郝富明

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)地煤精通興旺煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037000）

引言

近幾年，快速掘進(jìn)技術(shù)逐漸完善，巷道圍巖的支護(hù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)煤礦穩(wěn)定的產(chǎn)量，并且能夠在一定程度上減少相關(guān)人員工作時(shí)出現(xiàn)安全風(fēng)險(xiǎn)。傳統(tǒng)煤礦巷道支護(hù)作業(yè)通過(guò)單擊支護(hù)的形式，即通過(guò)相關(guān)工作人員手持錨桿鉆機(jī)操作，在進(jìn)行錨桿鉆進(jìn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)鉆孔效率低下的現(xiàn)象，且工作人員工作負(fù)擔(dān)比較重，因此，鉆孔精度的高度取決于工人的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)巷道作業(yè)的開(kāi)采進(jìn)度起著至關(guān)重要的作用，在面對(duì)快速掘進(jìn)作業(yè)要求和支護(hù)系統(tǒng)建立的需要，傳統(tǒng)的錨桿鉆機(jī)已不能滿足生產(chǎn)需求。因此，設(shè)計(jì)了組合式錨桿鉆機(jī)支護(hù)平臺(tái)，能夠滿足對(duì)頂部圍巖和側(cè)幫圍巖實(shí)現(xiàn)同步作業(yè)，一次實(shí)現(xiàn)多根錨桿打孔作業(yè)，不僅大大提高了巷道支護(hù)過(guò)程效率，且實(shí)現(xiàn)了頂幫和側(cè)幫圍巖的強(qiáng)化，該設(shè)計(jì)能夠而改善煤礦產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)。

1 組合式錨桿鉆機(jī)支護(hù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和參數(shù)化建模

在當(dāng)前的煤礦巷道支護(hù)過(guò)程中，錨桿鉆機(jī)作為這一種主要的支護(hù)裝備，通常情況下，和掘進(jìn)機(jī)相結(jié)合進(jìn)行，在以后的發(fā)展中，越來(lái)越關(guān)注對(duì)掘進(jìn)和支護(hù)實(shí)現(xiàn)同步作業(yè)。傳統(tǒng)巷道掘進(jìn)出現(xiàn)的弊端是工作環(huán)境較差，長(zhǎng)期面對(duì)潮濕、多塵、噪音大的環(huán)境，對(duì)工業(yè)人員的身心健康帶來(lái)危害。因此，在采用組合式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行作業(yè)時(shí)，應(yīng)該滿足在長(zhǎng)期復(fù)雜的環(huán)境下進(jìn)行，適應(yīng)周?chē)h(huán)境帶來(lái)的影響，且能夠確保滿足進(jìn)行多點(diǎn)同步打孔的要求，從而大大提升了鉆孔效率以及支護(hù)速度，在進(jìn)行組合式錨桿鉆機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該需要滿足以下要求[1-2]：

1）面對(duì)煤礦井下的復(fù)雜情況，組合式錨桿鉆機(jī)能夠很好地適應(yīng)，確保鉆機(jī)擁有良好的剛度，在對(duì)頂板支護(hù)時(shí)具有較強(qiáng)的承載強(qiáng)度。

2）組合時(shí)錨桿的驅(qū)動(dòng)方式為液壓驅(qū)動(dòng)，和掘進(jìn)機(jī)使用相同的液壓泵站，在出現(xiàn)大偏載作業(yè)情形下，井巷道頂部的鉆孔任務(wù)時(shí)，能擁有很好的穩(wěn)定性。

3）由動(dòng)力源、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等相關(guān)部分構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了組合式錨桿鉆機(jī)的通過(guò)性。

4）通過(guò)分析巷道支護(hù)所需要的條件，進(jìn)行頂部鉆孔作業(yè)，達(dá)到能夠同時(shí)進(jìn)行多根錨桿作業(yè)的目的，從而實(shí)現(xiàn)了針對(duì)不同參數(shù)的錨桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行適應(yīng)[3]。

通過(guò)SolidWorks 對(duì)各個(gè)零部件進(jìn)行繪制，然后將各個(gè)零部件進(jìn)行組裝，如圖1 所示為組合式錨桿鉆機(jī)三維模型圖。

圖1 組合式錨桿鉆機(jī)三維模型圖

通過(guò)履帶的形式可以形成井下位置的變動(dòng)，且能夠達(dá)到對(duì)頂部的鉆孔相關(guān)工作，在進(jìn)行對(duì)液壓系統(tǒng)調(diào)整時(shí)，每個(gè)液壓油缸和履帶位移機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)操作控制器進(jìn)行調(diào)整，其具有的優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)高精度作業(yè)，適用于井下的環(huán)境。

2 組合式錨桿鉆機(jī)電氣液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

具有高性能的液壓控制系統(tǒng)能夠?qū)M合式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行有效地調(diào)整，液壓控制系統(tǒng)是錨桿鉆機(jī)工作過(guò)程的關(guān)鍵。其中采用比例多路閥的原理是雙重控制進(jìn)行，有兩種控制形式，一種是實(shí)現(xiàn)手動(dòng)控制，另外一種是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，通過(guò)采用多點(diǎn)控制能夠是避免在作業(yè)中出現(xiàn)故障無(wú)法及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。組合式錨桿鉆機(jī)采用比例多路閥。如圖2 所示為多路換向閥工作原理詳細(xì)圖。

圖2 負(fù)載敏感多路換向閥液壓系統(tǒng)原理圖

從圖2 中可以看出，該液壓系統(tǒng)主要是由負(fù)載敏感閥、控制閥、變量油缸等構(gòu)成，該換向閥是屬于組合閥的類(lèi)型，主要是由尾板部件、連接塊等組成，該多路換向閥的作用是能夠確保對(duì)液壓執(zhí)行元件的位移進(jìn)行調(diào)節(jié)，并且也能夠?qū)β膸?zhí)行元件的位移方向進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多個(gè)執(zhí)行部件在相同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，從而有效地記錄不同的流量值，采用負(fù)載敏感多路換向閥能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的流量數(shù)值進(jìn)記錄和分析，測(cè)得泵輸出的排量值。

對(duì)多路換向閥采用手動(dòng)調(diào)整，并對(duì)每個(gè)閥口的閉合情況進(jìn)行控制，當(dāng)前，負(fù)載敏感換向閥裝有降壓閥，一邊的作用是能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)出口的彈簧力值進(jìn)行控制，另一邊能夠?qū)崿F(xiàn)換向閥進(jìn)口壓力值的控制，因此，彈簧對(duì)閥口的壓力差起到控制作用。面對(duì)閥口開(kāi)度穩(wěn)定的情況下，保持流量不變，能夠調(diào)整執(zhí)行元件的流量，使其受到較小影響。

3 組合式錨桿鉆機(jī)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鉆機(jī)液壓系統(tǒng)是一種WLZ-72 型液壓系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是由液晶顯示器、遙控接收器、負(fù)載敏感比例多路閥等構(gòu)成。采用對(duì)遙控發(fā)射器的調(diào)整能夠達(dá)到對(duì)鉆機(jī)的頂錨、左幫和右?guī)湾^進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。如圖3 所示為組合式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行遙控發(fā)射器遠(yuǎn)距離遙控控制的具體流程圖。

對(duì)組合式錨桿鉆機(jī)控制的相關(guān)過(guò)程進(jìn)行分析研究發(fā)現(xiàn)，該流程圖由復(fù)位過(guò)程、頂升過(guò)程等組成，這些過(guò)程的共同點(diǎn)是都由手柄來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)距離作業(yè)，電力控制系統(tǒng)包括顯示器、隔爆兼本質(zhì)安全型的控制柜、電源開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，且此外還包括信號(hào)線的相關(guān)配件，運(yùn)動(dòng)的控制器能夠?qū)崿F(xiàn)為移動(dòng)裝備的相關(guān)設(shè)計(jì)提供參考，通過(guò)采用能夠?qū)崿F(xiàn)編程的控制設(shè)備進(jìn)行相關(guān)任務(wù)，目前，普遍采用的是CODESYS 3.5 編程軟件，滿足 IEC61131-3 的相關(guān)規(guī)定，且能夠滿足 FBD、IL、ST、LD、CFC、SFC 六種語(yǔ)言[4]。采用 CAN 總線進(jìn)行對(duì)傳感器信號(hào)的記錄和分析，實(shí)現(xiàn)在控制器的輸出部分進(jìn)行連線操作，控制器的輸出功能具有的特點(diǎn)是能夠?qū)﹄妷洪y、電液比例閥進(jìn)行直接調(diào)整操作，最終通過(guò)針對(duì)性的控制器對(duì)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。一般情況下，采用該控制系統(tǒng)具有的優(yōu)勢(shì)是實(shí)現(xiàn)高的控制精度，具有較高的可靠性和高的工作效率，實(shí)現(xiàn)在井下復(fù)雜環(huán)境中作業(yè)要求。

4 應(yīng)用效果分析

根據(jù)相關(guān)研究表明：采用組合式錨桿鉆機(jī)能夠達(dá)到臨時(shí)進(jìn)行頂板支護(hù)的目的，并且實(shí)現(xiàn)了并排打鉆的工作任務(wù)和在同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行多臺(tái)錨桿鉆機(jī)作業(yè)，控制系統(tǒng)能夠達(dá)到較高的精度，面對(duì)臨時(shí)支護(hù)所需要的強(qiáng)度要求能夠很好地適應(yīng)，還能夠?qū)︺@進(jìn)壓力和速度進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)了快速掘進(jìn)，對(duì)以后煤礦巷道支護(hù)速度起到了重要的推動(dòng)作用。

5 結(jié)語(yǔ)

過(guò)去采用的傳統(tǒng)錨桿鉆機(jī)只是適用于單獨(dú)打鉆功能，在進(jìn)行打鉆作業(yè)時(shí)速度較慢，導(dǎo)致了支護(hù)的速度減小，因此針對(duì)該現(xiàn)象設(shè)計(jì)了組合式錨桿鉆機(jī)，通過(guò)采用SolidWorks 進(jìn)行三維繪制，且制定了液壓控制系統(tǒng)方案，確保能夠在相同時(shí)間內(nèi)多臺(tái)鉆進(jìn)作業(yè)，多臺(tái)錨桿鉆機(jī)能夠根據(jù)不同的壓力進(jìn)行作業(yè)，能夠適應(yīng)不同的環(huán)境，從而有效提升了工作效率，達(dá)到快速支護(hù)目的。