巴拉素煤业副总工程师郭磊：MB670-1型掘锚一体机支护工艺改造及应用

2025年11月20日 16:38 智能矿山杂志责编：戚金荣作者：智能矿山杂志

针对进口MB670−1 型掘锚一体机传统支护工艺流程繁琐、复杂地质条件适应性差、支护效率低等问题，通过改造MB670−1 型掘锚一体机原钻锚系统工艺，改造钻锚一体化钻箱、配备注浆系统，使用注浆锚杆、调整支护参数等方式，提升了支护效果与掘进效率，降低了支护辅助费用和人工成本。双支护模式提高了设备适应性。应用表明，改造后的工艺在保障巷道稳定性、提高自动化程度、降低劳动强度以及安全高效生产方面取得了良好效果，填补了国内外掘进设备结合改造的实践空白，为煤矿巷道自动化掘进设备改造及制造提供了实践基础。

文章来源：《智能矿山》2025年第9期“学术园地”栏目

第一作者：郭磊，现任陕西延长石油巴拉素煤业有限公司副总工程师，主要从事掘进工艺及一通三防方面的相关研究工作。E-mail：373211092@qq.com

作者单位：陕西延长石油巴拉素煤业有限公司；中国大唐集团能源投资有限责任公司

引用格式：郭磊，杨文，田双奇，等.MB670-1型掘锚一体机支护工艺改造及应用[J].智能矿山，2025，6(9)：84-88.

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在煤矿生产中，巷道快速支护是保障安全生产和高效开采的关键环节。随着开采深度和强度的增加，地质条件更加复杂，对巷道快速支护技术提出了更高要求，但传统的支护工艺在实际应用中存在支护工序繁琐复杂、支护工艺适应性差等问题。山特维克掘锚一体机以其掘锚一体化的优势在煤矿生产中得到广泛应用。

升级改造的MB670-1型掘锚一体机主要用于井下掘进工作面巷道支护，根据矿井掘进接续及设备实际状况，将MB670-1型掘锚一体机4台顶锚钻架、2台帮锚钻架进行升级改造，并配备国产钻锚注一体化钻箱及注浆、供水系统，实现钻锚注一体支护和传统支护工艺的多种模式于一体的新型快掘设备。

MB670-1型掘锚一体机支护工艺分析

MB670-1型掘锚一体机集成了掘进、锚杆锚索支护等多种功能，实现了巷道掘进与支护的平行作业，有效提高了掘进效率。具备自动化程度高、操作灵活等特点，适用于多种煤矿开采条件，但其仍存在掘支不平衡、支护时间长，影响掘进效率的问题，MB670-1掘锚一体机如图1所示。

图1 MB670-1掘锚一体机

MB670-1型掘锚一体机支护工艺流程传统工艺主要包括钻孔、洗孔拔钎、安装锚杆锚索、紧固锚杆锚索等环节。首先利用掘锚一体机的钻孔设备在巷道围岩上钻孔，然后将锚杆锚索安装至孔内，最后通过钻箱转动内部马达搅拌、紧固锚杆锚索，达到支护设计要求。MB670-1型掘锚一体机的支护设备稳定性较好，但工艺繁琐，主要存在3方面问题。

（1）使用钻杆先进行开眼，然后放入锚固剂，最后放入钻杆进行搅拌锚固，支护用时长、支护效率偏低。

（2）锚护作业依靠人工手动安装和拆卸钻杆、放置锚固剂的过程中，易出现夹手伤人的不安全因素。

（3）锚杆机正常实现锚固支护需要与其他辅助设施配套使用，如钻头、钻杆、连接套（连接钻杆或钻杆与钻头）、搅拌器等，若配套设施不完善或出现故障，直接影响锚杆机的工作效率和施工进度，配套设施增加成本管控难度。

基于此，目前亟须解决山特维克掘锚一体机工序繁琐、危险系数高的问题，以提高支护效率和安全稳定性，最大限度解决掘支不平衡问题，提高掘进效率。

钻锚注一体支护工艺简介

调研对比目前国内外成熟的掘进支护工艺，国内自主研发和生产的DO600钻机钻锚支护工艺具备工序简单、自动化程度高、安全稳定性高的特点。

2.1 DO600钻机钻锚支护工艺

JM340D掘锚一体机钻锚支护工艺使用了（中空注浆锚杆）钻锚注一体锚杆，集成了钻杆、锚杆、锚固剂通道等功能。掘锚机配套注浆系统，通过将A、B组分泵注锚固剂通过管道、中空注浆锚杆注入钻孔，实现了免封孔泵注锚固。锚固剂凝固时间20～240 s可调节，满足锚固长度的任意调节，钻锚一体化锚杆如图2所示。

图2 钻锚一体化锚杆

2.2 DO600钻机支护工艺特点分析

与传统树脂锚固锚杆相比，DO600钻机钻锚一体化支护工艺的主要特点包括4个方面。但钻锚一体化锚杆由于钻孔和支护深度固定，其在顶板破碎、易发生片帮的巷道条件下难以进行正常支护。

（1）减少安装工序

将传统树脂锚固锚杆安装的6道工序（钻孔、卸钻杆、人工安装锚固剂、安装锚杆、搅拌锚固剂、预紧）减少为1道连续工序，实现锚杆安装自动化作业，同时降低了人工操作过程夹手伤人的安全风险。

（2）减少移机时间

钻锚一体化锚杆减少拆卸钻杆、锚杆安装、锚杆预紧等钻臂移机时间，实现锚杆快速安装。

（3）减少锚杆失效率

钻锚一体化锚杆一次成孔，减少巷帮片帮、塌孔等多次钻进清孔，在松软破碎煤帮中可减少锚杆安装时间，实现锚杆快速安装。

（4）适当降低锚杆支护密度

钻锚一体化锚杆破断载荷>260 kN，通过泵注式全长锚固，提高锚杆的锚固力，充分发挥锚杆的支护作用，可适当减少锚杆支护密度，减少单位面积锚杆用量，实现锚杆快速支护，增强地质环境和不同工况的适应性。

钻锚注支护工艺改造

3.1 设备硬件改造

为满足MB670-1型掘锚一体机钻锚注支护工艺效率高、设备适应性强、安全稳定性高的特点，系统升级改造钻锚设备，升级改造后的钻机满足钻锚注一体化支护要求，可实现钻孔-锚注-预紧一体化作业。升级改造后钻架需满足掘锚机2.8～4.2 m截割高度，钻架机械部分强度与掘锚机整机相匹配。改造后的钻箱马达额定转速为575 r/min，最大失速转矩可为560N·m，满足锚杆设计转矩300 N·m的要求。

（1）锚杆机改造

顶锚杆机改造基于DO600钻机钻架，改造DO600钻架的一级行程顶板和夹钳、钻锚一体化钻箱，实现钻锚注一体化功能，并设计夹钳放置于一级行程顶板上，保证托盘通过夹钳，钻锚注一体化顶锚杆钻机如图3所示。

图3 钻锚注一体化顶锚杆钻机

帮锚杆机改造时，采用钻锚一体化钻机，整体安装在MB670帮钻提升机构上，实现钻锚注一体化功能。帮锚杆机钻架设计与MB670-1的连接结构，以保证机械接口适配，改造后的系统满足相应功能，钻锚注一体化帮锚杆钻机如图4所示。

图4 钻锚注一体化帮锚杆钻机

（2）配备注浆系统

配备高性能注浆泵，实时监测注浆流量和压力，并将数据传输至掘锚一体机的控制系统，实现对注浆过程的精准控制。改进注浆管路的布置和连接方式，减少管路堵塞和漏浆现象，钻锚注支护注浆系统如图5所示。

图5 钻锚注支护注浆系统

锚固剂安装依赖人工辅助作业，制约着锚杆支护机械化的实现。使用新研发的泵注式锚固剂替代传统锚固剂，泵注式锚固剂只需通过手柄操作就能实现锚固剂灌注，摆脱了人工辅助作业，降低了工人的劳动强度和作业风险。新型锚固剂提高了浆液的黏结强度和早期强度，特别是在围岩破碎条件下，浆液进入围岩裂缝，提高围岩整体强度，对围岩起到加固作用，保证围岩稳定。

3.2 双锚杆支护工艺

使用与注浆系统相适应的中空注浆锚杆，注浆锚杆自带钻头，无需钻杆钻孔，放入钻箱钻套直接进行支护作业。优化钻箱钻套，解决了破碎顶板掉顶、帮部片帮严重而导致的巷道超高、超宽而无法使用注浆锚杆的问题。钻套内部改造成为适用普通锚杆（MG335/500螺纹钢锚杆、增强纤维塑料锚杆）和注浆锚杆的双结构，自由切换普通锚杆和注浆锚杆，巷道锚杆支护更加适应复杂地质条件。

3.3 工艺参数优化

（1）钻孔深度和角度优化

通过力学分析不同地质条件下巷道围岩，结合数值模拟和现场试验，确定合理的钻孔深度和角度。在破碎围岩区域，适当增加钻孔深度，确保锚杆能够锚固在稳定的岩层中。根据巷道形状和围岩的应力分布，调整钻孔角度，使锚杆锚索更好地发挥支护作用。

（2）注浆压力和注浆量控制

根据围岩的孔隙率、渗透性及钻孔深度等因素，建立注浆压力和注浆量的数学模型。在实际施工中，根据模型计算结果和现场监测数据，动态调整注浆压力和注浆量。在初期注浆时，采用较低的注浆压力，避免浆液大量流失；随着注浆的进行，逐渐提高注浆压力，确保浆液能够充分填充围岩孔隙和裂缝。

（3）有效支护强度提高

钻锚注支护工艺使用全长锚固方式提高了巷道围岩强度，减小了巷道围岩变形，有效保障了巷道的围岩稳定性。

工艺改造后的应用实例分析

陕北某矿胶运巷道掘进工作面布置在2号煤层中，该工作面为矩形断面，工作面掘高4 000 mm，掘宽6 240 mm，采用锚网索支护工艺。工作面煤层平均厚度3.75 m，裂缝发育。工作面直接顶平均厚度4.25 m，以泥岩、粉砂质泥岩或者泥质粉砂岩为主，岩石硬度系数f=3～4；基本顶平均厚度7.56 m，以中、细粒砂岩为主，岩石硬度系数f=4～5。该矿对传统山特维克掘进一体机支护工艺进行了改造并应用。

4.1 工艺改造后的应用过程

在巷道掘进过程中，严格按照改造后的工艺进行操作。首先，利用改造后的锚杆机进行钻孔，根据实时监测的围岩情况调整钻孔参数。在安装锚杆时，确保安装质量和锚固力达到设计要求。注浆过程中，密切关注注浆压力和注浆量的变化，及时调整注浆参数；同时，加强对巷道围岩变形的监测，每隔一定距离设置监测点，采用全站仪等设备对巷道的收敛变形进行测量。

4.2 工艺改造后的应用效果

（1）支护效果显著提升

通过对比现场监测数据，改造后的工艺使巷道变形量明显减小。在相同地质条件和掘进时间下，巷道顶底板移近量和两帮收敛量分别降低了3%和5%，有效保障了巷道的稳定性，减少了后期巷道维修的工作量和成本。改造后的单根锚杆支护时间由原来的10 min减少至3 min，提高了支护效率，弥补了原来支护工艺掘支不平衡的缺点。

（2）掘进效率提高

改造后将传统锚杆施工的 6道工序（钻孔、卸钻杆、人工安装锚固剂、安装锚杆、搅拌锚固剂、预紧）减少为 1道工序，使得钻孔效率提升、支护质量可靠性增强以及工艺衔接得更加顺畅，缩短了锚杆支护时间，提高了掘进速度。月掘进进尺相比改造前增加了100 m，提高了12.5%，有效缓解了该煤矿采掘接替紧张的局面。

（3）安全性增强

稳定的支护结构降低了顶板事故的发生风险，为作业人员提供了更安全的工作环境。提高自动化程度并优化操作流程，减少了工人与危险环境的接触时间，降低了劳动强度，进一步提高了生产安全性。

工艺改造后的效益分析

（1）经济效益分析

使用钻锚注一体支护工艺后，支护不再需要钻杆、钻头、搅拌器等支护工具以及树脂锚固剂，每米巷道降低辅助支护设施及锚固剂成本约100元。巷道维护成本降低，掘进效率提高，煤炭产量增加，为煤矿企业带来了显著的经济效益。根据该煤矿的实际数据统计，每年可节省巷道维修费用300余万元，每延米节省材料成本统计见表1。

表1 每延米节省材料成本统计

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（2）人员效益分析

钻锚注一体支护工艺提高了支护自动化程度，减少了支护人员数量，1人可同时操作2台顶锚杆机而不降低支护速度，两侧帮锚杆支护辅助人员减少2人，每台掘锚机每班减少4人，初步实现了减员增效的目的。

（3）社会效益分析

提高了煤矿开采的安全性，减少了安全事故的发生，保障了矿工的生命安全和家庭幸福。同时，高效的开采工艺有助于保障煤炭资源的稳定供应，满足社会经济发展对能源的需求，对促进地方经济发展和社会稳定具有积极意义。

总结

（1）通过对MB670-1掘锚一体机支护工艺的改造及应用，解决了传统工艺在复杂地质条件下存在的问题，实现了支护效果、掘进效率和生产安全性的多方面提升，实现了进口设备与国产系统的完美结合，提高了掘进效率。

（2）使用钻锚注一体化支护工艺后，简化了支护流程，可在多种工况条件下完成支护，提高自动化作业程度，降低了人员劳动强度和安全风险；使用钻锚注一体化支护工艺后，每班每台掘锚机减少支护人员4人，减少了支护辅助材料和树脂锚固剂的成本。

（3）钻锚注一体工艺使用新型泵注式锚固剂提高了巷道围岩强度，降低了巷道围岩变形，有效保障了巷道的稳定性，减少了后期巷道维修的工作量和成本。实现了普通锚杆、增强纤维锚杆和注浆锚杆的双支护模式，提高设备的适应性和稳定性。

编辑丨李莎

审核丨赵瑞

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