跨骑式五臂钻车结构设计和运用思考

跨骑式五臂钻车结构设计和运用思考

摘要:介绍了CMM5-30跨骑式五臂钻车的组成、工作原理及主要结构,通过实际应用证明该钻车不仅可跨骑在带式输送机等设备上,跟随掘进机同步作业,同时机组上部按“前二中一后二”方式布置的五套钻臂互为补充、配合施工,可精准、快速地进行巷道全断面多点支护,实现机组掘锚平行作业,改进了现有的掘进支护工艺。

关键词:跨骑式五臂钻车;锚杆支护;结构设计

0引言

我国煤矿90%以上为井下开采,随着煤矿现代化步伐的加快,煤矿设备正在向重型化、大型化的方向发展,整机输送、安装和检修的需求使得巷道断面不断增大,巷道宽度多数已超过5.0m。大断面巷道采掘衔接是直接影响矿井高产高效的关键所在,锚杆支护技术是大断面巷道支护的一种快速有效支护方法,巷道掘进支护工序时长约为一个工作循环时长的三分之一左右。在使用单体锚杆钻机、气动凿岩机等进行支护作业时还需要人工搬运钻机、搭脚手架等工作,支护时间更长,掘进效率低。近年来,随着采矿装备越来越先进,支护装备还停留在原来的水平,多个矿业集团都存在着采掘不衔接的问题,导致掘进跟不上,形不成综采工作面[1]。要想改变现有的掘锚杆支护工艺状况,提高锚杆支护施工速度和支护质量,新型大断面五臂锚杆钻车必须在以下几个方面有所突破:①多功能化,钻车五套钻臂可同时展开,互为补充,快速对顶、帮巷道进行锚护施工作业;②跨骑式行走,机组机体跨骑式结构不仅要适应皮带运输机跨骑尺寸要求,还需满足刮板输送机、二运转载机跨骑尺寸要求,整机适用范围广;③智能化,整机采用视距范围内操控系统设计,操作方便快捷,安全性高。为此,本文介绍了CMM5-30跨骑式五臂钻车的组成、工作原理及主要结构。

1跨骑式五臂钻车的组成及工作原理

跨骑式五臂钻车属于煤矿井下履带行走设备,主要由机体部、钻孔推进装置、两套前钻臂、一套中钻臂、两套后钻臂、行走部、电气系统和液压系统等几大部分构成,如图1所示。巷道掘进时,掘进机在前方进行截割煤壁作业,跨骑式五臂钻车利用其前后连接梁内部空间跨骑在皮带运输机上方,跟随掘进机同步进行锚护作业,实现掘锚平行,大幅提升掘进支护效率[2,3]。

2CMM5-30跨骑式五臂钻车主要技术参数

3CMM5-30跨骑式五臂钻车关键技术

为突破现有大断面巷道围岩支护工艺限制,形成安全高效的大断面巷道掘锚平行作业体系,满足煤矿井下巷道快掘、快支、快运的要求,本CMM5-30跨骑式五臂钻车可跨骑在高度不大于1m、宽度不大于2.1m的带式输送机上,配合掘进机、带式输送机等设备实现顶帮的同时平行作业,大幅提高了巷道掘进效率,实现高效、节能、省时省力的安全生产,提高支护装备对巷道掘进的适应性。

3.1机体部

机体部作为整个机组的承载基础,采用高强板经精加工而成,包括前连接梁和后连接梁,前、后连接梁下部与履带连接,前、后连接梁之间采用销轴与螺栓前后连接;前、后连接梁均采用门架式结构,中间部分留出足够大的空间方便机组跨骑式行走。机体部结构如图2所示。

3.2钻臂部

该钻车钻孔机构全部采用液压控制,操作简单、动作灵活,能够解决目前国内液压锚杆钻车功能单一、施工效率低、劳动强度大、机械化程度低和灵活性不高等诸多问题。

3.2.1前钻臂

前钻臂安装在前连接梁的前端,主要由伸缩装置、升降机构、调整机构和钻孔推进装置组成,其结构如图3所示。前钻臂呈左右对称布置,伸缩装置在伸缩油缸的作用下可左右伸缩,升降机构中的传动装置采用链条放大机构实现钻机的上下升降功能,调整机构可带动钻机在一定角度范围内调整,通过各机构互相配合实现钻机在宽度、高度范围内不同锚杆锚索孔的机械化作业;左右两部钻机配备的钻孔推进机构通过液压控制,配合大角度旋转的摆动油缸及多功能钻臂装置,快速实现不同位置及角度的顶钻、帮钻及锚杆锚索孔的钻孔作业。

3.2.2中钻臂

中钻臂机构安装在前连接梁中间位置,主要完成垂直巷道顶板的顶锚杆、锚索的钻孔作业,钻臂可在水平方向左右旋转90°,可以满足多种间距的顶锚杆、锚索的机械化作业;钻臂本身可做伸缩调整,实现顶部锚索孔的位置要求,且推进机构配备有360°旋转的摆动缸,以达到快速定位、快速钻孔的目的。中钻臂结构示意图如图4所示。

3.2.3后钻臂

后钻臂对称安装在机体部后连接梁左右两侧,采用独立的悬臂机构,该机构的主要作用是配合前钻臂机构平行实施帮锚杆的钻孔作业,以及滞后补打顶锚杆锚索的工作。后钻臂结构示意图如图5所示。五套钻臂按照“前二中一后二”的方式布置,左右前钻既可施工顶板锚杆孔,也可施工角锚杆孔、侧帮锚杆孔等;中钻主要施工巷道中间位置顶板锚杆锚索孔;后钻主要补打滞后的顶板侧帮锚杆锚索孔。前、中、后钻配合作业、互为补充、互不干涉,大幅提升了锚护作业效能。

4实际应用

CMM5-30跨骑式五臂钻车自2020年6月~2021年2月在晋兴斜沟煤矿第一项目部18106材料巷施工,巷道宽5.8m、高3.8m;顶锚杆每2.6m布置7根,排距1m,间距0.9m;帮锚杆每2m布置3根;锚索工艺为2-1-2形式布置,长度为5.5m。本钻车施工位置如图6所示,根据巷道掘支平行掘进工序要求,合理组织人员进行施工作业。最高日进尺达到21m,最高月进尺达到576m,日均进尺由原来的5m提升至21m(每月按30天算),掘进速度大幅提高。

5结语

本跨骑式五臂钻车是一种新型的跨皮带式支护装备,采用跨骑式行走模式,与掘进机、可伸缩式自移带式输送机配套,能实现顶帮快速同时支护,整机动作全部采用液压控制,钻孔定位准确,钻孔速度快,与掘进机和自移带式输送机形成的快掘、快支、快运的模式创新了掘进过程中支护作业的施工工艺方式,提升了支护作业施工的机械化水平,实现了井下锚杆支护作业高度集成、快速施工的目标。

参考文献:

[1]申虎威.井下巷道快速掘进工艺的研究[J].机械管理开发,2021(2):184-185.

[2]张小峰.高效快速掘进后配套系统在大柳塔矿的应用[J].煤炭技术,2016(9):262-263.

[3]张渊.全断面高效快速掘进系统在大柳塔煤矿的应用[J].中国煤炭工业,2015,34(6):56-57.

作者:张娟 单位:山西天巨重工机械有限公司