安全快速支护的新顶板锚杆安装机
由于推行高产高效的采掘方法，迫切要求开发一种能安全快速地进行顶板锚杆支护作业的方法和机械。
经过多年不断的努力，在提高钻孔速度、改进作业安全性和降低消耗件成本方面已取得了重大技术进步，新研制的样机陆续投入使用。美国弗兰切尔和乔伊采矿机械公司近来都研制生产了单机组合式顶板锚杆机，主要是为在中厚煤层中使用高产高效连续采煤机。
虽然弗兰切尔公司的自动4机组合锚杆机和乔伊采矿机械公司的自动多机组合锚杆机具体特征不同，但这两种锚杆机都使用某些通用的基本元件，都是以平台为基础的锚杆机，不用悬臂结构和其他许多运动件。现场试验已证实，两种锚杆机的底盘和动力装置部件都是成功的。两家公司认为，这类锚杆机对于要求采用符合现代工艺规范锚杆支护系统的煤矿有很大吸引力。这些新锚杆支护系统能与高产高效能力相适应，如美国西部的大煤矿、澳大利亚长壁开采的煤矿。对这些新锚杆机内部进行的技术改进，有可能促进其进入单机或双机锚杆机市场，并可在薄煤层中推广应用。
用户要求顶板锚杆机具有很高的生产率。弗兰切尔公司多年来确实大幅度地提高了其所生产的双机组合锚杆机生产率，并已达到了较高水平，毕竟钻孔速度也只能快到这个程度。多台单机组合钻机意味着能打更多的锚杆孔。
4机组合锚杆机现在并不是什么新生事物，西弗吉尼亚的弗兰切尔公司早在60年代初期就生产过几台，至少有两家煤矿使用。这些机器需要4人操作，而且在当时其效率不高，难以保证掘进要求。制造一种4机组合锚杆机的技术问题并不那么难，主要问题是操作人员的安全和该机实际上要4人操作。显然，为了减少操作人员，使其成为一种高效设备，就需要某种类型的自动化。
20多年来，弗兰切尔公司进行了各种各样锚杆机方案的试验，从遥控操作的锚杆单机(1988年曾在石灰岩和盐矿中使用)到目前正在进行现场试验的半自动4机组合锚杆机。由于不断的研究和试验，该公司已开发出几种新的方案来提高锚杆机的生产率和自动化水平。
研究集中在与机械设计有关的3个方面，即机械布置、液压传动装置和传感器、程序逻辑控制器或微机控制器，以全面推进锚杆支护自动化。公司的主要目标是开发一种紧凑、自动的锚杆支护单机，需要时能组合在工作面作业的锚杆安装机械上，或者组合在连续采煤机、悬臂掘进机和其他井下设备上。这些紧凑的锚杆支护单机第1批产品分别于1992年在马丁其煤矿，1994年在怀俄明州的1个天然碱矿进行过试验。
锚杆支护单机方案的主要特征是1套反馈系统，能自动检测和控制钻机速度，防止使用过大的力。结果是钻进操作更加高效而可靠，钻头寿命更长，钻孔速度更快。
弗兰切尔公司还开发出了树脂插入装置，比人工插入树脂能达到更高水平的一致性。这种简单的装置能迅速插入树脂药卷，然后缓慢旋转锚杆通过树脂药卷，并托住插入的装置一定时间。旋转和托住的速度由程序逻辑控制器控制，这样安装的每一根锚杆的质量都是一致的。
多台单机与反馈系统和树脂插入装置一起集合到一种4机组合自动锚杆机上，去年在西弗吉尼亚的尖端矿业公司进行了试验。这种履带式4机组合自动锚杆机需要2人操作，每人控制2台单机，每个钻机操作台配备1个圆盘传送带，用于储存钻杆、树脂药卷和锚杆。
每个操作人员的操作台操纵杆控制装置用来控制钻进作业，其间，安装在全部钻机液压系统中的传感器提供数据给锚杆钻机的程序逻辑控制器来控制钻机推力和旋转速度，以获得最佳性能。利用锚杆机集尘系统中的传感器，在该系统有堵塞危险时，降低钻孔速度，以便清理。
在计算机控制下进行钻孔时，操作人员往圆盘传送带上装树脂药卷、锚杆和托板。当锚杆孔钻完后，锚杆机自动撤出钻杆，旋转圆盘传送带，将树脂药卷和锚杆插入孔内，旋转并托住锚杆，完成锚杆安装工作。
在尖端矿试验过程中，安装了长1 524mm全树脂锚杆，使用4机组合锚杆机安装，每排锚杆的实际安装循环时间为3.25min，包括排间定位。看来每安装1排锚杆的循环时间缩短到3.0min是可以达到的。机器的尺寸适用于采掘高度2.6～3.66m。尽管加长钻杆钻孔是有可能的，但从目前设计水平来看，并不是件很容易的事。
该公司下一步的研究开发计划是改进锚杆机的加长钻杆，以便安装长锚杆和锚索。目前正和一企业讨论开发一种适用于采掘高度1.83～3.66m的4机组合锚杆机的可能性。
弗兰切尔公司用不着专门研究圆盘传送带方案，开发4机组合锚杆机主要是想证明2个人就能高效、安全地操作这样一台机器。今后将寻求新的其他技术途径提高锚杆机效率，可能包括取消圆盘传送带的锚杆机，或者甚至是人工和半自动相结合的操作方法，以便将其更好地用于顶板条件多变的煤矿。
乔伊采矿机械公司采取了一种不同的途径。
乔伊采矿机械公司销售给澳大利亚克来姆公司1条轻便的、机载的、可移动的顶板锚杆支护系统生产线，称为乔伊锚杆支护方式。该公司最新提供的由克来姆设计的1个平台基础和多臂锚杆机，最近进入北美市场。
多臂锚杆机设计方案的主要特点是“设计的简单性”，设计多臂锚杆机的整个过程(从方案到完成)仅用了12个月。这种机器的大部分主要部件已在现有机械上进行了现场试验，证明是成功的。锚杆机的控制系统重新进行了设计，取消了容易损坏的外部油缸和大约24条软管。锚杆机的主要电动机、电缆卷盘、履带底盘都是标准的乔伊部件。
履带式多臂锚杆机适用于采掘高度2.29～3.66m的煤层，可配置2～5台钻机。下一步的计划将是开发适用于采掘高度1.52～2.44m的多臂锚杆机。
多臂锚杆机装备有HFX进给机构和HDR旋转机构，可提供最大进给力22kN，转速650r/min，额定标准扭矩352.5N*m。多臂锚杆机装配有半自动钻进程序，结合人工插入树脂药卷和锚杆。用半自动控制系统，1个操作人员可以有效地监视和控制2个操作台。
多臂锚杆机的1个独特特征是储存消耗件的方法，1d所需要的锚杆、树脂、托板都装在1个可移动的架子(材料储存架)上，用自动装运卸车辆或升降叉车运到锚杆机处，在那里和前一天用过的空的材料储存架交换。研究表明，实际钻孔和安装锚杆仅占每班时间的24%。公司正在将材料储存架和其他特性相结合，以减少耗费在再储存和维修工作上的时间，使操作人员能有更多的锚杆安装时间。最终目的是从煤矿的主要巷道线路上取消顶板锚杆机，迫使在连续采煤机上装备锚杆机，使其能满足采掘速度的要求。
乔伊公司扶持了1个作业组，在多臂锚杆机上经过几个小时的培训可以达到平均每班安装锚杆400根以上。最近在昆士兰1个煤矿进行的试验中，多臂锚杆机创下了世界纪录：在3h 45min时间内，安装了304根长1.83m的锚杆。北美用户订购的第1台多臂锚杆机今年初在坎扬燃料公司的SUFCO矿(犹他州中部)投入使用。
由于不断地研究和改进锚杆支护技术，新的4机组合锚杆机取得的技术进步，开始逐步进入顶板锚杆支护市场。如弗兰切尔公司将很快研制出一种钻机控制装置供其RRII和DDO臂式给进钻机使用，包括用在其4机组合锚杆机上的反馈系统，增加微机而不是程序逻辑控制器。以微机为基础的系统将允许操作人员设定钻进参数来优化钻进性能，同时延长钻杆和钻头寿命，规定树脂旋转和固化时间，以便最大限度地保持锚杆安装质量的一致性。微机所收集的钻进参数能用来提供顶板岩层剖面，供每个钻机操作人员参考，以便调整钻机给进速度和压力，使其与顶板硬度和钻杆的圆柱强度相适应。在制造新钻机以及翻新改造现有钻机时可选择该装置。
经过多年不断的努力，在提高钻孔速度、改进作业安全性和降低消耗件成本方面已取得了重大技术进步，新研制的样机陆续投入使用。美国弗兰切尔和乔伊采矿机械公司近来都研制生产了单机组合式顶板锚杆机，主要是为在中厚煤层中使用高产高效连续采煤机。
虽然弗兰切尔公司的自动4机组合锚杆机和乔伊采矿机械公司的自动多机组合锚杆机具体特征不同，但这两种锚杆机都使用某些通用的基本元件，都是以平台为基础的锚杆机，不用悬臂结构和其他许多运动件。现场试验已证实，两种锚杆机的底盘和动力装置部件都是成功的。两家公司认为，这类锚杆机对于要求采用符合现代工艺规范锚杆支护系统的煤矿有很大吸引力。这些新锚杆支护系统能与高产高效能力相适应，如美国西部的大煤矿、澳大利亚长壁开采的煤矿。对这些新锚杆机内部进行的技术改进，有可能促进其进入单机或双机锚杆机市场，并可在薄煤层中推广应用。
用户要求顶板锚杆机具有很高的生产率。弗兰切尔公司多年来确实大幅度地提高了其所生产的双机组合锚杆机生产率，并已达到了较高水平，毕竟钻孔速度也只能快到这个程度。多台单机组合钻机意味着能打更多的锚杆孔。
4机组合锚杆机现在并不是什么新生事物，西弗吉尼亚的弗兰切尔公司早在60年代初期就生产过几台，至少有两家煤矿使用。这些机器需要4人操作，而且在当时其效率不高，难以保证掘进要求。制造一种4机组合锚杆机的技术问题并不那么难，主要问题是操作人员的安全和该机实际上要4人操作。显然，为了减少操作人员，使其成为一种高效设备，就需要某种类型的自动化。
20多年来，弗兰切尔公司进行了各种各样锚杆机方案的试验，从遥控操作的锚杆单机(1988年曾在石灰岩和盐矿中使用)到目前正在进行现场试验的半自动4机组合锚杆机。由于不断的研究和试验，该公司已开发出几种新的方案来提高锚杆机的生产率和自动化水平。
研究集中在与机械设计有关的3个方面，即机械布置、液压传动装置和传感器、程序逻辑控制器或微机控制器，以全面推进锚杆支护自动化。公司的主要目标是开发一种紧凑、自动的锚杆支护单机，需要时能组合在工作面作业的锚杆安装机械上，或者组合在连续采煤机、悬臂掘进机和其他井下设备上。这些紧凑的锚杆支护单机第1批产品分别于1992年在马丁其煤矿，1994年在怀俄明州的1个天然碱矿进行过试验。
锚杆支护单机方案的主要特征是1套反馈系统，能自动检测和控制钻机速度，防止使用过大的力。结果是钻进操作更加高效而可靠，钻头寿命更长，钻孔速度更快。
弗兰切尔公司还开发出了树脂插入装置，比人工插入树脂能达到更高水平的一致性。这种简单的装置能迅速插入树脂药卷，然后缓慢旋转锚杆通过树脂药卷，并托住插入的装置一定时间。旋转和托住的速度由程序逻辑控制器控制，这样安装的每一根锚杆的质量都是一致的。
多台单机与反馈系统和树脂插入装置一起集合到一种4机组合自动锚杆机上，去年在西弗吉尼亚的尖端矿业公司进行了试验。这种履带式4机组合自动锚杆机需要2人操作，每人控制2台单机，每个钻机操作台配备1个圆盘传送带，用于储存钻杆、树脂药卷和锚杆。
每个操作人员的操作台操纵杆控制装置用来控制钻进作业，其间，安装在全部钻机液压系统中的传感器提供数据给锚杆钻机的程序逻辑控制器来控制钻机推力和旋转速度，以获得最佳性能。利用锚杆机集尘系统中的传感器，在该系统有堵塞危险时，降低钻孔速度，以便清理。
在计算机控制下进行钻孔时，操作人员往圆盘传送带上装树脂药卷、锚杆和托板。当锚杆孔钻完后，锚杆机自动撤出钻杆，旋转圆盘传送带，将树脂药卷和锚杆插入孔内，旋转并托住锚杆，完成锚杆安装工作。
在尖端矿试验过程中，安装了长1 524mm全树脂锚杆，使用4机组合锚杆机安装，每排锚杆的实际安装循环时间为3.25min，包括排间定位。看来每安装1排锚杆的循环时间缩短到3.0min是可以达到的。机器的尺寸适用于采掘高度2.6～3.66m。尽管加长钻杆钻孔是有可能的，但从目前设计水平来看，并不是件很容易的事。
该公司下一步的研究开发计划是改进锚杆机的加长钻杆，以便安装长锚杆和锚索。目前正和一企业讨论开发一种适用于采掘高度1.83～3.66m的4机组合锚杆机的可能性。
弗兰切尔公司用不着专门研究圆盘传送带方案，开发4机组合锚杆机主要是想证明2个人就能高效、安全地操作这样一台机器。今后将寻求新的其他技术途径提高锚杆机效率，可能包括取消圆盘传送带的锚杆机，或者甚至是人工和半自动相结合的操作方法，以便将其更好地用于顶板条件多变的煤矿。
乔伊采矿机械公司采取了一种不同的途径。
乔伊采矿机械公司销售给澳大利亚克来姆公司1条轻便的、机载的、可移动的顶板锚杆支护系统生产线，称为乔伊锚杆支护方式。该公司最新提供的由克来姆设计的1个平台基础和多臂锚杆机，最近进入北美市场。
多臂锚杆机设计方案的主要特点是“设计的简单性”，设计多臂锚杆机的整个过程(从方案到完成)仅用了12个月。这种机器的大部分主要部件已在现有机械上进行了现场试验，证明是成功的。锚杆机的控制系统重新进行了设计，取消了容易损坏的外部油缸和大约24条软管。锚杆机的主要电动机、电缆卷盘、履带底盘都是标准的乔伊部件。
履带式多臂锚杆机适用于采掘高度2.29～3.66m的煤层，可配置2～5台钻机。下一步的计划将是开发适用于采掘高度1.52～2.44m的多臂锚杆机。
多臂锚杆机装备有HFX进给机构和HDR旋转机构，可提供最大进给力22kN，转速650r/min，额定标准扭矩352.5N*m。多臂锚杆机装配有半自动钻进程序，结合人工插入树脂药卷和锚杆。用半自动控制系统，1个操作人员可以有效地监视和控制2个操作台。
多臂锚杆机的1个独特特征是储存消耗件的方法，1d所需要的锚杆、树脂、托板都装在1个可移动的架子(材料储存架)上，用自动装运卸车辆或升降叉车运到锚杆机处，在那里和前一天用过的空的材料储存架交换。研究表明，实际钻孔和安装锚杆仅占每班时间的24%。公司正在将材料储存架和其他特性相结合，以减少耗费在再储存和维修工作上的时间，使操作人员能有更多的锚杆安装时间。最终目的是从煤矿的主要巷道线路上取消顶板锚杆机，迫使在连续采煤机上装备锚杆机，使其能满足采掘速度的要求。
乔伊公司扶持了1个作业组，在多臂锚杆机上经过几个小时的培训可以达到平均每班安装锚杆400根以上。最近在昆士兰1个煤矿进行的试验中，多臂锚杆机创下了世界纪录：在3h 45min时间内，安装了304根长1.83m的锚杆。北美用户订购的第1台多臂锚杆机今年初在坎扬燃料公司的SUFCO矿(犹他州中部)投入使用。
由于不断地研究和改进锚杆支护技术，新的4机组合锚杆机取得的技术进步，开始逐步进入顶板锚杆支护市场。如弗兰切尔公司将很快研制出一种钻机控制装置供其RRII和DDO臂式给进钻机使用，包括用在其4机组合锚杆机上的反馈系统，增加微机而不是程序逻辑控制器。以微机为基础的系统将允许操作人员设定钻进参数来优化钻进性能，同时延长钻杆和钻头寿命，规定树脂旋转和固化时间，以便最大限度地保持锚杆安装质量的一致性。微机所收集的钻进参数能用来提供顶板岩层剖面，供每个钻机操作人员参考，以便调整钻机给进速度和压力，使其与顶板硬度和钻杆的圆柱强度相适应。在制造新钻机以及翻新改造现有钻机时可选择该装置。
