0 引言

锚杆支护是一种快速、安全、经济的巷道支护方式，在国外应用广泛。我国传统的机械化短壁开采为掘进机单巷掘进，其锚杆支护主要以人工安装锚杆的方式，沿用单体液压或气动锚杆机打眼。CMM25-6型锚杆转载机组的研发就是一种掘进后配套设备，主要为配合掘进机在我国河南、河北等中东部地质条件相对较差、锚杆支护不能滞后、锚杆支护量大的煤矿井下进行连续作业，解决掘、锚不能同步致使工作效率低下的矛盾，以促进煤矿井下生产自动化水平的提高。

1 CMM25-6型锚杆转载机组主要结构及工作原理

1.1 主要结构

主要由除尘系统、临时支护、前锚护、后锚护、液压系统、运输部、行走部、主机架和电气系统等9部分组成，如图1所示。

我和机长同住一个病区，他住在我的楼下。当我经医生允许可以走动时，去探望了这位我心目中的英雄。他伤得很重，这时的他还不能躺下，身体不能动弹，医生说他只能保持着这一个姿势——双手握操纵杆，就像一尊英雄雕像。当时在飞机上，救护人员用尽各种方法才将他搬离驾驶座……

  

1-除尘系统; 2-临时支护; 3-前锚护; 4-后锚护;

 

5-液压系统; 6-运输部; 7-机架; 8; 行走部; 9-电气系统

 

图1 锚杆转载机组结构图

1.2 主要技术参数

 

1.3 工作原理

机组钻机的数量共为6台，均可同时进行作业。其前锚护安装4台钻机，用于顶锚杆支护，后锚护安装2台钻机，用于帮锚杆支护。料斗置于掘进机前端，用于承接物料；输送机溜槽铺设于机架内部，用于物料的输送；锚杆转载机组置于掘进机之后，二运带式转载机之前，工作时将掘进机排出物料承接后，通过自身刮板输送机运送至后方二运带式转载机，同时可以进行巷道锚杆、锚索支护。整个作业过程不需要移机，具有对底板破坏小、环境安全性好及作业效率高的优点。

2 关键技术

2.1 钻机钻进性能设计研究

锚杆转载机组钻机钻进性能的好坏直接影响到巷道支护效率和支护效果，是制约巷道采掘进尺的一个关键因素。锚杆转载机组钻机钻进性能主要取决于推进力、钻机转速和钻机转矩等几方面[1]。

2.与同事的沟通难题：由于此次和我一起负责检修工作的同事是一名资格比我老的同事，所以在与同事的沟通中很多事情我都是以他说的为主，因为他资格老经验丰富，可是正是因为他年纪长所以他也不愿意接受新鲜事物，在领取检修工器具时其他组都选择了液压或者电动工具，可是老同事认为那些东西不靠谱，坚持选择手动工具，导致我们在后期检修开罐过程中耗费了大量的人力并且又一次地拖延了工作进度。

(2) 帮支护：31406运顺副帮圆钢锚杆3套/m，塑料网；31407回顺正帮玻璃钢锚杆3套/m，塑料网；副帮圆钢锚杆3套/m，金属网、输送带式钢带。

(1) 顶支护：31406运顺锚杆5套/m，行人侧1.5 m宽金属网；31407回顺锚杆5套/m，行人侧1.5 m宽金属网。

n=k1(p-p0)

(1)

式中：Bd —燃料消耗量（kg/h）；ey —空预器出口空气 （kJ/kmol）；e0—空预器入口空气（kJ/kmol）；—燃烧和脱硫当量理论空气量（m3/kg）；eCO2—炉膛出口二氧化碳 （kJ/kmol）；—环境温度下二氧化碳 （kJ/kmol）；—烟气中二氧化碳体积（m3/kg）—烟气中过量空气体积（m3/kg）；ekl —炉膛出口空气 （kJ/kmol）。

2.1.2 钻机钻速与转矩的关系

当使用的钻头规格和岩石的抗压强度不变时，钻机的钻进量与转矩成正比。

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(2)

式中：ΔL为钻机每转的钻进量；T为钻机的转矩；A为钻头内外径平方差；σ为岩石抗压强度。

钻机在旋转切削钻孔时，岩石的抗压强度越大，钻孔所需的转矩也越大。液压锚杆钻机每转的钻进量与转矩的关系为：

2) 试验巷道煤层地质情况。工作面范围内煤层底板较平缓，煤层底板标高1 110～1 160 m(地面标高：1 296～1 325 m)，巷道总体为正坡掘进。掘进段煤厚4.0～4.5 m，煤层结构简单，厚度稳定。巷道在3-1煤层中沿煤层底板掘进，上部留有0.4～0.9 m厚度不等的顶煤，煤层直接顶为黑灰色粉砂质泥岩，底板为灰色泥质粉砂岩，遇水易软化。

由上可知，推进力过大，则会出现重复切削现象，增大钻头磨损，甚至出现钻杆堵转和弯曲变形等情况；推进力过小，不能形成有效的切削，降低钻进速度。而转速过小，钻头的切削量加大，钻头易损坏，钻杆易弯曲变形和折断；转速过大，岩石多次被重复破碎，钻杆摆幅增大，又影响钻孔质量和威胁操作安全。因此，整个钻削过程是一个阻力矩瞬态变化的过程，钻机在钻岩的过程中所遇的阻力矩极不稳定，钻机转矩也应该随着钻削阻力的变化而变化。

针对钻进性能与推进力、钻机转速和钻机转矩等几方面的影响关系的研究结果，在锚杆转载机组钻机设计时应用了液压负载敏感变量系统。负载敏感也称负载反馈，即依靠负载压力控制泵变量的一种闭环控制系统。钻机采用液压负载敏感变量系统的控制，就可以根据井下具体岩层硬度来调整自身的推进力、转矩、钻速，实现锚杆钻机最高效率的岩石钻孔[2]。

2.2 除尘系统模块化设计研究

锚杆转载机钻机钻孔作业因孔内岩石粉末聚集易堵塞钻杆造成堵杆、堵钻等现象，大量的粉尘也造成人员健康危害，故除尘系统既可有效地净化工作面环境，起到积极的降尘作用，又提高钻机钻孔效率。

除尘系统利用真空负压原理，将钻孔时产生的细小颗粒、岩尘等通过空心钻杆及时吸出，避免堵死钻杆，影响锚钻效果，改善工作环境。锚杆转载机组1套钻机配置1套独立的除尘单元，每套除尘单元主要由钻箱、旋流器、除尘箱、滤芯、风机、消声器以及风管等辅助件组成。其具体工作流程为：粉尘 钻箱除尘箱(旋留室沉降室滤芯)风机消声器大气，如图2所示。

  

图2 除尘系统工作流程示意图

3 锚杆转载机组试用工艺

1) 试验场地。井下工业性试验场地选定在我国中东部地区冀中能源云驾岭矿，配套EBZ220型掘进机和1.2 m带式转载机，先后完成该矿31406运顺、31407回顺两条巷道的掘进支护任务。

一个绿裙少女从玉米地里走过来，对树上的少女喊：“乔瞧，我们该回家了。”见秀容月明满脸是水，掏出手帕，一言不发地递给他。

2.1.3 综合分析结果

3) 试验巷道断面情况。运顺、回顺巷道断面形状均为矩形，巷道宽度5 m，高度3.2 m。

4) 试验巷道锚杆支护工艺。分为顶支护和帮支护。

钻机在钻削过程中，推进力与钻速呈线性关系，其推进力与钻速的关系为:

2.1.1 推进力与钻机转速的关系

(3) 顶板支护采用规格为φ18 mm×2 200 mm锚杆，帮支护采用规格为φ18 mm×1 800 mm锚杆。

式中：n为钻速；k1为经验系数，与岩石的坚固系数有关；p为钻削过程的最大推进力；p0为初始推进力。

4 锚杆转载机组试验效果

CMM25-6型煤矿用锚杆转载机组在冀中能源云驾岭矿使用，设备累计掘进巷道4 280 m，支护顶锚25 680根，帮锚17 120根。实际平均日进尺20.67 m，最高小班进尺25 m，最高日进尺45 m。

试验表明，该设备各项参数设计合理，整机性能稳定，适用性强，能够满足中东部矿区巷道快速掘进作业的生产需求，实现掘进、支护同步作业。图3为锚杆转载机组巷道支护效果示图。

1.4.1 紫花苜蓿安全性调查 施药前目测试验区紫花苜蓿生长情况，施药后1、3、7、20 d调查各试验药剂对紫花苜蓿生长的影响，有药害的详细调查紫花苜蓿受害症状及症状出现、消失的时间。另外，最后1次(药后20 d)调查时，小区随机选取20株紫花苜蓿，测量紫花苜蓿株高，计算紫花苜蓿株高抑制率，明确药剂对紫花苜蓿生长的影响。

  

图3 锚杆转载机组巷道支护效果示意图

5 结论

CMM25-6型煤矿用锚杆转载机组的成功研制，打破了我国传统的巷道掘进工艺，改变了掘进、支护交替作业的被动局面，实现了掘、支、运平行作业。该设备适用于我国中东部地区煤层赋存条件差的煤矿，即锚杆支护需求及时、锚杆支护需求量大的煤矿使用。该设备的研发，积极贯彻了“安全、高效、绿色”煤矿发展理念，对井下生产减员增效，缓解采掘比例失调，提高资源回收率具有积极的促进作用。

组织学生结合教材进行回答，并尝试着去理解文本的中心思想，使学生在阅读以及带着问题解读中更加深刻地理解作者对祖国文化的自豪感以及对劳动人民的热爱之情，进而帮助学生更好地理解。之后，教师可以鼓励学生自主借助网络来了解更多的石拱桥，并通过分析不同石拱桥的特点来形成那份自豪感，进而真正确保本节课的教学价值得以实现。

参考文献：

[1] 郑澈，牟国涛，单绍福，等. 旋转切割与推进自动协调液压锚杆钻机性能分析[J]．煤矿机械，2005(4)：55-56.

[2] 丁永成. 开式变量泵在CMM25—4锚杆钻机中的应用[J]．煤矿机械, 2010(4)：170-172.

[3] 宋明江、左岗永. 基于负载敏感变量系统液压锚杆钻机钻进性能的研究[J]．煤矿机械, 2015(4)：98-100.

[4] 王金华. 我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J]．煤炭学报,2007(2)：113-118.

[5] 张幼振. 我国煤矿锚杆钻车的应用现状与发展趋势[J]．煤炭工程, 2010(6)：101-103.

[6] 魏勇刚. 四臂锚杆钻车的研制及应用[J]．煤炭科学技术, 2006(10)：50-52.

[7] 王明普. CMM25-4锚杆钻车的设计[J]．煤矿机械, 2005(6)：3-5.

[8] 张庆云,郑澈,陈晓晖. MYT-215液压锚杆钻机的设计[J]．煤矿机械, 2005(2)：5-6.

作者简介：王以超(1983—)，男，工程师。2015年毕业于中国矿业大学机械及自动化专业。长期从事与煤矿井下采掘装备及技术相关工作。