掘锚一体式掘进机应用现状分析及发展趋势研究

刘建永

（山西高河能源有限公司，山西长治 047102）

0 引言

对于井下掘进机而言，其开采效率在很大程度上都依托于掘锚的平衡与否，时下国内多数矿井掘进巷道仍在利用人工支护锚进行工作。因掘进机所配备的单体液压锚杆钻机和单体气动，故而产生了工作环境恶劣、噪音高、速度慢、安全性差、劳动强度大以及机械化程度低的状况，不仅如此，在进行硬岩掘进时，因人工支护强度较高，使得锚杆支护时间所占比例相对较大。由于时下我国多数矿井均受空顶距的限制，使得掘锚很难在工作过程中实现同时作业，因此，我国未来需以掘锚一体式掘进机为主要研制方向。本文基于国内现有掘锚一体式掘进机在煤矿中的使用状况，对其存在问题进行对比分析，并总结各类掘进机在使用过程中存在的优缺点，以此来为我国煤矿掘进机的下一步发展提供可行的设计方案。

1 国内一体式掘进机现状及优缺点比较

就时下而言，国内掘进机均有着运、装、掘一体化功能，且因现行掘进机的外形尺寸已达到最小极限，故而，当下急需集成一个较大的辅助功能设备，如钻机等，国内外对掘进机辅助功能设备的安装主要放置于机身顶部。目前，国内集成形式的主要方式，即掘进机顶部集成锚杆机，其可分为两种，一种是截割部顶部集成，另一种是机身顶部集成[1]。二者对比如下。

1.1 机身顶部集成方式

机身顶部集成大致上可分为两种，一种是直接顶部集成，另一种是跨骑顶部集成。

（1）跨骑顶部集成

跨骑顶部集成主要将钻机跨骑在机身两侧，在平常状况下，其收缩于掘进机后部，而在工作时，利用滑轨将钻机推进到掘进机处进行工作，从而完成支护作业。优点：自身有着双锚结构，且具有较高支护效率。缺点：因集成钻机后致使机身庞大，不仅提升了1.3 m左右的整机宽度，还造成了比压增大，从而造成整机适应能力的降低；与此同时，因其致使的巷道宽度增加，使得铲板的边料清理无法顺利完成，从而严重妨碍司机操作视线，不仅如此，还带来了掘进机维修方面的阻碍，因掘进机机油温度的不断上升，从而极易产生爆管现象[2]。

（2）直接顶部集成

直接顶部集成主要是将钻机轨道安置于机身顶部，在平常状况下，其收缩于掘进机后部，而在工作时，利用滑轨将钻机推进到掘进机处进行工作，从而完成支护作业。优点：集成较为简易，且适用于任何机型。缺点：因自身结构为单锚，故而其支护效率较低，且远不如人工的3～4根锚杆的速度[3]。

1.2 截割部顶部集成方式

（1）整体截割部顶部集成

整体截割部顶部集成主要是将双锚钻机安置于截割部顶部，在平常状况下，其可折叠收缩于掘进机截割部上部，而在工作时，利用油缸将钻机推进到掘进机处进行工作，从而完成支护作业。优点：自身有着双锚结构，且具有较高支护效率。缺点：当钻机处于缩回状态时，因设备堆积于截割部顶部，从而无法对低巷道进行截割工作。

（2）分体截割部顶部集成

分体截割部顶部集成主要是将钻机轨道安置于截割部两侧，在平常状况下，其可收缩于掘进机截割部两侧，而在工作时，利用滑轨将钻机推进到掘进机处进行工作，从而完成支护作业。优点：较为简易的钻机结构，其有着双锚的支护，以及较高支护速度。缺点：因钻机收缩于截割部，故而自身不具备左右伸缩装置，因此，当进行巷道侧帮支护时，需利用截割部进行旋转，且只能通过一部钻机实现[4]。

2 掘锚一体式掘进机优化原则

（1）选择钻臂配套系统与结构时应结合主机特点，应考虑掘进机配套后主机维护难度、液压系统改造以及接地比压、操作简易程度和截割视线、截割巷道宽度与高度等。其具体设计思路：在不改变掘进机尺寸与外形的前提下，在其内部集成锚杆钻机，为避免影响司机视线，结构应紧凑。掘进机与锚杆机能够互锁，无需同时操作，进而令操作速度与安全性得到提升。为便于调动，锚杆钻机能够达到锚杆支护全断或任意断的基本要求，并且定位支护的高度与宽度范围会高于与之相匹配的掘进机高度与宽度，通常二者的高度差为50厘米以上。

（2）所选液压机应可靠、高效，若要令支护作业效率有所提升，1台掘进机应配有2台机载锚杆机，此时在作业时锚杆机会比截割头高，从而令空顶距要求得到满足。

（3）变量系统是掘进机首要考虑的液压系统，同时冷却循环系统也应加大。

（4）应保持稳定的钻孔性能、准确灵活的钻臂锚孔钻眼以及迅速的钻臂推展机构动作。

（5）按照煤矿安全规程要求，应安装辅助作业平台与临时支护，以便于传送作业人员进行铺锚网与装填锚固剂等作业，从而令锚杆机开机效率得到有效提高，进而令锚杆作业生产率得到提升。在工作时应按作业规程要求，截割部落地[5]。

3 掘锚一体机发展趋势

现如今，我国现有掘进机并未实现机身内部与钻机结合为一体，所以不能仅改造目前已有的掘进机机身来研制掘锚一体联合机组，否则在使用时难以将掘锚一体机效果充分发挥出来，快速成巷将难以实现。对此，国内锚杆机与掘进机制造成正积极探寻解决方案，为实现掘锚一体化而努力，并取得一定成就，掘锚一体化的初步设计把锚杆机放置在了机身内部两侧[6]。

该掘进机能够清理干净机身两侧，其中可伸缩钻机位于放置2台，动力转载站位于掘进机后部，重新布置电控箱与泵站油箱，并能实现物料的转载。在具体工作过程中，钻机能够运动并伸缩至机身后侧，在其正式工作过程中，便会伸缩出，并开始支护作业，而液压机具有较高的转速且会输出较大的转矩，掘进机不会对其造成影响，进而能够令支护作业时间有所缩短[7]。

该方案的提出为设计掘锚一体机奠定了一定基础，但是却存在一定缺点难以解决，首先其成本会明显提升，并且系统更为复杂，需要两个操作人员共同工作，但是在具体实践时需要设备予以配合，进而增加了工作难度。

对此，需要对该方案进一步加以优化，将二者结合为一体，将机身空间充分利用起来，集成电气液压设计，研制出真正的掘锚一体式掘进机[8]。

4 结语

通过合理有效的控制机身高度与集成，得到掘锚一体化设计，便能令掘进速度与支护效率得到显著提升。并且对整机高度不会发生影响的前提下能够实现作业平台与锚杆机的集成工作，钻机之间的作业彼此独立，不会对彼此造成影响，并具有噪音小、节省人力、操作简便、输出扭矩大以及转速高等特点，能够令作业环境得到优化，与人工锚护相比，其锚固时间会有所降低，使得锚固高效工作，进而令掘进效率得到提升，完工时间有所缩短。