四臂掘锚护一体机

一．掘锚护一体机研发背景

1、煤炭开采技术概况:

    近年我国煤炭行业发展迅速，随着煤炭产量的日益增大，采矿技术以及机械化程度也得到很大发展。现在普遍采用的长壁式采煤方法，已基本实现了由液压支架、刮板运输机和采煤机三机配套组成的综合机械化开采，生产效率高、人工劳动强度低并且生产安全可以得到保障。然而，在巷道掘进环节，除掘进机本身质量有所提高以外，整体工艺水平仍然保持着上世纪七、八十年代的程度。其主要原因是受地质条件限制，空顶距较小，不能实现掘进与支护工作平行作业。并且目前所采用的锚杆支护方式，设备简单，主要由人工劳动完成。滞后的掘进效率带来的采掘衔接矛盾日益突出。

 2、巷道掘进工艺流程: 

    目前，掘进机普遍采用的掘进工艺流程为：截割（同时装料运输）——退机、停机——敲帮问顶——架设临时支护——打锚杆和锚索进行永久支护——开机，进入下个工作循环。由此看出，在整个作业循环中，只有截割时间在进尺，只能在整个工作时间中占30%.其余时间都在进行支护作业，且都是由人工完成。因此，工作效率低，劳动强度大，危险程度高。

3、掘锚护一体机项目概况:

如何实现锚护过程的机械化作业，是摆在整个煤炭行业面前的一个难题。可以说掘锚一体机项目的研究从上世纪80年代开始，一直都在进行。山西潞安集团、山东兖矿集团、太原煤科院、三一重装、沈阳墨琦等都进行过大量的尝试。国外一些知名企业也在不断探索掘锚机的研发和应用。多斯科、奥钢联（山特维克）、约翰芬雷、久益公司等都进行过掘锚机的研制。但到目前为止尚未有在悬臂式掘进机平台上集掘、锚、护一体化的成熟装备问世。

二． 掘锚护一体机现状分析

目前，在国内中使用过的掘锚机主要有截割臂两侧式掘锚机、龙门式掘锚护一体机、截割臂折叠式掘锚护一体机以及连（采机)锚机。

1.截割臂两侧布置式掘锚机：

由三一重装研制，多斯科、奥钢联等研制过类似的产品，但使用效果不理想，并未形成推广。多数用户将设备作为普通掘进机使用，锚杆机基本失去作用。该掘锚机主要是以现有掘进机为平台，并利用掘进机的截割部，使锚杆机完成位置的转移，从而完成锚护工作。思路简洁，容易

实现，锚杆机构与掘进机易发生干涉，两者功能相互影响。其具体缺点在于：（1）锚杆机易刮帮损坏；（2）打锚杆时截割部不能落地，且要求摆动炮头以适应钻锚需要，不满足安全要求；（3）空顶距大，至少空顶一排锚杆；（4）锚杆定位效率低；（5）适应范围窄，不能用于拱形、梯形巷道。 

2.龙门式布置掘锚护一体机：

由三一重装研制。是利用安装在掘进机两侧的伸缩臂，将龙门架推移至设备最前端，锚杆机可以在龙门架上左右横移，从而完成临时支护、锚杆支护功能与掘进机的融合。克服了两侧式掘锚机的一些不足，如解决了刮帮现象，截割部可以落地，提高了锚杆定位效率，基本实现了零空顶距等。但仍然存在一些问题，如遮挡截割视线，两主臂同步及刚性问题等。目前，尚处于工业性试验阶段，未推广使用。

3.截割臂折叠布置式掘锚护一体机：

其以截割部作为锚杆机工作时的平台，通过升降油缸后置、取消伸缩油缸、截割电机特殊化设计等手段，使截割部空间得到释放。而锚杆机系统则可以折叠起来充分收缩至该部分空间,从而使截割部的整体尺寸与常规掘进机相比并未增加。其有效解决了刮帮问题，但存在定位找眼困难，巷道尺寸较大时，掘进机需要频繁移动，支护效率较低，同时没有工作平台操作困难，该设备仅配备两台锚杆机，且打帮锚时只允许一台锚杆机工作。

4.连（采机）锚机：

瑞典奥钢联和美国久益的进口设备，国内主要在榆林、鄂尔多斯等地有少量应用。该机是在连采机基础上，将锚杆机融合在一体上，理论上可以实现截割与支护作业的同步进行，从而提高工作效率。但该机由于锚杆机的工作位置距离设备最前端较远，机身庞大，只适用于空顶距较大、巷道尺寸较大的工况。另外由于连锚机截割滚筒为横置滚筒，因此仅适用于矩形巷道。且连锚机截割滚筒功率较低，滚筒宽度等于巷道宽度，截割岩石的能力非常低，因此连锚机过断层及构造的能力很低，国内绝大多数煤矿不能满足条件。

1、四臂掘锚护一体机设计   设计原则：

（1）符合煤矿安全操作规程；提高工人操作安全系数；

（2）机载临时支护结构更优化，功能更实用；

（3）配置足够数量锚杆钻机，实现快速锚护作业；

（4）实现巷道内全断面打锚杆；

（5）能迅速找眼定位；

（6）各机构工作时互不影响；

（7）锚杆机配置独立的作业平台，使人机作业更科学协调；

（8）具备掘、锚护动作互锁功能。

提高掘进效率的方案 

1、锚护效率：四臂机载锚杆钻机同时作业，完成迎头顶、帮永久支护，实现“一掘两锚” 。

2、胶带机延伸：我公司研发的配套浮动机尾，实现胶带机的快速移动。

3、辅助运输：我公司正在研发配套的辅助物料运输系统，提高物料运输效 率。

4、综掘机移动：机载式锚杆机，综掘机无需后撤，掘进机一次定位实现双排锚护。

5、浮煤清理：掘进机全断面一次截割，一次装煤，不留浮煤。

锚杆机构原理

（1）锚杆机构由左右两个相同单元构成，布置在掘进机机身左右两侧履带上方，锚杆机构液压动力与掘进机液压动力共用。

（2）每个锚杆机构单元由前部顶锚杆钻机及后部帮锚杆机构成。顶锚杆钻机固定在具有伸缩翻转功能的悬臂支撑机构上，钻机工作时向前伸出并翻开，非工作时向后缩回并折叠。帮锚杆机固定在升降滑移机构上，钻机工作时可升降摆转，钻机非工作时收缩并折叠。顶、帮锚杆机均配置有独立的作业平台。

（3）每个锚杆机构单元通过纵向滑移机构与掘进机连接，通过纵向滑移机构的前后移动，使锚杆机构单元在掘进作业状态时处于机身处的缩回折叠位置，在支护作业状态时向前伸出翻转进行钻锚作业。

（4）帮锚杆机采用纵向滑移机构、升降滑移机构、回转机构定位，顶锚杆机采用悬臂支撑机构初定位、万向节精确定位。支护时先定帮锚杆机的排位，再定顶锚杆机的排位，帮锚机滞后于顶锚机三个排位。

四臂掘锚机特点  

（1） 在掘进机外形尺寸基本不变的情况下增加了四台锚杆钻机，解决了通常掘锚机的遮挡掘进视线和影响截割功能的弊端。

（2）锚杆机工作时，截割部落地，满足煤安作业规程。

（3）锚杆机工作平台布置在钻机边上，非常便于工人进行锚护作业，提高了工作效率。同时大大提高迎头工人锚固作业的安全系数。

（4）顶锚杆机工作位置可以迅速移至截割头前方，离迎头距离近，可达到零空顶距支护，大大提高了安全系数。

（5）纵移机构采用滑轨滑座结构，刚性好、行程大。升降机构采用倍增结构，有效增加了帮锚杆机的工作范围，最低帮锚杆距底板允许1.2m。

（6）顶、帮锚杆机均配置有顶出机构和夹钎机构，钻机钻孔时钎杆具有机械定位并在顶紧支撑状态下作业，因此钻机工作稳定，钎杆摆动小。

（7）锚杆机及其调整机构全部采用负载敏感比例控制，操控性好，效率高。

（8）配备了折叠式临时支护装置，支护强度高，支护宽度大。

技术参数：

a.掘进机部分

项目	单位	数值
掘进机机型	--	不小于EBZ160
以下参数为EBZ160型主要参数
最大外形尺寸（长×宽×高）	m	10.5*3.2*2500
适应巷道类型（宽度×高度）	m	矩形、拱形、梯形 4.5-6m*3-4.
适应工作面最大坡度	°
适应截割硬度
液压泵站功率	kw