十三臂掘锚一体机研发与设计

孟超杰

(大同煤矿集团 同家梁矿，山西 大同 037003)

掘锚一体机是煤机研发领域中难度最大的设备之一。十三臂掘锚一体机是以掘锚一体化设计理念为核心，将掘进装备、临时护架、锚杆钻机群、自动托送网和上钢带等系统进行一体化设计。将整机分为截割区、支护区、及时锚固区、稳定补支区、控制区和后勤补给区，使掘进装备既可以完成割煤、清煤的工序，又具备临时支护，钻孔，安装紧固锚杆，自动托送网和上钢带的功能，实现了截割与支护协同作业。本文主要就十三臂掘锚一体机的结构和功能进行分析[1-3]。

1 分区设计

十三臂掘锚一体机的整体结构如图1所示。

图1 整体结构

1.1 截割区

截割区由全断面可伸缩截割系统和全断面可伸缩犁式铲板两部分组成。整机采用横向可伸缩截割滚筒，全断面一次截割成巷，截面为标准矩形，截割电机功率为2×170 kW，截割滚筒直径1 120 mm，最大截割宽度为5 400 mm(4 800 mm+2×300 mm可伸缩部)，截割高度3 500～3 900 mm，截割硬度f=2～6，每循环进尺1 m(分两次截割，每次进刀400～500 mm)，作业速度6 min/m。截割滚动定位伸缩采用遥控模式，模式切换简单，可根据巷道规格进行选择。清煤采用可伸缩犁式铲板，掘进作业时，在截割部上下摆动割煤的同时，犁形收集头和螺旋滚筒同步完成落煤和收煤。

1.2 支护区

支护区由临时护架、4台锚杆钻机、自动托送网和上钢带装置三部分组成。

1) 临时护架可以有效防止顶板塌落或落石，起到临时控顶作用。顶护板采用高强度钢板制成，临时支护长度4 m，宽度0.9 m，护顶面积4.32 m2，支撑强度大于21 kN/m2，升限3 800 mm。由4根支顶油缸、2个支护架体、4个支地油缸和滑靴构成整体结构，支护架体固定在铲板两侧，上下两端分别连接支顶油缸和支地油缸，支顶油缸上铰接顶护板，支地油缸上铰接滑靴。锚护作业时，支地油缸伸出，滑靴受力触底、支顶油缸伸出，拖动顶护板护住巷道顶板，起支护和辅助支撑的作用。

2) 当掘锚机截割完成及临时护架升起后，前排的4台顶锚杆钻机同时钻眼、安装、紧固锚杆。4根顶锚杆，配合临时护架可达到大于500 kN的支护强度，能够有效控制围岩变形量，对顶板起到及时支护作用。

3) 自动托送网和上钢带装置，能够实现自动送网、托网和上钢带的功能，支护作业时，将钢带和金属网自动送到锚杆钻孔位置，可以有效减轻工人劳动强度，大幅缩短后勤辅助占用时间。该装置由高强度支架、托网骨架、导向管、滑道、驱动马达和连接座等部件组成，固定在机组本体上。当支护作业时，人工将钢带和金属网放置在拖网架上，马达驱动座上的驱动马达将拖网架由零位通过齿轮齿条的驱动方式向前运动，当末位接近开关检测信号时马达停止运动，拖网架停止在拖网机构托盘座上方，由拖网机构顶起拖网架进行锚护作业，拖网架上安装导向杆起导向作用；当锚护作业结束后，拖网机构下降，驱动马达将拖网架由末位通过齿轮齿条驱动向后运动，当零位接近开关检测到信号时马达停止运动，拖网架停止在零位位置。

1.3 及时锚固区和稳定补打区钻机群布置方式

为提高支护效率，缩短支护循环平均用时，根据巷道支护设计，重新设计锚杆钻机群，按照4-2-3-2-2布置方式共布置5排13台钻机，将一次支护分解成分段分布支护。即及时支护由支护区内的第一排4台顶锚杆钻机完成，及时锚支区由第二排2台侧帮锚杆钻机、第三排3台顶锚杆钻机完成，稳定补打区由第四排2台侧帮锚杆钻机和第五排2台侧帮钻机完成。采用这种布置方式，配合先进的液压控制系统可同时完成13根锚杆的钻眼、安装、紧固作业，每台锚杆钻机均可以按照一定高度和角度进行调节，采用遥控和手动两种方式操作，操作灵活。

1.4 控制区

整机采用CAN总线控制技术，电气系统和液压系统均采购国际先进原件，配合智能化电液控制系统，实现了液压系统压力智能分配自动切断功能。通过安全互锁控制实现液压系统在截割和支护间互锁功能，达到截割与行走闭环控制，保障了人员的安全操作和设备的平稳运行。

2 掘进工艺操作流程

开工前准备、安全检查、设备检修(30 min)—第一次截割、清煤(6 min)—临时护架升起，同步铺网送钢带(2 min)—第一排4台锚杆钻机同时完成4根顶锚杆的钻眼、安装紧固锚杆(15 min)—第二次截割、清煤(6 min)—临时护架升起，同步铺网送钢带(2 min)—第一排4台锚杆钻机对第二次进刀后的区域进行及时支护，第二排帮锚杆钻机和第三排顶锚杆钻机开始施工第一次进刀后剩余永久支护(15 min)—第三次截割、清煤(6 min)—临时护架升起，同步铺网送钢带(2 min)—第一排4台锚杆钻机对第三次进刀后的区域进行及时支护，第二排帮锚杆钻机和第三排顶锚杆钻机开始施工第二次进刀后剩余永久支护，第四排、第五排帮锚杆钻机开始施工第一次进刀后剩余护帮锚杆(16 min)—循环结束。一个正规作业循环可掘进3 m，用时100 min，按“四六制”组织生产，每日可施工10.8个循环，进尺32.4 m，每月按30 d组织生产，月进可达972 m。

3 结 语

十三臂掘锚一体机的研制是对国内外掘锚一体机的一次创新，通过安装临时支护、锚杆钻机群、自动托送网和上钢带装置等，初步解决了掘锚平行作业的问题，提高了掘进效率和单进水平，减轻了工人劳动强度，达到提升煤炭开采效率的目的。