摘要：随着煤矿开采技术的不断深入,松软岩层支护技术稳步发展，探索巷道支护机具的创新应用和细致研究，对巷道掘进效率、安全生产和支护质量十分必要。对此，本文以铁煤集团小康煤矿巷道支护为切入点，通过对底板锚索施工现状的分析，突出新技术在巷道支护中的积极作用，对自主研发的台车式气动底板锚索钻机进行了全面介绍，以期促进巷道掘进速度和支护质量。

关键词：松软岩层  支护技术  台车式气动底板锚索钻机 

1 背景介绍

铁煤集团小康煤矿开采深度270-730米，地质条件复杂，围岩松软，稳定性差，随着岩体应力分布平衡状态被破坏，巷道加速变形。为确保松软岩层的巷道支护质量，在巷道帮、顶支护上，通过采用锚索、锚杆、锚网+金属棚+浇筑混凝土联合支护技术，切实使巷道围岩得到了有效控制。然而在底板支护上，受施工机具制约，一直没有采用锚索支护,造成巷道底鼓严重，经常维护，影响安全生产，增加经济投入，工人劳动强度大。

当前，锚索施工常用气腿式凿岩机和风煤钻进行打眼和锚注。在帮顶锚索施工中，因成孔方位较好，施工较容易，成孔速度、质量和效率较高。然而在底板锚索施工中，成孔方位向下且较深，使用常规机具，采取常规措施，施工难度较大。若采取设备固定和增加推进力等辅助措施，存在定位不精确，设备不牢固，钻进不稳、效率不高等诸多问题。为此，我们坚持问题导向，立足生产实际，加强技术攻关，自主研发了一种新型、高效的专用于巷道底板锚索施工的专用设备——台车式气动底板锚索钻机，弥补了巷道支护短板。该设备以压缩空气为动力源，动力单一，安全可靠，结构简单，钻机架设辅助时间短，移进速度快，操作轻松，极为方便，大大节省了劳动力，切实解决了底板支护难题，也有效降低了巷道维修投入。

2 台车式气动底板锚索钻机技术性能

2.1 结构组成

台车式气动底板锚索钻机以井下压风为动力源，采用全气动驱动。由机架、固定机构、提升与推进机构、钻进机构、行走机构、稳定与夹紧机构、排尘集成系统、操作系统等组成。其结构图如下：

图1  台车式全气动底板锚索钻机机结构图

1—机架，2—固定机构，3—提升与推进机构，4—钻进机构，

5—行走机构，6—稳定与钻杆锁紧机构，7—排尘集成系统，8—操作系统

2.1.1机架

机架是由DN32焊接钢管组合而成的框型结构，用以固定其他结构和部件，是钻机结构组成的基础。

2.1.2固定机构

固定机构由固定在机架两侧的两个单体风动缸及机架底部支腿的四个螺旋调节支座联合构成。单体风动缸风杆端头焊接一个圆钢制作的椎体，风杆伸出可直接顶在巷道顶板上。螺旋调节支座方便在底板高低不平的情况下调节机架的整体水平，保证钻进成孔的垂直度。

2.1.3提升与推进机构

提升与推进机构主体为固定在机架上的一个单体风动缸，风动缸通过滑轮组和细钢丝绳与钻进机构上下相连。滑轮组穿绳方式设计成风缸行程是钻进机构行程的2倍，目的是满足风缸行程需要和减少钻机整体外形尺寸。

2.1.4钻进机构

钻进机构由风煤钻机、钻头、滑架和滑道组成。滑道使用Φ26的圆钢制作两端车扣用螺帽固定在机架上。风煤钻机固定在滑架上并与提升与推进机构的细钢丝绳连接，滑架可沿着滑道上下运动。钻进时，风煤钻通过提升与推进风缸及下部连接钢丝绳给机头一定的向下推进力。

2.1.5行走机构

行走结构由行走轮支座和充气式轮胎组成，行走轮支座固定在机架上。可实现钻机的快速移进。

2.1.6稳定与钻杆锁紧机构

稳定与钻杆锁紧机构分为钻进时钎杆的稳定装置和退钎杆时的钎杆锁紧装置。稳定装置由固定在机架上的两片钢板通过穿销连接组成略大于钎杆直径的圆形限位孔。钎杆锁紧装置是由一个单体风缸和齿轮联动机构组成，在钻机反转退卸上部钎杆时，用来夹紧下部钎杆防止下部钎杆转动。

2.1.7排尘集成系统

排尘集成系统由封闭仓、吸尘机、粉尘收集袋、钎杆吹风系统组成。封闭仓预留钻杆通过孔叩放在底板上，在钻进时，孔内粉尘由高压风从钻孔内吹出通过吸尘机进入到粉尘收集袋内，达到环保降尘，改善作业环境的效果。

2.1.8操作系统

操作系统由控制阀、高压胶管、连接件等组成。控制阀通过固定架固定在机架上，分上下两部分。上部分两个控制阀，分别控制钻机机头的正转和反转。下部分六个控制阀，由总风阀和左右固定风缸控制阀、提升与推进风缸控制阀、锁紧装置风缸控制阀、钎杆吹风控制阀和吸尘机控制阀。

2.2 技术参数

    底板锚索钻机整体外形尺寸1.3/0.5/2.4m，额定工作压力0.5Mpa，提升与推进风缸行程0.8m双循环，固定机构风缸行程1.3m，风煤钻转速260r/min,扭矩110n/m，钻杆采用中空螺旋钻杆，直径30mm,长度1000mm。适应巷道高度最低2.6m,最高4.6m。 钻孔直径35mm，钻孔深度15m,整机重量约65kg。

2.3 操作方法

2.3.1稳机

以人力将底板锚索钻机平推到施工地点，竖直立好。接通压风风源，控制提升与推进风缸控制阀将风煤钻提升至最大高度后安装钎杆。然后再次控制提升与推进风缸进行孔位定位。通过调整机架和机架底部的螺旋支座使整机水平，钎杆垂直，精准定位孔位。操作左右固定机构风缸控制阀将风杆伸出顶在巷道顶板上。利用钎杆稳定装置将钎杆限位，安装排矸集尘装置，完成钻进前钻机稳固和准备工作。

2.3.2钻孔

开通钻杆吹风和排矸装置吸尘机风阀，然后控制风煤钻正转控制阀和提升与推进风缸控制阀，给风煤钻一定的向下推力，使钎杆逐步向下钻进。边钻进，孔内的矸石粉末由高压风吹出，通过吸尘机收集到矸石收集袋内。一段钎杆钻进结束后，接上另一段钎杆继续钻进，直到达到设计要求的钻孔深度。

2.3.3退钻杆

达到钻孔设计深度后，关闭钻杆吹风和吸尘机风阀，移开排矸系统。操作钎杆锁紧装置将第二段钎杆锁紧。再同时操作提升与推进风缸及风煤钻反转风阀将第一段段钎杆卸下。然后再将风煤钻与第二段钎杆连接，打开锁紧装置将下一整段锚杆退出，直到第三段钎杆可以用锁紧装置锁住的位置。操作锁紧装置和风煤钻将第二段钎杆卸下。重复上述程序直到将全部钎杆从钻孔内提出。

2.3.4注锚索

向孔内放入树脂锚固剂，更换风煤钻钻机锚索连接装置，将锚索一端引入钻孔内。操作风煤钻逐步将锚索注入到钻孔内，完成锚索打注。

3底板锚索钻机的应用

该底板锚索钻机研制成功后，首先在小康矿西三轨道大巷变电硐室内进行应用实践。

西三轨道大巷变电硐室巷道设计高度3.8米、宽度5米、掘进断面21平方米。支护设计为帮顶壁后注0.3米厚混凝土、底板打注7.3米锚索，眼孔注满525级水泥浆，铺设直径22毫米旧锚杆焊接成孔距0.2x0.2米钢筋片，铺设200厚混凝土，底板锚索布置1.6米x1.6米。

该钻机整机由副井下井运输到施工地点，以掘进时铺设的临压风管路为风源。操作人员经过培训，能够熟练掌握钻机的工作原理和技术性能，严格按照制定的安全技术措施进行成孔和打注锚索作业。在钻进过程中钻杆在风煤钻的旋转和提升与推进机构的推力下钻进速度较快，工作比较平稳，孔内岩粉在钻杆吹风系统中的高压气流冲击下排出正常，没有出现中间夹钻杆现象。岩粉大部分进入收集袋内，少部分外散，粉尘得到了有效的控制。在退钻杆过程中，钻杆锁紧机构能够牢牢将钻杆锁住。我们以10根锚索为一个试验组，在施工速度上最快的10分钟，最慢15分钟，平均12分钟，在施工质量上成孔垂直度达到90%，成孔深度达到了100%。与帮顶锚索施工水平相对较，各方面指标均达到了预期效果，使软岩支护技术体系在底板支护中得到了充分的应用。

4底板锚索钻机的效益分析

4.1安全效益

台车式气动底板锚索钻机的应用，实现了高度机械自动化，相对于帮顶锚索施工机具不需要以人工领钎杆和稳固机具，消除了钻机在钻进过程中由于机械震动和钎杆旋转带来的人员伤害。基本实现了人机分离操作，同时，在钻机移进方面不需要人工搬运，只需要一人推动即可，消除了由于搬运沉重设备带来的机械伤害，大大提高了安全系数，同时粉尘也得到了有效的的控制，消除了职业病危害。

4.2经济效益

钻机结构简单，构成部件都是煤矿常用的部件，取材方便，配件充足。且能够自己加工制作，比购买成型设备节省了很大的购置费用。另外，相比于帮顶锚索施工机具的操作能够节省一半的劳动力，大大降低了人工成本。同时，该设备的研制成功和使用，彻底解除了底板锚索施工机具的制约，使软岩支护技术能够在底板支护中得到充分应用，使巷道底鼓问题得到有效解决，大大降低了巷道维修投入。

4.3社会效益

台车式全气动巷道底板锚索钻机完全是自主设计研发的，在集团公司内部尚属首次，是对集团公司“一个坚持”“两个引领”“三个协调”的总体思路的主动探索，是对公司大力推进科技创新工作的积极响应，是进一步明确创新方向、增强创新意识、激发创新活力，推动公司高质量发展的实践自觉。

5结束语

台车式全气动巷道底板锚索钻机的成功研制，为实施底板锚索支护，控制巷道底板变形提供了有力的技术支撑，实现了降低支护成本和作业强度，达到了减员增效、安全生产的目标，在同行业中具有广泛的推广应用价值。

作者简介:  安喜平，男（1967-），高级工程师，毕业于中国国际经济学院，现任矿建公司经理，联系电话：024-76822358   移动电话：13941076138