低矮型小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)的研制

摘 要：提出了一種低矮型巖巷掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化方法，在不改變截割性能的條件下降低掘進(jìn)機(jī)的高度，減小其寬度，使其適用于小斷面巖巷的掘進(jìn)工作中，從而進(jìn)一步提高勞動(dòng)效率，解決小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)械化開(kāi)采程度低的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：小斷面；巖巷；掘進(jìn)機(jī)；截割性能

中圖分類(lèi)號(hào)：TD421.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.112

文章編號(hào)：2095-6835（2016）11-0112-02

隨著煤炭易開(kāi)采資源的日益減少，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)大多數(shù)礦井可開(kāi)采的煤層比較薄，存在所需巷道斷面比較小，巖巷掘進(jìn)比例較高，巖石硬度較大等問(wèn)題。巷道斷面普遍為10～15 m2，大多數(shù)為石英砂巖、粉砂巖、泥巖等的全巖巷道，而且硬度較大。另外，我國(guó)西南地區(qū)，比如重慶、貴州、云南等地也存在類(lèi)似的情況——煤層較薄、巷道斷面小、巖石硬度大等。

受技術(shù)因素的限制，目前，小斷面全巖巷道主要采取炮掘的方式掘進(jìn)，機(jī)械化程度低，巷道掘進(jìn)速度慢，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，安全性差。隨著煤礦井下巷道掘進(jìn)機(jī)械化改造力度的加大，適用于小斷面全巖巷道的掘進(jìn)設(shè)備市場(chǎng)需求量也越來(lái)越大。

1 總體結(jié)構(gòu)

小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)是專(zhuān)門(mén)為井下小斷面全巖巷道的掘進(jìn)開(kāi)發(fā)研制的設(shè)備，它主要適用于巷道巖石硬度小于80 MPa（局部100 MPa），最小斷面達(dá)8 m2的巖巷掘進(jìn)工作中。

小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)整機(jī)由截割部、裝載部、刮板輸送機(jī)、機(jī)架及回轉(zhuǎn)臺(tái)、行走部、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和防護(hù)總成9個(gè)部分組成。整機(jī)除了截割部外，全部采用液壓驅(qū)動(dòng)。裝載機(jī)構(gòu)采用的是高速馬達(dá)加減速器的傳動(dòng)方案，它能使鏟板結(jié)構(gòu)薄型化；刮板運(yùn)輸機(jī)采用彎曲設(shè)計(jì)降低整機(jī)高度；機(jī)架設(shè)計(jì)為前后分體式，方便生產(chǎn)和井下運(yùn)輸；左右履帶行走機(jī)構(gòu)對(duì)稱(chēng)布置，為了減小內(nèi)阻，設(shè)計(jì)有支重輪；液壓系統(tǒng)由1臺(tái)132 kW的電機(jī)提供動(dòng)力，采用的是恒功率負(fù)載敏感加獨(dú)立流量分配控制系統(tǒng)，由水冷卻器為系統(tǒng)降溫；電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用的是CAN總線控制技術(shù)。為了方便操作和維護(hù)，可開(kāi)發(fā)掘進(jìn)機(jī)在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的各種狀態(tài)參數(shù)。

2 截割機(jī)構(gòu)

截割機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)，也是掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)的核心部分。小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)主要由截割電機(jī)、截割減速器、截割頭、懸臂段和護(hù)板等元部件組成。如果采用中心內(nèi)噴霧水道結(jié)構(gòu)，改旋轉(zhuǎn)水封為彈簧石墨密封，即可在無(wú)油脂潤(rùn)滑下高速運(yùn)行，從而有效解決掘進(jìn)機(jī)內(nèi)噴霧配水故障率高的難題。另外，帶流量控制的噴霧齒座的耐磨截割頭設(shè)計(jì)提高了降塵率，抑制了截割火花的產(chǎn)生。EBZ260W型掘進(jìn)機(jī)截割機(jī)構(gòu)如圖1所示。

3 新型嵌入式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)存在體積大、高度高等問(wèn)題，不適用于小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)上。新型回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用“質(zhì)量體積比”的設(shè)計(jì)理念，通過(guò)結(jié)構(gòu)創(chuàng)新開(kāi)發(fā)了嵌入式結(jié)構(gòu)，將重型巖巷掘進(jìn)機(jī)的機(jī)身高度降至1.65 m，順利完成了小斷面全巖巷掘進(jìn)工作。嵌入式回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)如圖2所示。

4 小角度、薄型、高強(qiáng)度裝載機(jī)構(gòu)

傳統(tǒng)的裝載機(jī)構(gòu)主要是由鏟板和左右對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)裝置組成的。利用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)三爪星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)裝載煤巖的目標(biāo)。這種液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的裝載機(jī)構(gòu)存在鏟板角度大、鏟板厚度厚的問(wèn)題，不適用于小斷面巖巷專(zhuān)用掘進(jìn)機(jī)中。因此，用高速馬達(dá)加減速器的結(jié)構(gòu)代替原來(lái)低速大扭矩馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，能減小鏟板的厚度。

5 彎曲型耐磨刮板運(yùn)輸機(jī)

刮板輸送機(jī)采用邊雙鏈刮板，它主要是由機(jī)前部、中機(jī)架、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙鏈刮板和張緊裝置等組成的。

在小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)中，刮板運(yùn)輸機(jī)的拉直設(shè)計(jì)會(huì)增加整機(jī)高度。因此，為了降低整機(jī)高度，刮板運(yùn)輸機(jī)采用彎曲結(jié)構(gòu)。在瓦斯抽排巷全巖掘進(jìn)時(shí)，截割下來(lái)的主要是小塊巖石物料，極易導(dǎo)致刮板運(yùn)輸機(jī)卡鏈和磨損。如果采用全程壓鏈，則能合理控制鏈軌間隙，達(dá)到防卡、耐磨的目的。

6 液壓系統(tǒng)

泵站油箱分別布置在掘進(jìn)機(jī)左右兩側(cè)，油箱容積大，有利于液壓油散熱。泵站電機(jī)使用的是水冷電機(jī)，它噪聲小。另外，整個(gè)液壓冷卻系統(tǒng)使用的是進(jìn)口高效板翅式冷卻器，冷卻效率高。在能正常供水的情況下，液壓系統(tǒng)可達(dá)40 ℃熱平衡，為其正常運(yùn)行提供有力的保障。

操作臺(tái)采用整體式設(shè)計(jì)，管路、閥組和儀表布置合理。另外，管路線路短，故障點(diǎn)少，系統(tǒng)反應(yīng)迅速，所有操作手柄和按鈕都在司機(jī)視線和操作范圍內(nèi)，便于司機(jī)集中控制。這種人性化的操作手柄布置方式，對(duì)于司機(jī)來(lái)說(shuō)，操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單，還減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。

7 電控系統(tǒng)CAN總線控制技術(shù)

小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)狀態(tài)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、采集、運(yùn)算和分析掘進(jìn)機(jī)在煤礦巷道掘進(jìn)過(guò)程中的各種運(yùn)行參數(shù)，從而有效判斷掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)，為掘進(jìn)機(jī)的操作、維護(hù)和檢修提供參考，為智能控制和故障診斷提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

掘進(jìn)機(jī)參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由礦用數(shù)據(jù)采集器、顯示器、不間斷電源和直接測(cè)量各種參數(shù)的傳感器等組成。在掘進(jìn)機(jī)開(kāi)機(jī)后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)運(yùn)行，并開(kāi)始監(jiān)測(cè)：①利用相應(yīng)的傳感器測(cè)量截割電機(jī)的電流、電壓、溫度，整機(jī)的振動(dòng)加速度，液壓系統(tǒng)各個(gè)回路的壓力、流量、液位、液溫、油缸位移等參數(shù)，并將測(cè)量到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電壓或電流信號(hào)被數(shù)據(jù)采集器采集。這時(shí)，采集器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)中進(jìn)行運(yùn)算，比如根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力計(jì)算出截割牽引力和行走牽引力，根據(jù)油缸位移計(jì)算出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的牽引速度等。②綜合分析直接采集到數(shù)據(jù)和計(jì)算出的數(shù)據(jù)，可以判斷每組數(shù)據(jù)是否在合理的工作范圍內(nèi)。如果這些數(shù)據(jù)超出安全范圍，要立即提醒相關(guān)工作人員或采取報(bào)警措施。③將分析結(jié)果通過(guò)友好的人機(jī)界面顯示出來(lái)，由輔助技術(shù)人員對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行操作、維護(hù)和檢修。

8 主要技術(shù)參數(shù)

掘進(jìn)機(jī)總重85 t，長(zhǎng)×寬×高為12 m×2.7 m×1.65 m，截割功率為260 kW，經(jīng)濟(jì)截割硬度為f9（局部f11）。

9 使用效果

目前，低矮型小斷巖巖巷掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)完成了井下工業(yè)性試驗(yàn)。2015-04，EBZ260W掘進(jìn)機(jī)在山西省陽(yáng)泉市陽(yáng)煤集團(tuán)新景公司15#煤一區(qū)南翼中部80121高抽巷進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)。巷道斷面為矩形，面積為12.76 m2，全巖巷道，以石灰?guī)r、中

砂巖為主。工業(yè)性試驗(yàn)為期3個(gè)月，共進(jìn)尺550.4 m，平均月進(jìn)尺183 m，最高月進(jìn)尺207.6 m，最高日進(jìn)尺8 m。截齒總計(jì)消耗511把，平均截齒消耗為0.07把/m3。相對(duì)原月進(jìn)尺100 m左右的進(jìn)尺速度，現(xiàn)在的進(jìn)尺速度有效提高了勞動(dòng)效率，為使用單位創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

10 結(jié)束語(yǔ)

BZ260W型小斷面巖巷掘進(jìn)機(jī)性能、參數(shù)合理，機(jī)身體積小，斷面小，截割能力強(qiáng)，重心低，整機(jī)振動(dòng)小，穩(wěn)定性好，自動(dòng)化程度高，可靠性高，適用于小斷面全巖巷道和瓦斯抽放巷道的機(jī)械化掘進(jìn)工作中。該設(shè)備的出現(xiàn)有效推動(dòng)了我國(guó)小斷面全巖巷道和高瓦斯礦井瓦斯抽放巷掘進(jìn)事業(yè)的發(fā)展，在我國(guó)掘進(jìn)機(jī)械的技術(shù)進(jìn)步和煤礦綜掘機(jī)械化方面發(fā)揮了積極的作用，而且還創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和廣闊的市場(chǎng)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]楊春海.掘進(jìn)機(jī)材料選擇及工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤炭技術(shù)，2015（11）：276-278.

[2]楊春海.EBZ300掘進(jìn)機(jī)在平煤八礦的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2015（6）：217-218.

[3]王亮，許軍，孫永峰，等.基于CAN總線的掘進(jìn)機(jī)無(wú)線遙控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)械，2015（8）：48-49.

作者簡(jiǎn)介：張常青（1977—），男，山西壽陽(yáng)人，工程師，主要從事掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)方面的研究。

〔編輯：白潔〕