井巷施工小型挖掘機(jī)的研制與應(yīng)用

曹寶玉

【摘 要】根據(jù)地面普通小型挖掘機(jī)械技術(shù)原理，研制出能適用于有瓦斯等爆炸性氣體環(huán)境，可適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)井巷斷面施工的要求，在礦井斜巷或地鐵、隧道等狹窄工作面，以及立井井筒工作面施工的小型液壓挖掘機(jī)械。

【關(guān)鍵詞】井巷；挖掘機(jī)；研制與應(yīng)用

0.概述

在我國(guó)煤礦建設(shè)中，西北部開(kāi)采煤炭資源普遍采取斜井開(kāi)拓方式；黃淮海地區(qū)，立井表土段采用凍結(jié)法施工，表土段深度一般在300m左右。以往的井巷工作面施工中，特別是表土段都采用锨挖鎬刨、人工裝卸，效率低下，且勞動(dòng)強(qiáng)度大；在風(fēng)化帶基巖段，爆破法掘進(jìn)，爆破后的矸石，立井可采用懸吊式中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)裝矸，斜井采用耙矸機(jī)出矸，但清底、刷幫仍須人工輔助裝巖，施工進(jìn)度不快，工效不高。

傳統(tǒng)的立井井筒基巖段施工中，采用的出矸設(shè)備為HZ型中心回轉(zhuǎn)抓巖機(jī)。其出矸原理是通過(guò)抓斗的張合和自重抓矸，機(jī)體懸吊在吊盤(pán)下方，由于在井筒清底施工工序中出矸效率低，往往采用人工配合作業(yè)，占用循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，安全性差。勞動(dòng)強(qiáng)度大。鑒于這種情況，根據(jù)地面液壓挖掘機(jī)工作原理，研制出了能適用于井巷狹窄工作面施工的改進(jìn)型液壓挖掘機(jī)，解決了立、斜井施工工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、施工效率低等難題，對(duì)我國(guó)建井方面產(chǎn)生積極影響，同時(shí)，地鐵隧道硐室等地下工程輔助挖掘同樣有著良好的應(yīng)用前景。

1.國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)概況和發(fā)展趨勢(shì)

在煤礦建設(shè)生產(chǎn)領(lǐng)域，由于受地下環(huán)境、空間等條件的限制，小型液壓挖掘機(jī)應(yīng)用范圍很小。國(guó)內(nèi)并無(wú)相關(guān)產(chǎn)品在施工中使用。開(kāi)展本項(xiàng)目的研究，就是利用目前已成熟的小型液壓挖掘機(jī)技術(shù)，在礦井巷道、立井井筒的狹窄施工環(huán)境中，研制出一種相適宜的液壓挖掘施工設(shè)備。可適應(yīng)目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)井巷斷面施工要求的狹窄空間?；剞D(zhuǎn)空間很小。巷道傾斜30°以內(nèi)，全方位挖掘，并有一定挖掘強(qiáng)度和挖掘能力。并能適應(yīng)地質(zhì)巖性變化等作業(yè)情況?？煽焖贀Q裝標(biāo)準(zhǔn)斗、抓斗、液壓抓鏟、液壓破碎錘、液壓剪等多種工作裝置。

2.項(xiàng)目實(shí)施內(nèi)容和要求

井巷施工小型挖掘機(jī)。以可適應(yīng)目前目?jī)?nèi)大多數(shù)井巷斷面施工的要求，在巷道、立井筒內(nèi)狹窄工作面靈活地進(jìn)行挖掘、裝載，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高掘進(jìn)效率。其具體研究?jī)?nèi)容為：根據(jù)YC35-7列的830H機(jī)型（KAYABA系統(tǒng)、康明斯動(dòng)力、鋼履帶、駕駛棚）作改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)高效而靈活地對(duì)巷道、豎井工作面、井幫進(jìn)行挖掘、修整、裝載等作業(yè)。為了適應(yīng)各種不同施工作業(yè)的需要，液壓挖掘機(jī)可以配裝多種工作裝置。如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等作業(yè)機(jī)具。并在后期進(jìn)行了挖掘機(jī)的防爆化改裝。

設(shè)計(jì)達(dá)到的工作參數(shù)：工作范圍：最大挖掘距離4263.5mm；最大挖掘深度：l873mm；最大挖掘高度3844mm；最大卸載高度：2511.5mm；最小旋轉(zhuǎn)半徑：l982mm；挖掘力：鏟斗挖掘力22.1kN；斗桿挖掘力：13.5kN；爬坡能力：58%（30°）；回轉(zhuǎn)速度：11.5mm；斗容：0.15m3；液壓系統(tǒng)工作壓力：21MPa：最大行走速度：3.4～4.8km/h。

3.設(shè)計(jì)及研制技術(shù)線路

為適應(yīng)工作面施工的特點(diǎn)，應(yīng)最大限度的減少回轉(zhuǎn)半徑，同時(shí)配備電腦監(jiān)控系統(tǒng)在機(jī)器工作時(shí)實(shí)施全面的監(jiān)控，并通過(guò)聲光報(bào)警系統(tǒng)將各種信息反映給駕駛員；選用國(guó)外知名廠家的多路閥，整體式結(jié)構(gòu)，內(nèi)置壓力補(bǔ)償閥回轉(zhuǎn)馬達(dá)總成內(nèi)藏行星減速機(jī)構(gòu)，內(nèi)置濕式制動(dòng)盤(pán)制動(dòng)并具防反轉(zhuǎn)功能；行走馬達(dá)總成內(nèi)藏行星減速機(jī)構(gòu)。內(nèi)置濕式制動(dòng)盤(pán)制動(dòng).通過(guò)切換可獲得兩檔速度；柱塞泵為開(kāi)式負(fù)載傳感泵，與多路閥匹配構(gòu)成負(fù)載傳感系統(tǒng)的核心。并根據(jù)YC35-7系列的830H機(jī)型作改進(jìn)，分別實(shí)施以下項(xiàng)目的研究與應(yīng)用。

（1）為防止墜落物傷人，駕駛棚頂板改進(jìn)為4mm厚鋼板，中部加焊加強(qiáng)筋；駕駛棚前后加裝可拆卸的鐵絲網(wǎng)：

（2）改進(jìn)進(jìn)氣系統(tǒng)，加裝特博KA30-4空氣預(yù)慮器，雙重空氣過(guò)濾。

（3）鏟斗改裝加強(qiáng)斗，增大鏟斗容積，增強(qiáng)鏟斗的強(qiáng)度。

（4）在20°-30°傾斜工作面施工時(shí)，人體無(wú)法保持正常坐姿，在駕駛棚前橫粱處加焊腳踏板，使腳部能蹬踏保持身體平衡。

（5）為了便于在狹小的空間內(nèi)工作，斗桿、動(dòng)臂尺寸縮小，斗桿油缸改在下，重新選擇其斗桿油缸、動(dòng)臂油缸。

4.現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)

4.1在內(nèi)蒙古蘭道溝煤礦斜井項(xiàng)目中的應(yīng)用

斜井長(zhǎng)353m，傾角23°，凈斷面l3.2m2。在以往的施工中，斜井巷道工作面中布置PT-90型耙斗式耙矸機(jī)，效率低，工作環(huán)境差，浪費(fèi)能源，而且需要人工配合清理，月進(jìn)尺90m/M。施工工期3.9個(gè)月；現(xiàn)配備巷道挖掘機(jī)，工作效率高，施工進(jìn)度110m/M，施工工期3.2個(gè)月。提前0.7個(gè)月估算可節(jié)省設(shè)備租賃費(fèi)2.8萬(wàn)元，人工工資及管理費(fèi)7.25萬(wàn)元。

4.2在皖北煤電集團(tuán)錢(qián)營(yíng)孜煤礦立井項(xiàng)目中的應(yīng)用

副井井筒凈直徑6.5m，掘進(jìn)直徑8.7m，凍結(jié)表土段深360m。在以往的施工中，立井井筒凍結(jié)段采用人工出矸。需要配置l20～150人，采用挖掘機(jī)掘進(jìn)后，使用人員減少到80人，人員工資2000×40=80000元/M，共計(jì)施工3.6個(gè)月，僅在凍結(jié)段施工可節(jié)省28.8萬(wàn)元。

5.井巷小型挖掘機(jī)的防爆化改裝

根據(jù)安全監(jiān)管總局相關(guān)規(guī)定及《煤礦安全規(guī)程》要求，非防爆柴油設(shè)備不允許在煤與瓦斯突出礦井的井巷施工中使用，限制了井巷小型挖掘機(jī)的適用范圍，因此對(duì)井巷挖掘機(jī)進(jìn)行了防爆化改裝。

井巷小型挖掘機(jī)（YC-35-7型）配備的康明斯柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率32kW，轉(zhuǎn)速2200rpm；液壓控制系統(tǒng)中多路閥、柱塞泵、行走馬達(dá)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)均為進(jìn)口產(chǎn)品。根據(jù)此挖掘機(jī)的特點(diǎn)，對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行了改造，選用與柴油發(fā)電機(jī)功率、扭矩相近的防爆型三相異步電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出，其參數(shù)為：型號(hào)YB2-200L-4，功率30kW，轉(zhuǎn)速1470rpm.與液壓泵動(dòng)力要求是匹配的。并對(duì)電機(jī)風(fēng)扇、挖掘機(jī)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了改裝。

設(shè)計(jì)加工了電機(jī)底盤(pán)，底盤(pán)為鋼板結(jié)構(gòu)，下部直接安裝在柴油機(jī)的固定螺栓上。上部預(yù)留安裝孔安裝防爆電動(dòng)機(jī)。在底盤(pán)上安裝聯(lián)軸器固定坐，聯(lián)軸器油泵側(cè)為尼龍結(jié)構(gòu)，直徑ф300mm。由于有了電機(jī)的過(guò)渡安裝底盤(pán)，挖掘機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)可以在柴油與防爆電機(jī)間切換。不影響其在其他環(huán)境下正常使用。

通過(guò)吊盤(pán)上的防爆開(kāi)關(guān)、礦用電纜供電至挖掘機(jī)后部的防爆電機(jī)上。根據(jù)井筒施工特點(diǎn)，一般主提升絞車(chē)準(zhǔn)備下放傘鉆，副提升絞車(chē)下方防爆挖掘機(jī)進(jìn)行井筒底部清底作業(yè)。為加快接線速度，確保使用安全，電機(jī)與防爆開(kāi)關(guān)通過(guò)礦用隔爆型插銷(xiāo)（KBC-60，660V型）連接。

防爆挖掘機(jī)試制成功后。已在顧南煤礦進(jìn)風(fēng)井井筒工程（井徑8.6m，井深986.2m）施工中應(yīng)用，大大縮短了基巖段清底時(shí)間，提高了工作效率，使用效果非常好。

6.結(jié)論

該項(xiàng)目研究與成功應(yīng)用，使煤礦巷道、立井施工機(jī)械化程度更上新臺(tái)階。利用小型液壓挖掘機(jī)這一安全高效的工作裝置。能極大提高掘進(jìn)施工速度，減輕井下工人安全風(fēng)險(xiǎn)及勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也填補(bǔ)了液壓機(jī)械設(shè)備在煤礦巷道、井筒施工中應(yīng)用的空白，更提高企業(yè)施工技術(shù)裝備水平。

該項(xiàng)目的科研成果可以很方便地推廣應(yīng)用到各個(gè)巷道、立井筒施工項(xiàng)目，井巷施工用挖掘機(jī)機(jī)體小、結(jié)構(gòu)強(qiáng)、性能優(yōu)良、可以配裝多種工作裝置，如挖掘、起重、裝載、平整、夾鉗、推土、沖擊錘等作業(yè)機(jī)具。對(duì)巷道、井筒工作面進(jìn)行平整清理、開(kāi)幫裝載等工作輕快解決。具有事半功倍、安全高效之作用。