)

支護區(qū)由臨時護架、4臺錨桿鉆機、自動托送網和上鋼帶裝置三部分組成。

1) 臨時護架可以有效防止頂板塌落或落石，起到臨時控頂作用。頂護板采用高強度鋼板制成，臨時支護長度4 m，寬度0.9 m，護頂面積4.32 m2，支撐強度大于21 kN/m2，升限3 800 mm。由4根支頂油缸、2個支護架體、4個支地油缸和滑靴構成整體結構，支護架體固定在鏟板兩側，上下兩端分別連接支頂油缸和支地油缸，支頂油缸上鉸接頂護板，支地油缸上鉸接滑靴。錨護作業(yè)時，支地油缸伸出，滑靴受力觸底、支頂油缸伸出，拖動頂護板護住巷道頂板，起支護和輔助支撐的作用。

2) 當掘錨機截割完成及臨時護架升起后，前排的4臺頂錨桿鉆機同時鉆眼、安裝、緊固錨桿。4根頂錨桿，配合臨時護架可達到大于500 kN的支護強度，能夠有效控制圍巖變形量，對頂板起到及時支護作用。

3) 自動托送網和上鋼帶裝置，能夠實現(xiàn)自動送網、托網和上鋼帶的功能，支護作業(yè)時，將鋼帶和金屬網自動送到錨桿鉆孔位置，可以有效減輕工人勞動強度，大幅縮短后勤輔助占用時間。該裝置由高強度支架、托網骨架、導向管、滑道、驅動馬達和連接座等部件組成，固定在機組本體上。當支護作業(yè)時，人工將鋼帶和金屬網放置在拖網架上，馬達驅動座上的驅動馬達將拖網架由零位通過齒輪齒條的驅動方式向前運動，當末位接近開關檢測信號時馬達停止運動，拖網架停止在拖網機構托盤座上方，由拖網機構頂起拖網架進行錨護作業(yè)，拖網架上安裝導向桿起導向作用；當錨護作業(yè)結束后，拖網機構下降，驅動馬達將拖網架由末位通過齒輪齒條驅動向后運動，當零位接近開關檢測到信號時馬達停止運動，拖網架停止在零位位置。

1.3 及時錨固區(qū)和穩(wěn)定補打區(qū)鉆機群布置方式

為提高支護效率，縮短支護循環(huán)平均用時，根據(jù)巷道支護設計，重新設計錨桿鉆機群，按照4-2-3-2-2布置方式共布置5排13臺鉆機，將一次支護分解成分段分布支護。即及時支護由支護區(qū)內的第一排4臺頂錨桿鉆機完成，及時錨支區(qū)由第二排2臺側幫錨桿鉆機、第三排3臺頂錨桿鉆機完成，穩(wěn)定補打區(qū)由第四排2臺側幫錨桿鉆機和第五排2臺側幫鉆機完成。采用這種布置方式，配合先進的液壓控制系統(tǒng)可同時完成13根錨桿的鉆眼、安裝、緊固作業(yè)，每臺錨桿鉆機均可以按照一定高度和角度進行調節(jié)，采用遙控和手動兩種方式操作，操作靈活。

1.4 控制區(qū)

整機采用CAN總線控制技術，電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)均采購國際先進原件，配合智能化電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)壓力智能分配自動切斷功能。通過安全互鎖控制實現(xiàn)液壓系統(tǒng)在截割和支護間互鎖功能，達到截割與行走閉環(huán)控制，保障了人員的安全操作和設備的平穩(wěn)運行。

2 掘進工藝操作流程

開工前準備、安全檢查、設備檢修(30 min)—第一次截割、清煤(6 min)—臨時護架升起，同步鋪網送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機同時完成4根頂錨桿的鉆眼、安裝緊固錨桿(15 min)—第二次截割、清煤(6 min)—臨時護架升起，同步鋪網送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機對第二次進刀后的區(qū)域進行及時支護，第二排幫錨桿鉆機和第三排頂錨桿鉆機開始施工第一次進刀后剩余永久支護(15 min)—第三次截割、清煤(6 min)—臨時護架升起，同步鋪網送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機對第三次進刀后的區(qū)域進行及時支護，第二排幫錨桿鉆機和第三排頂錨桿鉆機開始施工第二次進刀后剩余永久支護，第四排、第五排幫錨桿鉆機開始施工第一次進刀后剩余護幫錨桿(16 min)—循環(huán)結束。一個正規(guī)作業(yè)循環(huán)可掘進3 m，用時100 min，按“四六制”組織生產，每日可施工10.8個循環(huán)，進尺32.4 m，每月按30 d組織生產，月進可達972 m。

3 結 語

十三臂掘錨一體機的研制是對國內外掘錨一體機的一次創(chuàng)新，通過安裝臨時支護、錨桿鉆機群、自動托送網和上鋼帶裝置等，初步解決了掘錨平行作業(yè)的問題，提高了掘進效率和單進水平，減輕了工人勞動強度，達到提升煤炭開采效率的目的。