掘錨機(jī)技術(shù)初步研究

張曉東

佳木斯煤礦機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)研究院

掘錨機(jī)技術(shù)初步研究

張曉東

佳木斯煤礦機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)研究院

本文描敘了掘錨機(jī)的內(nèi)在含義，介紹了國(guó)外掘錨機(jī)的最新使用情況，從煤礦掘進(jìn)裝備領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步、煤炭行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及提高回采率等三個(gè)方面論述發(fā)展掘錨機(jī)技術(shù)的重大意義，從切割、支護(hù)、除塵等方面論述了掘錨機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，論述了掘錨機(jī)技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)。

掘錨機(jī)技術(shù)；先進(jìn)性；創(chuàng)新性

掘錨機(jī)技術(shù)成熟于上世期90年代，它成功地把橫滾筒全寬截割機(jī)構(gòu)、裝載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、多臺(tái)錨桿機(jī)、履帶行走機(jī)構(gòu)和臨時(shí)支護(hù)頂梁組合成一臺(tái)機(jī)器，可以安全地連續(xù)不斷進(jìn)行掘進(jìn)或房柱式采煤作業(yè)，為長(zhǎng)臂綜采工作面單巷或多巷快速掘進(jìn)創(chuàng)造了良好條件，是高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化礦井的理想配套設(shè)備。

一 掘錨機(jī)技術(shù)對(duì)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步及發(fā)展的意義

1 促進(jìn)煤礦掘進(jìn)裝備領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步

二十多年來(lái)我國(guó)掘進(jìn)設(shè)備由簡(jiǎn)單的打眼放炮發(fā)展為煤巷、半煤巖巷道懸臂式掘進(jìn)機(jī)系列約十幾種機(jī)型，有力地推動(dòng)了采掘機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展，但是，我國(guó)煤礦掘進(jìn)裝備發(fā)展的技術(shù)途徑基本是增加裝機(jī)功率和機(jī)重，技術(shù)趨于單一，煤礦掘進(jìn)裝備技術(shù)沒(méi)有質(zhì)的變化，基本處于上世期80年代末國(guó)外同行業(yè)水平。掘錨機(jī)的研制將通過(guò)消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，使我國(guó)現(xiàn)有掘進(jìn)裝備的技術(shù)水平有新的飛躍，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，并趕上國(guó)際先進(jìn)水平。

2 推動(dòng)煤炭行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步

①提高掘進(jìn)速度，緩解采、掘比例失調(diào)的矛盾，保證采區(qū)正常接替。

目前，隨著大功率采煤機(jī)的不斷推廣使用，大中型礦井正在積極發(fā)展高產(chǎn)高效、一礦一面的集約化生產(chǎn)匕模式。提高掘進(jìn)速度，使掘進(jìn)、采媒速度協(xié)調(diào)，降低巷道維護(hù)費(fèi)用和掘進(jìn)成本愈發(fā)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)日產(chǎn)萬(wàn)噸工作面，煤層厚為3m，每天所需的巷道平均推進(jìn)速度為27m，每月為810m，按照掘進(jìn)超前采煤的要求，現(xiàn)有的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)方式是無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘錨高效聯(lián)合作業(yè)，嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率，不能滿(mǎn)足掘進(jìn)超前采煤的要求，從而影響采面接替和煤礦生產(chǎn)。

②掘錨機(jī)可促進(jìn)采煤方式的多樣化

目前我國(guó)許多礦區(qū)已開(kāi)始學(xué)習(xí)世界上先進(jìn)采煤國(guó)家的經(jīng)驗(yàn)，在開(kāi)采方法上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壁和房柱的聯(lián)合、掘進(jìn)和回采的統(tǒng)一，在長(zhǎng)壁工作面兩側(cè)各布置3—4條巷道?？捎镁蝈^機(jī)進(jìn)行房柱式開(kāi)采，然后再進(jìn)行長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采。

③國(guó)內(nèi)急需掘錨機(jī)提高回采率，有效回收煤炭資源。

國(guó)內(nèi)普遍采用長(zhǎng)壁開(kāi)采方式，三下煤、邊角煤均無(wú)法有效開(kāi)采，使用掘錨機(jī)可以進(jìn)行房柱式開(kāi)采，對(duì)提高回采率、資源利用率，直接為煤礦產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益具有積極作用。除使用連續(xù)采煤機(jī)成功的神華礦區(qū)外，以?xún)贾莸V區(qū)南屯礦為例，采用房柱式開(kāi)采月進(jìn)尺達(dá)2000m，同時(shí)回收了”邊角煤和”三下煤”約兩千萬(wàn)噸。因此，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)看，該機(jī)組在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)前景十分廣闊。

二、掘錨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)研究

掘錨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)主要圍繞實(shí)現(xiàn)截割、錨桿支護(hù)聯(lián)合作業(yè)展開(kāi)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)行攻關(guān)研究。可采用連續(xù)采煤機(jī)的擺臂截割形式，機(jī)載2臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)和2臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī)，一臺(tái)機(jī)載濕式除塵風(fēng)機(jī)，一套臨時(shí)支護(hù)安全梁，使整個(gè)掘錨聯(lián)合裝備在進(jìn)行截割的同時(shí)，進(jìn)行鉆孔，錨桿的安裝等作業(yè)。主要內(nèi)容如下：

1 掘進(jìn)和錨桿支護(hù)聯(lián)合作監(jiān)的機(jī)型總體設(shè)計(jì)

①優(yōu)化、確定高效掘錨機(jī)總體技術(shù)參數(shù)；主要包括整機(jī)外形尺寸、總重量、總功率、切割功率及巷道斷面大小等；

②針對(duì)截割傳動(dòng)方式、升降臂最大抬起角度及最大截割高度、裝載部的結(jié)構(gòu)，確定2臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)在整機(jī)上的布置方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力匹配；

③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件、機(jī)身高度及有效空間確定機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)的布置、固定方式，確定吸風(fēng)口的形式；

④操縱臺(tái)和材料庫(kù)的數(shù)量確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)．

2 一次截割成形的橫滾筒全寬截割機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

掘錨機(jī)的截割傳動(dòng)系統(tǒng)不同于懸臂式掘進(jìn)機(jī)（包括縱軸、橫軸），在截割滾筒（或截鏈）驅(qū)動(dòng)方式和支承方式上有一定的技術(shù)難度，主要內(nèi)容如下：

①雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫滾筒式截割頭優(yōu)化設(shè)計(jì)（齒座、截齒及布置形式）；

②雙驅(qū)動(dòng)截割減速器及傳動(dòng)方式設(shè)計(jì)；

③截割滾筒伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；

3 具有聯(lián)合作業(yè)功能的頂板、側(cè)幫錨桿鉆機(jī)作業(yè)方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

①比較二臺(tái)錨桿鉆機(jī)和四臺(tái)錨桿鉆機(jī)同時(shí)支護(hù)作業(yè)的可行性，確定最佳方案；

②二臺(tái)或四臺(tái)錨桿鉆機(jī)的功率匹配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

4 高效機(jī)載除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

①針對(duì)機(jī)器最大截割斷面對(duì)通風(fēng)、除塵的要求，確定機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量、與主機(jī)的動(dòng)力匹配；

②機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)的混流式風(fēng)機(jī)、振弦柵、噴霧除塵裝置等結(jié)構(gòu)和吸風(fēng)口位置的設(shè)計(jì)；濕式除塵機(jī)，能有效吸收巷道掘進(jìn)時(shí)的粉塵，粉塵經(jīng)風(fēng)機(jī)中的濕式除塵系統(tǒng)隨截割下來(lái)的煤巖運(yùn)走，凈化巷道空氣，保障工人身體健康。同時(shí)，設(shè)備操作簡(jiǎn)單，大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 高效掘錨聯(lián)合裝備比連續(xù)采煤機(jī)的功能更加完善

掘錨機(jī)是連續(xù)式采煤機(jī)與錨桿支護(hù)兩用機(jī)，其設(shè)計(jì)宗旨是讓錨桿裝置靠近截割滾筒，使機(jī)器同時(shí)進(jìn)行截割、支護(hù)和除塵。通常，連續(xù)式采煤機(jī)沒(méi)有機(jī)載錨桿鉆機(jī)，裝錨桿不能和掘進(jìn)聯(lián)合作業(yè)，一次采全寬的巷道不能及時(shí)支護(hù)，對(duì)于巷道頂板條件不好的巷道，影響作業(yè)安全，需停機(jī)進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)，影響掘進(jìn)（采煤）進(jìn)度，且不能實(shí)現(xiàn)單巷掘進(jìn)。

三、掘錨機(jī)在技術(shù)上將達(dá)到或接近國(guó)際先進(jìn)水平

目前，掘錨機(jī)的代表產(chǎn)品有奧地利奧鋼聯(lián)公司生產(chǎn)的ABM20型、ABM12型、ABM14型、ABM30型掘錨機(jī)，喬伊公司生產(chǎn)的12ED15掘錨機(jī)，德國(guó)Paurat公司生產(chǎn)的E230型掘錨機(jī)。

四、掘錨機(jī)技術(shù)創(chuàng)新性

l 通過(guò)對(duì)機(jī)型的總體設(shè)計(jì)，使掘錨機(jī)的連采部件與機(jī)載錨桿鉆機(jī)、機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)之間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，動(dòng)作協(xié)調(diào)，不干涉，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、錨桿支護(hù)聯(lián)合作業(yè)。該技術(shù)是我國(guó)煤巷掘進(jìn)設(shè)備中尚未采用的技術(shù)。

2 結(jié)合我國(guó)煤巷掘進(jìn)和錨桿支護(hù)施工工藝，對(duì)寬截割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、以及截割滾筒支承和推進(jìn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，具有獨(dú)特設(shè)計(jì)原理和技術(shù)。

3 高效機(jī)載除塵技術(shù)，包括大風(fēng)量濕式除塵機(jī)和高效外噴霧技術(shù)，具有技術(shù)獨(dú)占性。

4 掘錨機(jī)研制成功，將大幅度提高掘進(jìn)速度，平均月進(jìn)可達(dá)1000米，年成巷10000米以上，具有相當(dāng)高的技術(shù)創(chuàng)新性。