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煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势

康红普, 姜鹏飞, 刘畅, 王子越, 罗超, 郭吉昌, 陈志良, 曹晓明

康红普,姜鹏飞,刘畅,等. 煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势[J]. 工矿自动化,2023,49(1):1-18. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.18064
引用本文: 康红普,姜鹏飞,刘畅,等. 煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势[J]. 工矿自动化,2023,49(1):1-18. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.18064
KANG Hongpu, JIANG Pengfei, LIU Chang, et al. Current situation and development trend of rock bolting construction equipment in coal roadway[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(1):1-18. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.18064
Citation: KANG Hongpu, JIANG Pengfei, LIU Chang, et al. Current situation and development trend of rock bolting construction equipment in coal roadway[J]. Journal of Mine Automation,2023,49(1):1-18. DOI: 10.13272/j.issn.1671-251x.18064

煤巷锚杆支护施工装备现状及发展趋势

基金项目: 国家重点研发计划资助项目(2020YFB1314002);中煤科工开采研究院科技创新基金重点项目(KCYJY-2021-ZD-02);天地科技开采设计事业部创新基金重点项目(KJ-2021-KCZD-02)。
详细信息
    作者简介:

    康红普(1965—),男,山西五台人,中国工程院院士,研究员,博士研究生导师,主要从事煤矿巷道围岩控制理论与技术研究工作,E-mail:kanghp@163.com

  • 中图分类号: TD263.3/322

Current situation and development trend of rock bolting construction equipment in coal roadway

  • 摘要: 锚杆支护施工装备是煤巷锚杆支护成套技术的重要组成部分,直接影响锚杆支护速度与质量。经过长期发展,我国煤矿开发出多种形式的锚杆支护施工装备,包括单体锚杆钻机、锚杆钻车、掘锚机、掘锚一体机、锚杆转载机及跨骑式锚杆钻车等。系统分析了6类锚杆支护施工装备的发展历程、技术性能、技术参数、适用条件及最新进展。单体锚杆钻机轻便、灵活、技术成熟,形成系列化产品,得到广泛应用。机载锚杆钻臂可集成于不同平台,形成各种集成化施工装备:锚杆钻车形成了从两臂到九臂的多种机型,可紧跟掘进装备、与掘进装备交替作业,多臂协同、多臂平行作业完成锚杆支护施工;将机载锚杆钻臂配置于悬臂式掘进机上,开发出多种形式的掘锚机,实现了掘进与锚杆支护施工2个功能;掘锚一体机实现了国产化,研制出支护平台前移的掘锚一体机、护盾式掘锚一体机及钻锚一体化掘锚一体机;研制出从两臂到七臂的锚杆转载机、十臂跨骑式锚杆钻车,实现了锚杆支护与掘进、运输分区作业。介绍了钻锚一体化锚杆支护技术与装备,包括钻锚一体化锚杆、泵注锚固剂、钻锚一体化钻臂、钻箱、锚杆仓、锚固剂泵注系统及智能控制系统,将传统锚杆施工6道工序简化为1道连续工序,实现了“一键打锚杆”自动化作业,显著提高了锚杆支护速度和自动化程度。指出了煤巷锚杆支护施工装备发展趋势:数智化锚杆钻臂;锚杆钻臂定位、位姿自主调节及多钻臂协同控制技术;锚杆(索)结构与材料优化、锚注材料升级及施工设备完善;环境动态感知及随掘围岩稳定性判别;锚杆支护施工装备故障诊断技术;巷道围岩变形与支护体受力在线监测;建立大数据平台,实现锚杆支护自动化、智能化。
    Abstract: The rock bolting construction equipment is an important part of the complete set of bolt support technology in coal roadway, which directly affects the speed and quality of rock bolting. After a long period of development, China's coal mines have developed various forms of rock bolting equipment, including single bolter, mobile bolter, roadheader bolter, bolter miner, bolter conveyor and straddle bolter. This paper systematically analyzes the development history, technical performance, technical parameters, applicable conditions and latest development of six kinds of rock bolting construction equipment. The single bolter is light, flexible and mature in technology, forming a series of products, which are widely used. The onboard bolter can be integrated on different platforms to form a variety of integrated construction equipment. The mobile bolter has formed a variety of models from two arms to nine arms. It can closely follow the heading equipment, work alternately with the heading equipment, and complete the rock bolting construction with multi-arm cooperation and multi-arm parallel operation. The onboard bolter is equipped on the cantilever roadheader, and various types of roadheader bolters are developed, realizing two functions of heading and bolt construction. The bolter miner has realized localization. The bolter miner with forward moveable bolting platform, shield type bolter miner and bolter miner with the integration of drilling and bolting are developed. The bolter conveyor from two arms to seven arms and the ten-arm straddle bolter are developed. The rock bolting, heading and transportation have been carried out in different zones. This paper introduces the technology and equipment of rock bolting with the integration of drilling and bolting. They include bolt with the integration of drilling and bolting, pump-injected anchoring agent, onboard bolter with the integration of drilling and bolting, drill box, rock bolt bin, anchoring agent pump-injection system and intelligent control system. The traditional six-step rock bolt construction process is simplified into one continuous process. It realizes the automatic operation of "one key rock bolting", significantly improving the speed and automation degree of rock bolting. The paper points out the development trend of rock bolting construction equipment in coal roadway. The trend includes following aspects: the digital intelligent bolt onboard bolter, onboard bolter positioning, pose self-adjustment and multi-onboard bolter collaborative control technology; the optimization of bolt (cable) structure and materials, upgrading of anchor grouting materials and improvement of construction equipment; the environmental dynamic sensing and stability discrimination of surrounding rock with heading; the fault diagnosis technology of rock bolting construction equipment and the online monitoring of roadway surrounding rock deformation and bolt load; establishing a big data platform to realize automation and intelligenitization of rock bolting.
  • 煤矿开采会导致不同程度的顶板垮塌和折断,从而引发矿山动力灾害。煤矿微震监测的目的是对大能量震动进行实时监测,明确能量来源及能量释放异常区域,为制定卸压措施提供科学依据。微震监测技术是指在井下布置震动检波器,接收煤岩体破裂产生的弹性波,并进行震源定位和能量计算,通过微震事件统计分析,对井下震动情况作出危险性评估和预警[-]。微震监测技术的核心是震源定位,而震源定位精度受微震监测台网布置质量的影响较大。合理的台网布置可以有效提高震源定位精度。

    文献[-]利用最优实验方法对微震监测台网的监测能力进行了评价,建立了震源误差期望值模型。文献[]得出传感器台网布置会影响震源定位求解系统的稳定性和定位精度,且对震源定位结果的影响具有非均匀性。文献[-]利用主成分分析法对某金矿微震监测台网进行优化,效果良好。文献[]通过近震震级公式评估测震台网的理论监测能力,结果与台网实际地震监测能力基本相符。文献[]综合利用震级−频度关系式和频度−震级图评估水库地震台网监测能力。文献[]采用井下微震台站与地面微震台站联合监测的方法,优化了台网的空间结构,大幅提高了震源定位精度,尤其是垂直定位精度。文献[]基于Sigma−Optimal方法对微震监测台网进行快速分析和优化,降低了微震监测台网的定位误差,提高了灵敏度。

    以上文献利用不同优化算法和模型,从不同角度对微震监测台网的监测能力进行评估,取得了一些有益结论。为了进一步提高微震监测台网的监测能力,本文在前人研究基础上,对有效波形数、最大空隙角、近台震中距和台站高差四因素进行逐项分析,对微震监测台网的监测能力进行评价,根据评价结果优化台网布置,然后进行震源定位误差数值仿真模拟和灵敏度分析,对优化后的微震监测台网进行二次评价,确定最佳台网布置方案,形成了一种系统化的台网评价和优化方法。

    微震监测台网的监测能力取决于多种因素,如台网布置、速度模型、震相读取误差、走时区域异常、震源定位算法、设备运行状态和环境噪声等。其中震相读取误差具有一定的随机性;环境噪声没有规律且无法彻底避免;主流的震源定位算法目前发展较为成熟;由于煤矿井下存在诸多不规则采空区和巷道,以及断层、陷落柱等地质构造,这种各向不同性和非均质性导致无法得到精确的速度模型;现阶段只有台网布置可人为优化并取得良好效果。

    在台网布置因素中,有效波形数、最大空隙角、近台震中距和台站高差是对微震监测台网监测能力影响最大、最直接的4个因素。

    假设震动波传播介质为各向同性的均匀介质。震源处震动发生后,震动波从震源出发传播至多个微震监测台站,如图1所示。震动波形被台站记录下来,其中P波起震点清晰且可用于震源定位的波形称为有效波形,其P波初至的拾取精度较高。

    图 1 震动波的传播
    图  1  震动波的传播
    Figure  1.  Propagation of shock waves

    设震源坐标为(x0y0z0),发震时刻为t0,则待求解震源参数h=(x0y0z0t0)可通过求震源定位残差函数F(h)的最小值来估算:

    minF(h)=ni=1|tit0(x0xi)2+(y0yi)2+(z0zi)2V|2 (1)

    式中:n为有效波形数,n≥4;ti为第i个有效台站的观测到时;(xiyizi)为第i个有效台站的坐标;V为P波波速。

    在正常情况下,有效波形数越多,式(1)的解越稳定,震源定位精度越高。因此,在重点监测区域应加密台站,以确保有效波形数满足高精度定位要求。

    最大空隙角反映台站对震源的包围程度。将震中和所有台站连线,相邻连线夹角θi中的最大值为台网的最大空隙角,即

    α=max(θ1,θ2,,θn) (2)

    最大空隙角越小,台站对震源的包围越好,观测数据相似性越低,震中定位精度越高,台网监测能力越强。最大空隙角如图2所示。α≤90°时,台站能从4个象限包围震中,台网监测能力最好;90°<α<180°时,台站能从3个象限包围震中,台网监测能力较好;当台站集中于震中单侧,即α≥180°时,台站只能从2个象限包围震中,台网监测效果较差。因此布置台网时应尽量使重点监测工作面处于α<180°区域内。

    图 2 最大空隙角
    图  2  最大空隙角
    Figure  2.  Maximum gap angle

    台网中离震源最近的台站与震中的平面距离称为近台震中距。目前煤矿微震监测领域主流的震源定位算法均是基于走时进行计算,这类算法往往以最近台站坐标作为震源迭代求解的起算点,因此近台震中距对震源深度求解误差影响较大。如果缺乏近台资料,即震中距远大于震源深度,就会导致震源深度求解困难。

    某典型井下爆破事件中,利用34种不同的台站组合进行定位,得到震源深度求解误差与近台震中距的关系,如图3所示。当近台震中距为41 m时,震源深度求解误差平均值为7 m,基本处于10 m以内;当近台震中距增大到249 m时,震源深度求解误差急剧升高。故可以得出结论:近台震中距越小,震源深度求解误差越小。

    图 3 震源深度求解误差与近台震中距的关系
    图  3  震源深度求解误差与近台震中距的关系
    Figure  3.  The relationship between the epicenter depth solution error and the near-station epicenter distance

    当参与震源定位的台站之间垂直方向上高差较小时(如近水平煤层),震源求解方程的偏导数矩阵接近奇异值,导致震源求解方程不收敛或者无解,因此现场布置台站时,必须尽量拉大台站之间的高差。

    不失一般性,假设工作面内共布置7个台站,在其他影响因素不变的情况下,针对台站无高差(即水平煤层)和台站高差合理2种情况,进行震源深度求解误差数值仿真模拟,2种情况下的台站坐标(xiyizi)见表1,模拟结果如图4所示。图4中,红框内为工作面,圆点为台站,等高线上的数值为震源深度求解误差,单位为m。对比可知,当台站之间高差较合理时,震源深度求解误差远小于台站无高差时的误差。

    表  1  2种情况下的台站坐标
    Table  1.  Station coordinates in 2 cases m
    台站编号台站无高差台站高差合理
    xiyizixiyizi
    1470450−600470450−500
    2770450−600770450−550
    31070450−6001070450−600
    41370550−6001370550−650
    51070650−6001070650−700
    6770650−600770650−560
    7470650−600470650−620
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    图 4 台站高差对震源深度求解精度的影响
    图  4  台站高差对震源深度求解精度的影响
    Figure  4.  Influence of height difference between stations on the accuracy of epicenter depth solution

    综上所述,有效波形数、近台震中距和台站高差对震源深度求解误差起决定性作用;有效波形数和最大空隙角对震中定位精度起决定性作用。

    P波到达第i个台站的时间为

    ti=(x0xi)2+(y0yi)2+(z0zi)2V+εi (3)

    式中εi为第i个台站的到时误差。

    用式(3)对待求解参数h进行n×4阶偏微分计算,得到偏微分矩阵:

    {\boldsymbol{A}} = \left[ {\begin{array}{*{20}{c}} 1 & {\dfrac{{\partial {t_1}}}{{\partial {x_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_1}}}{{\partial {y_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_1}}}{{\partial {{\textit{z}}_0}}}}\\ 1 & {\dfrac{{\partial {t_2}}}{{\partial {x_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_2}}}{{\partial {y_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_2}}}{{\partial {{\textit{z}}_0}}}}\\ \vdots & \vdots & \vdots & \vdots \\ 1 & {\dfrac{{\partial {t_n}}}{{\partial {x_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_n}}}{{\partial {y_0}}}} & {\dfrac{{\partial {t_n}}}{{\partial {{\textit{z}}_0}}}} \end{array}} \right] (4)

    计算矩阵Axyz三个维度的特征值 {\lambda _{{x_0}}}, \; {\lambda _{{y_0}}}, \; {\lambda _{{{\textit{z}}_0}}} ,从而得到震中定位误差 {\sigma _{xy}} 和震源定位误差{\sigma _{xy{\textit{z}}}} [,]

    {\sigma _{xy}} = \sqrt {\sqrt {{\lambda _{{x_0}}}{\lambda _{{y_0}}}} } (5)
    {\sigma _{xy{\textit{z}}}} = \sqrt[3]{{\sqrt {{\lambda _{{x_0}}}{\lambda _{{y_0}}}{\lambda _{{{\textit{z}}_0}}}} }} (6)

    井田范围内,重点监测区域震中和震源定位误差表征了微震监测台网的监测质量。震中和震源定位误差越小,台网监测质量越高。

    微震事件的能量E与传播半径r的关系为

    E=\mu r^{q} (7)

    式中μq均为与煤矿地质条件相关的常数,q=1.9。

    结合式(7)和震级公式lg(E/J)=a+bM,可得震级:

    M=({\rm{lg}}(\mu r^{q}/{\rm{J}})-a)/b (8)

    式中:a=1.8;b=1.9。

    灵敏度用最小可测震级衡量,最小可测震级越小,表示灵敏度越高。通过灵敏度分析可得出矿井台网的灵敏度分布云图,该云图表示在某一地点必须至少发生多大震级的微震事件才可以被微震监测台网监测到。因此,灵敏度可以很好地反映局部监测能力。

    台网监测能力分级评价与优化流程如图5所示。

    图 5 台网监测能力分级评价与优化流程
    图  5  台网监测能力分级评价与优化流程
    Figure  5.  Grading evaluation and optimization process of network monitoring capability

    (1) 结合现有台网和工作面情况,得出四因素的分布云图,通过四因素分布云图逐项对台网进行评价,根据评价结果进行优化,得出新的台网布置方案。

    (2) 对新方案进行定位误差与灵敏度分析,得出全矿井的震中定位误差、震源定位误差及区域灵敏度,对新方案进行二次评价与检验。

    (3) 若二次评价结果满足要求,则可将新方案作为最终方案;若不满足要求,则重新进行四因素分项评价并对方案进行优化,直至满足要求为止。

    山东唐口煤业有限公司(以下简称唐口煤矿)使用ARAMIS M/E微震监测系统对全矿范围内的微震事件进行监测,该系统可自动记录微震活动,并对微震事件进行震源定位和能量计算,为评价全矿范围内的动力灾害危险提供依据。通过拾震器(或微震探头)获得震动信号,由数字通信系统传送至地面采集站。系统标准采样频率为500 Hz,可以监测震动能量大于100 J、震动频率为0~150 Hz、动态范围低于100 dB的震动事件。选择4 000 m/s作为初始波速进行震源定位计算。

    优化前,唐口煤矿5307工作面微震监测台网共包含5个台站(3个探头式台站T1—T3,2个拾震器式台站S4,S5),如图6(a)所示。通过定点爆破测试发现,部分微震事件震源定位误差较大且残差无法降低。因此,使用本文方法对微震监测台网进行评价,结果见表2。优化后的台网布置方案如图6(b)所示,在工作面前方增加台站S6,在630轨道大巷增加台站S7和S8

    图 6 微震台网布置方案
    图  6  微震台网布置方案
    Figure  6.  Microseismic network layout plan
    表  2  台网监测能力分级评价结论与改进措施
    Table  2.  Classification evaluation conclusions and improvement measures of network monitoring capability
    研究项评价结论改进措施
    有效波形数台站数少增加3个台站
    最大空隙角单侧布置工作面后方增加S7,S8
    近台震中距低值区小工作面前方增加S6
    台站高差需要扩大S7,S8位于630轨道大巷内
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    (1) 有效波形数。假设微震事件能量可以激发700 m范围内的台站,优化前后微震监测台网的有效波形数云图如图7所示,其中XY坐标系为西安80坐标系。震源定位算法要求至少有4个有效波形才可进行震源定位。优化前,能产生4个以上有效波形的区域面积为6.2×105 m2,优化后为1.3×106 m2,提高了110%。

    图 7 有效波形数云图
    图  7  有效波形数云图
    Figure  7.  Cloud map of effective waveform number

    优化前,最大有效波形数为5,有效波形数为5的区域大部分位于工作面与630轨道大巷的煤柱上,且面积较小。工作面前方有效波形均只能达到3个或4个。优化后,最大有效波形数达到7,工作面和煤柱全部位于4个及以上有效波形覆盖区域,有效波形数较高的区域分布范围大幅增加。

    (2) 最大空隙角。优化前后微震监测台网的最大空隙角云图如图8所示。其中红色180°等值线(以弧度形式表示,3.14就是π,即180°)内部区域可以保证最大空隙角满足监测要求。优化前,180°等值线包围区域面积为1.8×105 m2,大部分位于煤柱上,且未覆盖工作面前方区域;优化后,180°等值线包围区域面积为5.5×105 m2,比优化前提高了200%,工作面前方和煤柱大部分均被覆盖,可以保证监测效果。

    图 8 最大空隙角云图
    图  8  最大空隙角云图
    Figure  8.  Cloud map of maximum gap angle

    (3) 近台震中距。优化前后微震监测台网的近台震中距等值线如图9所示。近台震中距小于200 m(图9中红色等值线)可满足震源深度监测要求。优化前,近台震中距在200 m以内的区域面积为3.8×105 m2,优化后为9.1×105 m2,提高了140%。尤其是工作面前方区域面积提升较大,有效保证了工作面前方微震事件监测精度。

    图 9 近台震中距等值线
    图  9  近台震中距等值线
    Figure  9.  Contour line of near-station epicenter distance

    (4) 台站高差。由于井下可布置台站的地点有限,所以台站高差是最难改进的因素。优化前后各台站的三维坐标见表3

    表  3  优化前后台站坐标
    Table  3.  Station coordinates before and after optimization m
    阶段台站xiyizi
    优化前T1394527673921063−901
    T2394529113920964−891
    T3394527433920849−903
    S4394527503920312−958
    S5394531163920053−964
    优化后T1394527673921063−901
    T2394530373920889−888
    T3394527433920849−903
    S4394527503920312−958
    S5394531163920053−964
    S6394530763920616−889
    S7394521233920745−958
    S8394516133921114−949
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    台站高程离散度系数K能够很好地反映垂直方向台站分布的分散程度,其计算公式为

    K=N \operatorname{var}\left(\Delta {\textit{z}}_{i}\right) \frac{\left|\operatorname{max}\left(\Delta {\textit{z}}_{i}\right)-\operatorname{min}\left(\Delta {\textit{z}}_{i}\right)\right|}{ 10^{5}} (9)

    式中:N为样本数;var(·)表示求样本方差;Δzi为台站与煤层的高差,\Delta {\textit{z}}_i={\textit{z}}_i - {\textit{z}}' , \;{\textit{z}}'为工作面煤层平均标高。

    优化前台站高程离散度系数为1.13,优化后为1.92,提升了70%,效果显著。

    煤矿对微震震源定位的精度要求较高,一般要求水平定位误差在±20 m以内,垂直定位误差在±50 m以内。震源定位误差等值线如图10所示,其中红色等值线为误差50 m等值线。优化前50 m等值线包围区域面积较小,无法满足监测要求;优化后50 m等值线包围区域大幅增加,实现了重点监测区域全面覆盖。

    图 10 震源定位误差等值线
    图  10  震源定位误差等值线
    Figure  10.  Contour line of hypocenter positioning error

    区域灵敏度等值线如图11所示,其中红色等值线为震级0.7级等值线,该等值线内区域监测灵敏度较高。优化前0.7级等值线包围区域面积较小,且主要覆盖煤柱区域;优化后0.7级等值线包围区域面积大幅增加,且完全覆盖整个工作面和煤柱区域,监测灵敏度满足要求。

    图 11 区域灵敏度等值线
    图  11  区域灵敏度等值线
    Figure  11.  Contour line of area sensitivity

    选取唐口煤矿5307工作面作为试验地点,对台网优化前55个爆破事件和优化后55个爆破事件进行震源定位误差对比分析。典型爆破波形如图12所示,震源定位误差区间分布如图13所示。震源定位误差对比见表4

    表  4  震源定位误差对比
    Table  4.  Comparison of hypocenter positioning error
    对比项误差
    均值/m
    误差
    标准差/m
    误差
    最大值/m
    误差≤50 m
    事件占比/%
    优化前59.238.717545.5
    优化后37.223.29669.0
    改进度/%37.240.145.151.6
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    图 12 典型爆破波形
    图  12  典型爆破波形
    Figure  12.  Typical blasting waveforms
    图 13 震源定位误差区间分布
    图  13  震源定位误差区间分布
    Figure  13.  The distribution of hypocenter positioning error interval

    台网优化后,震源定位误差均值由59.2 m降到37.2 m,定位误差最大值降到100 m以下,误差≤50 m的爆破事件占总数的69%,表明本文提出的方法能够显著提高微震监测台网的监测能力。

    (1) 有效波形数越多,震源定位精度越高。近台震中距越大,震源深度求解误差越小。台站高差对震源深度求解误差起决定性作用,有效波形数和最大空隙角对震中定位精度起决定性作用。

    (2) 通过震源定位误差数值仿真模拟与灵敏度分析,证明通过四因素分析得出的优化措施合理有效。

    (3) 利用本文方法对微震监测台网进行优化后,爆破震源定位误差均值由59.2 m降到37.2 m,定位误差最大值降到100 m以下,误差在50 m以下的爆破事件占总数的69.0%,表明本文方法能够有效提高微震定位精度,优化台网监测能力。

  • 图  1   煤巷锚杆支护施工装备分类

    Figure  1.   Classification of rock bolting construction equipment in coal roadway

    图  2   煤巷锚杆支护施工装备发展历程

    Figure  2.   Development of rock bolting construction equipment in coal roadway

    图  3   气动锚杆钻机及支腿式帮锚杆钻机

    Figure  3.   Pneumatic roof bolter and rib bolter with extending-leg

    图  4   机载锚杆钻臂结构

    Figure  4.   Structure of onboard bolter

    图  5   Epiroc COP系列液压凿岩机

    Figure  5.   Epiroc COP series hydraulic rock drill

    图  6   Mine Master钻臂

    Figure  6.   Mine Master onboard bolter

    图  7   内置树脂锚固剂锚杆

    Figure  7.   Bolt with built-in resin anchoring agent

    图  8   采用气动推送树脂药卷的钻臂

    Figure  8.   Onboard bolter with resin capsule pneumatic-injected

    图  9   采用锚杆推送树脂药卷的钻臂

    Figure  9.   Onboard bolter with resin capsule bolt-pushed

    图  10   全自动锚索钻臂

    Figure  10.   Full-automatic cable onboard bolter

    图  11   CHDDR−AC型两臂锚杆钻车

    Figure  11.   CHDDR-AC 2-arm mobile bolter

    图  12   全自动两臂锚杆钻车

    Figure  12.   Full-automatic 2-arm mobile bolter

    图  13   钻锚一体化两臂锚杆钻车

    Figure  13.   2-arm mobile bolter with integration of drilling and bolting

    图  14   四臂锚杆钻车

    Figure  14.   4-arm mobile bolter

    图  15   CMM4−30型锚杆钻车

    Figure  15.   CMM4-30 mobile bolter

    图  16   Boltec M锚杆钻车

    Figure  16.   Boltec M mobile bolter

    图  17   Cabletec E锚索钻车

    Figure  17.   Cabletec E cable mobile bolter

    图  18   EBZ260M−4掘锚机

    Figure  18.   EBZ260M-4 roadheader bolter

    图  19   EBZ220M−8掘锚机

    Figure  19.   EBZ220M-8 roadheader bolter

    图  20   EBZ200M−2掘锚机

    Figure  20.   EBZ200M-2 roadheader bolter

    图  21   EBZ200M−2/4掘锚机

    Figure  21.   EBZ200M-2/4 roadheader bolter

    图  22   EBZ260M−6掘锚机

    Figure  22.   EBZ260M-6 roadheader bolter

    图  23   Waratah掘锚机

    Figure  23.   Waratah roadheader bolter

    图  24   掘锚一体机

    Figure  24.   Bolter miner

    图  25   EJM2×200/2掘锚一体机

    Figure  25.   EJM2×200/2 bolter miner

    图  26   护盾式掘锚一体机

    Figure  26.   Shield type bolter miner

    图  27   钻锚一体化掘锚一体机

    Figure  27.   Bolter miner with integration of drilling and bolting

    图  28   全断面护盾式矩形掘进机

    Figure  28.   Full-face shield type rectangular bolter miner

    图  29   锚杆转载机

    Figure  29.   Bolter conveyor

    图  30   七臂锚杆转载机

    Figure  30.   7-arm bolter conveyor

    图  31   CSIRO锚杆转载机

    Figure  31.   CSIRO bolter conveyor

    图  32   跨骑式锚杆钻车

    Figure  32.   Straddle bolter

    图  33   钻锚一体化锚杆

    Figure  33.   Bolt with integration of drilling and bolting

    图  34   钻锚一体化锚杆钻臂

    Figure  34.   Onboard bolter with integration of drilling and bolting

    图  35   钻锚一体化锚杆施工工艺流程

    Figure  35.   Construction technological process of bolt with integration of drilling and bolting

    图  36   钻锚一体化锚杆试验现场

    Figure  36.   Filed test of bolt with integration of drilling and bolting

    图  37   煤巷锚杆支护施工装备发展方向

    Figure  37.   Development trend of rock bolting construction equipment in coal roadway

    图  38   基于视觉传感的锚杆钻臂实时位姿解算原理

    Figure  38.   Principle of real-time pose solution of onboard bolter based on visual sensing

    图  39   基于深度学习的锚杆托板检测

    Figure  39.   Detection of bolt plates based on deep learning

    图  40   巷道三维激光扫描点云分布

    Figure  40.   Distribution of 3D laser scanning point cloud in roadway

    表  1   部分单体气动锚杆钻机性能指标

    Table  1   Performance index of some single pneumatic roof bolters

    名称型号额定转矩/(N·m)额定功率/
    kW
    气动锚杆钻机MQT1301302.5~4.2
    气动振动式锚杆钻机KMQT1301303.1~4.2
    气动支腿式帮锚杆钻机MQTB60—MQTB13060~1301.5~4.2
    气动支腿振动式帮锚杆钻机KMQTB1001003.3
    气动手持式钻机ZQS40—ZQS6540~651.5~2.8
    气动手持式振动钻机KZQS50501.7
    气动锚杆凿岩机MZQT13013035
    气动架柱式锚杆钻机MQJ1301303.8
    气动架柱振动式锚杆钻机KMQJ1301303.8
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    表  2   部分机载锚杆钻臂性能参数

    Table  2   Performance parameters of some onboard bolter

    生产单位型号额定转矩/
    (N·m)
    额定转速/
    (r·min−1
    中煤科工开采研究院有限公司MJH−300/550M300550
    久益环球(天津)装备制造
    有限公司
    MJH−320/500(A)320500
    山西天地煤机装备有限公司MJH−210/300210300
    中国铁建重工集团股份有限公司MJZ−300/550300550
    山东兖煤黑豹矿业装备有限公司MJH−200/550E200550
    廊坊景隆重工机械有限公司MJH−400/500400500
    湖南建湘机械科技有限公司MJZ−400/600400600
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    表  3   内置树脂锚固剂锚杆性能参数

    Table  3   Performance parameters of bolt with built-in resin anchoring agent

    生产单位型号直径/mm承载力/kN
    DSIOne Step Bolt38.5320
    中铁隆昌铁路器材有限公司MSNZ120−36/3030120
    淮南东华欧科矿山支护设备
    有限责任公司
    MSNZ200−42/3636200
    廊坊景隆重工机械有限公司MSNZ210−42/3737210
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    表  4   国内外典型煤巷锚杆支护施工装备

    Table  4   Typical rock bolting construction equipments in coal roadway at home and abroad

    类型制造厂家型号装机功
    率/kW
    最大截割断面尺寸
    (高×宽)/(m×m)
    锚杆机转速/
    (r·min−1
    锚杆机预紧
    转矩/(N·m)
    适应截割煤岩
    坚固性系数
    掘锚一体机JOYEJM2×170/4−26204.8×6.0500315≤8
    SandvikMB670−15105.0×6.2540305≤8
    山西天地煤机装备有限公司EJM340/2−2Z≥6885.8×6.5400~600315≤8
    中国铁建重工集团股份有限公司EJM270/4−21 0685.5×6.5500300≤8
    西安煤矿机械有限公司EJM300/2−27545.0×6.5500300≤5
    山东邦迈智能科技有限公司EJM360/4−2≥480550315
    唯实重工有限责任公司EJM290/4−2A6534.5×5.4500300≤6
    三一重型装备有限公司EJM2705743.8×4.4450300≤6
    掘锚机SandvikMH6205555.8×8.8540305≤8
    上海创力集团股份有限公司EBZ260M−44205.0×5.8500300≤9
    西安煤矿机械有限公司EBZ260M−44503.5×4.8850300≤10
    三一重型装备有限公司EBZ260M−24205.0×6.1450300≤6
    沈阳北方交通重工集团有限公司EBZ200M−2A3105.5×6.5475300≤8
    徐工集团工程机械股份有限公司EBZ200M−22905.1×6.5500300
    陕西朗赫智能装备有限公司EBZ260M−23924.6×6.1300350≤8
    山东兖煤黑豹矿业装备有限公司EBZ200M−23255.0×6.5460300≤7
    凯盛重工有限公司EBZ260M−23925.2×6.2500240≤10
    山东天河科技股份有限公司EBZ160M−22704.8×5.5500350≤8
    石家庄煤矿机械有限责任公司EBZ260M−4≥4205.3×6.2500300≤10
    北方重工集团有限公司EBZ260M−24355.5×7.0500300≤9
    锚杆钻车SandvikDM300540305
    中煤科工开采研究院有限公司CMM2−40Z45550300
    山西天地煤机装备有限公司CMM2−2555550310
    廊坊景隆重工机械有限公司CMM2−2745450≥200
    山东天河科技股份有限公司CMM2−3045500350
    山东邦迈智能科技有限公司CMM2−2745550315
    锚杆转载机山西天地煤机装备有限公司MZHB5−1200/25等
    中国铁建重工集团股份有限公司MZHB5−1500/30等
    廊坊景隆重工机械有限公司MZHB6−1500/38PY等
    上海创力集团股份有限公司MZHB4−650/22
    江苏中贵重工有限公司MZHB7−650/30Y等
    中铁工程装备集团有限公司MZHB4−1800/18PY等
    山西天巨重工机械有限公司MZHB5−1200/25PY等
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-07
  • 修回日期:  2022-12-25
  • 网络出版日期:  2023-01-05
  • 刊出日期:  2023-02-01

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CAO Xiaoming

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