七臂智能锚杆钻车的设计
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【摘 要】本文重点介绍煤矿井下锚杆支护现状，七臂智能锚杆钻车的结构、特点以及推广应用价值。
【关键词】现状；锚杆钻车；结构；特点；价值
1 引言
国家煤矿安全监察局公告（2019年第1号），《煤矿机器人重点研发目录》中明确了井下掘进巷道支护机器人和钻锚机器人的研发方向，井下支护及钻锚机械化、智能化、无人化是今后发展趋势，特别是人工成本的增加、煤矿安全的要求等因素，对智能化、机械化锚杆钻孔支护的要求也越来越高；如何减少安全隐患、无人值守或少人值守，是煤矿急需解决的技术难题。
2 煤矿井下支护现状
自上世纪八十年代开始，先进的锚杆锚索支护技术在我国的煤矿巷道掘进中得到了广泛应用，目前，我国大中型煤矿锚杆锚索支护作业方式大多依靠人工使用手持式单体锚杆机和煤电钻，用人多，效率低，劳动强度大，安全性差。
现有锚杆钻车上的锚杆钻机布置为单排或两排，为了布置较多的锚杆钻机，不得不增加钻车的车身宽度，这样不仅不利于钻机的操作，也降低了钻车对巷道的适应性，运输是个很大的问题。
要提高支护效率就要增加钻臂数量，目前还没有与综掘机配套的多臂（两臂以上）锚杆钻车，现有的四臂锚杆钻车机身宽（3.5 米），重量大（35-52吨），对底板破坏严重；主要用于打顶部锚杆，无法打地帮锚杆，功能范围小；由于履带车高，机械臂无法打两侧帮底部的两排锚杆孔。
现有的履带车在掘进巷道凸凹不平的地面行走困难，特别是爬坡困难。
最近几年掘锚一体机已经在各大煤矿应用，效率显著提高，存在的主要不足：掘进机体型庞大，空间狭窄，特别是在掘进机上再安装锚杆机械臂后，空间更小，由于仍然人工换钻杆、安装锚固剂、安装锚杆，在狭窄的空间内攀爬工作，存在很大的安全隐患；因为工作空间狭窄，工作效率低；目前常用的工艺方法是，在掘进迎头将顶部锚杆支护好，两侧帮的锚杆上部上排支护好，地帮锚杆和两侧帮底部的两排锚杆留在掘进机后面，在二运皮带机下面采用人工打孔支护。另外在宽度5000mm的巷道内，顶帮一般打7个锚杆孔，在大型掘锚一体机两侧安装的机械臂，一般只能打6个锚杆孔，中间的1个机械臂够不到，也只能留到后面人工打锚杆孔。
目前打地帮锚杆孔全部是人工，一方面钻杆钻孔时，排粉尘比较困难，很容易夹钻头、烧钻头，特别是软岩，遇到水结晶的地质条件，不允许用水排粉尘，只能用風，效果更差；另一方面钻杆一般是有两根钻杆接在一起的，退钻杆时，钻杆容易漏到孔内，目前打地帮锚杆孔是一个技术难题。
3 七臂智能锚杆钻车的设计
3.1七臂智能锚杆钻车的结构
七臂智能钻车结构包括钻机、钻臂Ⅰ、自带回转器钻臂Ⅱ、液压系统、行走机构、控制系统、侧帮钻臂、顶板钻臂、操作手柄、遥控器；钻机分别安装在钻机安装座及回转器钻臂Ⅱ上；钻臂Ⅰ数量2件，对称安装在行走机构的中部上面；回转器钻臂Ⅱ数量2件，安装在行走机构底盘的后端；钻臂Ⅰ为伸缩缸，通过距离调节，实现行走机构两侧的地帮孔的钻锚；钻机包括钻杆、液压夹持器、液压夹持回转器、滑道座、传动装置；侧帮钻臂包括带导向套的伸缩缸、螺旋式摆动缸、机械臂、回转器、钻机安装座；顶板钻臂包括钻臂底座、螺旋式摆动Ⅰ、机械臂Ⅰ、螺旋式摆动缸Ⅱ、机械臂Ⅱ、钻机安装座。
3.2七臂智能锚杆钻车的特点
3.2.1钻机安装在钻机安装座上，通过回转器0704灵活转动，钻机空中实现角度调节，侧帮钻臂通过带导向套的伸缩缸的伸缩，实现两侧帮最下面两排孔的钻锚。
3.2.2通过螺旋式摆动Ⅰ与螺旋式摆动缸Ⅱ的摆动，实现钻机在空中位置及角度的调节，实现顶板孔的钻锚。
3.2.3钻臂Ⅰ02为伸缩缸，通过距离调节，实现行走机构05两侧的地帮孔的钻锚。
3.2.4采用深孔钻井设备的技术原理，对钻机部分创新设计，国内首创，长度仅为1300mm，回转半径小，节省了操作空间，重量仅为125kg，重量轻，工作扭矩小，转臂结构紧凑且强度高；钻杆从液压夹持回转器的后端安装进入，通过液压夹持回转器自动进给，实现打孔，打孔完毕，自动退回，下次重复循环，特别实用于长钻杆，不用接钻杆，特别适用于打地帮锚杆孔，长钻杆不会掉到孔内，提高了工作效率；另外对于空间高度受限的场合，也可以接钻杆，退回时，通过液压夹持器夹住前端的钻杆，防止打顶帮时钻杆下落砸到人，存在安全隐患，也防止打地帮时钻杆下落进孔内。
3.2.5行走机构包括履带车、底盘、液压马达等，其中履带车前后端底部设有30度倾斜角，便于爬坡，特别适合井下掘进巷道地面环境。
3.2.7控制系统同时与遥控器联锁，实现远距离遥控操作，通过光缆，实现地面遥控，实现无人值守或少人值守，减少安全隐患。
4 七臂智能锚杆钻车的推广应用价值
七臂智能锚杆钻车，实现了地帮四个孔、侧帮两个孔、顶帮一个孔同时工作，工作效率高；钻机部分特殊设计即小又轻，转动灵活，效率高；符合国家政策，符合国家煤矿安全的要求，具有广阔的推广应用前景。
参考文献：
[1]王红敏，探讨煤矿锚杆支护技术的现状与发展，能源与节能，2013年第12期48～49，54共3页。
[2]马广俊，郭朋星，煤巷锚杆支护应用现状及设计方法，山东煤炭科技，2010年第3期41，43共2页。
[3]王威，CMM4-25型锚杆钻车的研制，煤矿机电，2018年第1期34～36共3页。
作者简介：
柳振军（1991-11-08），男，山东济南人，2010年毕业于山东科技大学机械设计及其自动化专业，工程师，现在山东莱芜煤矿机械有限公司技术开发中心从事选煤、选矿工艺系统设计及产品开发设计。
（作者单位：山东莱芜煤矿机械有限公司）
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