針對進口MB670?1 型掘錨一體機傳統(tǒng)支護工藝流程繁瑣、復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性差、支護效率低等問題，通過改造MB670?1 型掘錨一體機原鉆錨系統(tǒng)工藝，改造鉆錨一體化鉆箱、配備注漿系統(tǒng)，使用注漿錨桿、調(diào)整支護參數(shù)等方式，提升了支護效果與掘進效率，降低了支護輔助費用和人工成本。雙支護模式提高了設(shè)備適應(yīng)性。應(yīng)用表明，改造后的工藝在保障巷道穩(wěn)定性、提高自動化程度、降低勞動強度以及安全高效生產(chǎn)方面取得了良好效果，填補了國內(nèi)外掘進設(shè)備結(jié)合改造的實踐空白，為煤礦巷道自動化掘進設(shè)備改造及制造提供了實踐基礎(chǔ)。

文章來源：《智能礦山》2025年第9期“學(xué)術(shù)園地”欄目

第一作者：郭磊，現(xiàn)任陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司副總工程師，主要從事掘進工藝及一通三防方面的相關(guān)研究工作。E-mail：373211092@qq.com

作者單位：陜西延長石油巴拉素煤業(yè)有限公司；中國大唐集團能源投資有限責(zé)任公司

引用格式：郭磊，楊文，田雙奇，等.MB670-1型掘錨一體機支護工藝改造及應(yīng)用[J].智能礦山，2025，6(9)：84-88.

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在煤礦生產(chǎn)中，巷道快速支護是保障安全生產(chǎn)和高效開采的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨著開采深度和強度的增加，地質(zhì)條件更加復(fù)雜，對巷道快速支護技術(shù)提出了更高要求，但傳統(tǒng)的支護工藝在實際應(yīng)用中存在支護工序繁瑣復(fù)雜、支護工藝適應(yīng)性差等問題。山特維克掘錨一體機以其掘錨一體化的優(yōu)勢在煤礦生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

升級改造的MB670-1型掘錨一體機主要用于井下掘進工作面巷道支護，根據(jù)礦井掘進接續(xù)及設(shè)備實際狀況，將MB670-1型掘錨一體機4臺頂錨鉆架、2臺幫錨鉆架進行升級改造，并配備國產(chǎn)鉆錨注一體化鉆箱及注漿、供水系統(tǒng)，實現(xiàn)鉆錨注一體支護和傳統(tǒng)支護工藝的多種模式于一體的新型快掘設(shè)備。

MB670-1型掘錨一體機支護工藝分析

MB670-1型掘錨一體機集成了掘進、錨桿錨索支護等多種功能，實現(xiàn)了巷道掘進與支護的平行作業(yè)，有效提高了掘進效率。具備自動化程度高、操作靈活等特點，適用于多種煤礦開采條件，但其仍存在掘支不平衡、支護時間長，影響掘進效率的問題，MB670-1掘錨一體機如圖1所示。

圖1 MB670-1掘錨一體機

MB670-1型掘錨一體機支護工藝流程傳統(tǒng)工藝主要包括鉆孔、洗孔拔釬、安裝錨桿錨索、緊固錨桿錨索等環(huán)節(jié)。首先利用掘錨一體機的鉆孔設(shè)備在巷道圍巖上鉆孔，然后將錨桿錨索安裝至孔內(nèi)，最后通過鉆箱轉(zhuǎn)動內(nèi)部馬達攪拌、緊固錨桿錨索，達到支護設(shè)計要求。MB670-1型掘錨一體機的支護設(shè)備穩(wěn)定性較好，但工藝繁瑣，主要存在3方面問題。

（1）使用鉆桿先進行開眼，然后放入錨固劑，最后放入鉆桿進行攪拌錨固，支護用時長、支護效率偏低。

（2）錨護作業(yè)依靠人工手動安裝和拆卸鉆桿、放置錨固劑的過程中，易出現(xiàn)夾手傷人的不安全因素。

（3）錨桿機正常實現(xiàn)錨固支護需要與其他輔助設(shè)施配套使用，如鉆頭、鉆桿、連接套（連接鉆桿或鉆桿與鉆頭）、攪拌器等，若配套設(shè)施不完善或出現(xiàn)故障，直接影響錨桿機的工作效率和施工進度，配套設(shè)施增加成本管控難度。

基于此，目前亟須解決山特維克掘錨一體機工序繁瑣、危險系數(shù)高的問題，以提高支護效率和安全穩(wěn)定性，最大限度解決掘支不平衡問題，提高掘進效率。

鉆錨注一體支護工藝簡介

調(diào)研對比目前國內(nèi)外成熟的掘進支護工藝，國內(nèi)自主研發(fā)和生產(chǎn)的DO600鉆機鉆錨支護工藝具備工序簡單、自動化程度高、安全穩(wěn)定性高的特點。

2.1 DO600鉆機鉆錨支護工藝

JM340D掘錨一體機鉆錨支護工藝使用了（中空注漿錨桿）鉆錨注一體錨桿，集成了鉆桿、錨桿、錨固劑通道等功能。掘錨機配套注漿系統(tǒng)，通過將A、B組分泵注錨固劑通過管道、中空注漿錨桿注入鉆孔，實現(xiàn)了免封孔泵注錨固。錨固劑凝固時間20～240 s可調(diào)節(jié)，滿足錨固長度的任意調(diào)節(jié)，鉆錨一體化錨桿如圖2所示。

圖2 鉆錨一體化錨桿

2.2 DO600鉆機支護工藝特點分析

與傳統(tǒng)樹脂錨固錨桿相比，DO600鉆機鉆錨一體化支護工藝的主要特點包括4個方面。但鉆錨一體化錨桿由于鉆孔和支護深度固定，其在頂板破碎、易發(fā)生片幫的巷道條件下難以進行正常支護。

（1）減少安裝工序

將傳統(tǒng)樹脂錨固錨桿安裝的6道工序（鉆孔、卸鉆桿、人工安裝錨固劑、安裝錨桿、攪拌錨固劑、預(yù)緊）減少為1道連續(xù)工序，實現(xiàn)錨桿安裝自動化作業(yè)，同時降低了人工操作過程夾手傷人的安全風(fēng)險。

（2）減少移機時間

鉆錨一體化錨桿減少拆卸鉆桿、錨桿安裝、錨桿預(yù)緊等鉆臂移機時間，實現(xiàn)錨桿快速安裝。

（3）減少錨桿失效率

鉆錨一體化錨桿一次成孔，減少巷幫片幫、塌孔等多次鉆進清孔，在松軟破碎煤幫中可減少錨桿安裝時間，實現(xiàn)錨桿快速安裝。

（4）適當(dāng)降低錨桿支護密度

鉆錨一體化錨桿破斷載荷>260 kN，通過泵注式全長錨固，提高錨桿的錨固力，充分發(fā)揮錨桿的支護作用，可適當(dāng)減少錨桿支護密度，減少單位面積錨桿用量，實現(xiàn)錨桿快速支護，增強地質(zhì)環(huán)境和不同工況的適應(yīng)性。

鉆錨注支護工藝改造

3.1 設(shè)備硬件改造

為滿足MB670-1型掘錨一體機鉆錨注支護工藝效率高、設(shè)備適應(yīng)性強、安全穩(wěn)定性高的特點，系統(tǒng)升級改造鉆錨設(shè)備，升級改造后的鉆機滿足鉆錨注一體化支護要求，可實現(xiàn)鉆孔-錨注-預(yù)緊一體化作業(yè)。升級改造后鉆架需滿足掘錨機2.8～4.2 m截割高度，鉆架機械部分強度與掘錨機整機相匹配。改造后的鉆箱馬達額定轉(zhuǎn)速為575 r/min，最大失速轉(zhuǎn)矩可為560N·m，滿足錨桿設(shè)計轉(zhuǎn)矩300 N·m的要求。

（1）錨桿機改造

頂錨桿機改造基于DO600鉆機鉆架，改造DO600鉆架的一級行程頂板和夾鉗、鉆錨一體化鉆箱，實現(xiàn)鉆錨注一體化功能，并設(shè)計夾鉗放置于一級行程頂板上，保證托盤通過夾鉗，鉆錨注一體化頂錨桿鉆機如圖3所示。

圖3 鉆錨注一體化頂錨桿鉆機

幫錨桿機改造時，采用鉆錨一體化鉆機，整體安裝在MB670幫鉆提升機構(gòu)上，實現(xiàn)鉆錨注一體化功能。幫錨桿機鉆架設(shè)計與MB670-1的連接結(jié)構(gòu)，以保證機械接口適配，改造后的系統(tǒng)滿足相應(yīng)功能，鉆錨注一體化幫錨桿鉆機如圖4所示。

圖4 鉆錨注一體化幫錨桿鉆機

（2）配備注漿系統(tǒng)

配備高性能注漿泵，實時監(jiān)測注漿流量和壓力，并將數(shù)據(jù)傳輸至掘錨一體機的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對注漿過程的精準控制。改進注漿管路的布置和連接方式，減少管路堵塞和漏漿現(xiàn)象，鉆錨注支護注漿系統(tǒng)如圖5所示。

圖5 鉆錨注支護注漿系統(tǒng)

錨固劑安裝依賴人工輔助作業(yè)，制約著錨桿支護機械化的實現(xiàn)。使用新研發(fā)的泵注式錨固劑替代傳統(tǒng)錨固劑，泵注式錨固劑只需通過手柄操作就能實現(xiàn)錨固劑灌注，擺脫了人工輔助作業(yè)，降低了工人的勞動強度和作業(yè)風(fēng)險。新型錨固劑提高了漿液的黏結(jié)強度和早期強度，特別是在圍巖破碎條件下，漿液進入圍巖裂縫，提高圍巖整體強度，對圍巖起到加固作用，保證圍巖穩(wěn)定。

3.2 雙錨桿支護工藝

使用與注漿系統(tǒng)相適應(yīng)的中空注漿錨桿，注漿錨桿自帶鉆頭，無需鉆桿鉆孔，放入鉆箱鉆套直接進行支護作業(yè)。優(yōu)化鉆箱鉆套，解決了破碎頂板掉頂、幫部片幫嚴重而導(dǎo)致的巷道超高、超寬而無法使用注漿錨桿的問題。鉆套內(nèi)部改造成為適用普通錨桿（MG335/500螺紋鋼錨桿、增強纖維塑料錨桿）和注漿錨桿的雙結(jié)構(gòu)，自由切換普通錨桿和注漿錨桿，巷道錨桿支護更加適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件。

3.3 工藝參數(shù)優(yōu)化

（1）鉆孔深度和角度優(yōu)化

通過力學(xué)分析不同地質(zhì)條件下巷道圍巖，結(jié)合數(shù)值模擬和現(xiàn)場試驗，確定合理的鉆孔深度和角度。在破碎圍巖區(qū)域，適當(dāng)增加鉆孔深度，確保錨桿能夠錨固在穩(wěn)定的巖層中。根據(jù)巷道形狀和圍巖的應(yīng)力分布，調(diào)整鉆孔角度，使錨桿錨索更好地發(fā)揮支護作用。

（2）注漿壓力和注漿量控制

根據(jù)圍巖的孔隙率、滲透性及鉆孔深度等因素，建立注漿壓力和注漿量的數(shù)學(xué)模型。在實際施工中，根據(jù)模型計算結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)整注漿壓力和注漿量。在初期注漿時，采用較低的注漿壓力，避免漿液大量流失；隨著注漿的進行，逐漸提高注漿壓力，確保漿液能夠充分填充圍巖孔隙和裂縫。

（3）有效支護強度提高

鉆錨注支護工藝使用全長錨固方式提高了巷道圍巖強度，減小了巷道圍巖變形，有效保障了巷道的圍巖穩(wěn)定性。

工藝改造后的應(yīng)用實例分析

陜北某礦膠運巷道掘進工作面布置在2號煤層中，該工作面為矩形斷面，工作面掘高4 000 mm，掘?qū)? 240 mm，采用錨網(wǎng)索支護工藝。工作面煤層平均厚度3.75 m，裂縫發(fā)育。工作面直接頂平均厚度4.25 m，以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖或者泥質(zhì)粉砂巖為主，巖石硬度系數(shù)f=3～4；基本頂平均厚度7.56 m，以中、細粒砂巖為主，巖石硬度系數(shù)f=4～5。該礦對傳統(tǒng)山特維克掘進一體機支護工藝進行了改造并應(yīng)用。

4.1 工藝改造后的應(yīng)用過程

在巷道掘進過程中，嚴格按照改造后的工藝進行操作。首先，利用改造后的錨桿機進行鉆孔，根據(jù)實時監(jiān)測的圍巖情況調(diào)整鉆孔參數(shù)。在安裝錨桿時，確保安裝質(zhì)量和錨固力達到設(shè)計要求。注漿過程中，密切關(guān)注注漿壓力和注漿量的變化，及時調(diào)整注漿參數(shù)；同時，加強對巷道圍巖變形的監(jiān)測，每隔一定距離設(shè)置監(jiān)測點，采用全站儀等設(shè)備對巷道的收斂變形進行測量。

4.2 工藝改造后的應(yīng)用效果

（1）支護效果顯著提升

通過對比現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，改造后的工藝使巷道變形量明顯減小。在相同地質(zhì)條件和掘進時間下，巷道頂?shù)装逡平亢蛢蓭褪諗苛糠謩e降低了3%和5%，有效保障了巷道的穩(wěn)定性，減少了后期巷道維修的工作量和成本。改造后的單根錨桿支護時間由原來的10 min減少至3 min，提高了支護效率，彌補了原來支護工藝掘支不平衡的缺點。

（2）掘進效率提高

改造后將傳統(tǒng)錨桿施工的 6道工序（鉆孔、卸鉆桿、人工安裝錨固劑、安裝錨桿、攪拌錨固劑、預(yù)緊）減少為 1道工序，使得鉆孔效率提升、支護質(zhì)量可靠性增強以及工藝銜接得更加順暢，縮短了錨桿支護時間，提高了掘進速度。月掘進進尺相比改造前增加了100 m，提高了12.5%，有效緩解了該煤礦采掘接替緊張的局面。

（3）安全性增強

穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)降低了頂板事故的發(fā)生風(fēng)險，為作業(yè)人員提供了更安全的工作環(huán)境。提高自動化程度并優(yōu)化操作流程，減少了工人與危險環(huán)境的接觸時間，降低了勞動強度，進一步提高了生產(chǎn)安全性。

工藝改造后的效益分析

（1）經(jīng)濟效益分析

使用鉆錨注一體支護工藝后，支護不再需要鉆桿、鉆頭、攪拌器等支護工具以及樹脂錨固劑，每米巷道降低輔助支護設(shè)施及錨固劑成本約100元。巷道維護成本降低，掘進效率提高，煤炭產(chǎn)量增加，為煤礦企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益。根據(jù)該煤礦的實際數(shù)據(jù)統(tǒng)計，每年可節(jié)省巷道維修費用300余萬元，每延米節(jié)省材料成本統(tǒng)計見表1。

表1 每延米節(jié)省材料成本統(tǒng)計

（2）人員效益分析

鉆錨注一體支護工藝提高了支護自動化程度，減少了支護人員數(shù)量，1人可同時操作2臺頂錨桿機而不降低支護速度，兩側(cè)幫錨桿支護輔助人員減少2人，每臺掘錨機每班減少4人，初步實現(xiàn)了減員增效的目的。

（3）社會效益分析

提高了煤礦開采的安全性，減少了安全事故的發(fā)生，保障了礦工的生命安全和家庭幸福。同時，高效的開采工藝有助于保障煤炭資源的穩(wěn)定供應(yīng)，滿足社會經(jīng)濟發(fā)展對能源的需求，對促進地方經(jīng)濟發(fā)展和社會穩(wěn)定具有積極意義。

總 結(jié)

（1）通過對MB670-1掘錨一體機支護工藝的改造及應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)工藝在復(fù)雜地質(zhì)條件下存在的問題，實現(xiàn)了支護效果、掘進效率和生產(chǎn)安全性的多方面提升，實現(xiàn)了進口設(shè)備與國產(chǎn)系統(tǒng)的完美結(jié)合，提高了掘進效率。

（2）使用鉆錨注一體化支護工藝后，簡化了支護流程，可在多種工況條件下完成支護，提高自動化作業(yè)程度，降低了人員勞動強度和安全風(fēng)險；使用鉆錨注一體化支護工藝后，每班每臺掘錨機減少支護人員4人，減少了支護輔助材料和樹脂錨固劑的成本。

（3）鉆錨注一體工藝使用新型泵注式錨固劑提高了巷道圍巖強度，降低了巷道圍巖變形，有效保障了巷道的穩(wěn)定性，減少了后期巷道維修的工作量和成本。實現(xiàn)了普通錨桿、增強纖維錨桿和注漿錨桿的雙支護模式，提高設(shè)備的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

編輯丨李莎

審核丨趙瑞

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