掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用研究

史 嶠

（大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)有限公司機(jī)掘二隊(duì)， 山西 大同 037026）

1 工程概況

同煤集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司位于大同市西南21 km處，始建于1957 年，經(jīng)多次技術(shù)改造，當(dāng)前煤礦生產(chǎn)能力為180 萬t/年。當(dāng)前為了解決煤巷掘支矛盾，必須提高煤礦掘進(jìn)效率。對(duì)大斗溝煤業(yè)公司的地質(zhì)情況分析可知，該礦的掘進(jìn)區(qū)域?qū)僦泻衩簩?，煤層結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，整體為平緩單斜構(gòu)造；上覆基巖較厚，無斷層，頂板完整離層、破碎，頂?shù)装蹇傮w屬于半堅(jiān)硬巖石；巷道斷面為矩形，寬度不小于5.4 m，高度不小于3.5 m?；谠摰刭|(zhì)條件較為適合掘錨機(jī)組的施工作業(yè)條件，決定開展“掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)”的實(shí)踐應(yīng)用研究[1]。

2 掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備配制

掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)由掘錨機(jī)組、履帶式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)、10 臂錨桿鉆車、可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和邁步式自移機(jī)尾等構(gòu)成，并集成通風(fēng)除塵，供電、控制通信等設(shè)備組成。在適宜的巷道圍巖條件下，掘錨機(jī)只負(fù)責(zé)掘進(jìn)，支護(hù)任務(wù)由10 臂錨桿鉆車一次集中完成，可大幅提高作業(yè)效率。下面對(duì)掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)備配制、技術(shù)參數(shù)、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 系統(tǒng)設(shè)備的配制分析

2.1.1 JM340 型掘錨機(jī)組

系統(tǒng)采用JM340 型掘錨機(jī)組，主要由截割部，轉(zhuǎn)載部、運(yùn)輸部、行走部，錨鉆系統(tǒng)，電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和集塵系統(tǒng)等幾部分組成。該設(shè)備是快速掘進(jìn)巷道的龍頭設(shè)備，集落煤、運(yùn)煤、履帶行走和錨桿支護(hù)于一體，采用全寬的可伸縮截割滾筒，保障成巷速度與工程質(zhì)量，機(jī)載6 臺(tái)錨桿鉆機(jī)，可同步完成掘進(jìn)和支護(hù)作業(yè)。該設(shè)備具有技術(shù)特征：

1）截割、錨護(hù)同時(shí)作業(yè)。掘錨機(jī)截割時(shí)底盤靜止，采用滑移式機(jī)架指進(jìn)截制系統(tǒng)進(jìn)行掏槽，有效增大截割推進(jìn)力和減小履帶對(duì)地面的碾壓破環(huán)。截割的同時(shí)臨時(shí)支護(hù)裝置支撐頂板，為錨護(hù)等作業(yè)提供了穩(wěn)固、安全的工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了截割、錨護(hù)平行作業(yè)。

2）巷道斷面一次成型，效率高。截割系統(tǒng)用可伸縮的橫軸截割滾筒和采掘高度自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、通過滾筒的伸縮和截割高度識(shí)別實(shí)現(xiàn)斷面的一次成型，巷道斷面成型精度高、誤差小，大幅度降低人工截割操作難度，據(jù)高巷道成型質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化。

3）工況檢測(cè)和故降診斷技術(shù)。開發(fā)了工況檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)，具有監(jiān)控電流、電壓、電機(jī)功率、油溫油位油壓等的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警及故障示等功能[2]。

2.1.2 ZPL1200/207 履帶式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)

系統(tǒng)采用ZPL1200/207 履帶式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)，由轉(zhuǎn)載部、破碎部、輸送機(jī)、底盤、電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等幾部分組成。主要具有緩沖、轉(zhuǎn)載、破碎和牽引等功能；跟隨掘錨機(jī)組前進(jìn)并接受來自掘錨機(jī)的落煤，經(jīng)緩沖破碎后轉(zhuǎn)運(yùn)到其后的可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上，同時(shí)推動(dòng)可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)移動(dòng)；可伸縮鏟板式轉(zhuǎn)載部可對(duì)底板浮煤進(jìn)行清理；采用滾筒式破碎機(jī)構(gòu)，破碎粒度可調(diào)。該設(shè)備具有技術(shù)特征：

1）集破碎、轉(zhuǎn)載、牽引可彎曲膠帶機(jī)移動(dòng)等功能于一體。將自掘錨機(jī)截割下來的煤炭進(jìn)行初級(jí)破碎，并均勻地轉(zhuǎn)運(yùn)至自適應(yīng)帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上，以滿足自適應(yīng)帶式轉(zhuǎn)載機(jī)對(duì)煤的塊度要求。通過牽引裝置可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)行走。采用齒式破碎，破碎能力大，采用雙驅(qū)動(dòng)輸送系統(tǒng)，運(yùn)輸能力大。

2）裝載部具有伸縮功能。裝載部可伸縮，在提高巷道適應(yīng)性的同時(shí)最太限度地提高裝載能力，鏟板可前、后滑移裝煤，減少破碎轉(zhuǎn)載機(jī)和自適應(yīng)帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的工作循環(huán)次數(shù)，高效清理底板浮煤。

2.1.3 CMM10-30 型10 臂錨桿鉆車

系統(tǒng)采用CMM10-30 型10 臂錨桿鉆車，由頂錨鉆臂、側(cè)幫鉆臂、除塵器、履帶底盤、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)組成。設(shè)備機(jī)載6 個(gè)頂板鉆臂、4 個(gè)側(cè)幫鉆臂，10 臺(tái)鉆臂同時(shí)對(duì)頂板、側(cè)幫進(jìn)行錨桿支護(hù)，其履帶式底盤騎跨在可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)掘、錨、運(yùn)平行作業(yè)。并且是整個(gè)系統(tǒng)的集控中心，掘錨機(jī)組和履帶式轉(zhuǎn)載破碎機(jī)的操作均位于10 臂錨桿鉆車之上。該設(shè)備具有技術(shù)特征：

1）全斷面一次支護(hù)，支護(hù)效率高、質(zhì)量優(yōu)。整機(jī)集成6 套頂錨鉆臂和4 套側(cè)錨鉆臂，能夠同時(shí)完成整個(gè)巷道中的錨桿支護(hù)。一人多機(jī)操作的布置方式，操作人員互不干擾實(shí)現(xiàn)有序操作，提高巷道支護(hù)效率和支護(hù)質(zhì)量。

2）錨鉆采用干式除塵技術(shù)，保證巷道良好的工作環(huán)境。采用干式機(jī)械除塵機(jī)構(gòu)，在設(shè)備上搭載有多級(jí)串聯(lián)的不同形式的除塵器，通過多級(jí)分離、落塵、過濾形式使鉆孔所產(chǎn)生的粉塵落在固定的容器中，從而達(dá)到除塵目的。

3）跨騎式底盤機(jī)構(gòu)跨騎于可彎曲膠帶機(jī)之上，可彎曲膠帶機(jī)可以在錨桿機(jī)底盤下自由通過，錨桿機(jī)的錨護(hù)作業(yè)與掘進(jìn)、運(yùn)輸工序互不影響，實(shí)現(xiàn)掘、錨、運(yùn)平行作業(yè)。

2.1.4 4DZY100/160/135 型可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)

系統(tǒng)采用DZY100/160/135 型可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，主要由裝載部、卸料部、柔性段、膠帶、動(dòng)力站幾部分組成。能夠?qū)崿F(xiàn)移動(dòng)過程中的彎曲運(yùn)輸，滿足系統(tǒng)變向掘進(jìn)聯(lián)巷、切眼的功能需求；架體下方安裝有行走膠輪及油氣懸掛裝置，對(duì)底板適應(yīng)能力強(qiáng)；膠帶采用變頻調(diào)速多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，最大運(yùn)力達(dá)1 600 t/h，并對(duì)啟動(dòng)、張緊過程進(jìn)行自動(dòng)控制。該設(shè)備具有技術(shù)特征：

1）可實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)彎曲，跟隨掘錨機(jī)的轉(zhuǎn)彎，對(duì)底板適應(yīng)能力強(qiáng)。相鄰彎曲膠帶架間采用關(guān)節(jié)軸承連接，每節(jié)彎曲膠帶架之間可水平、垂直擺動(dòng)一定幅度，使整機(jī)可跟隨掘錨機(jī)轉(zhuǎn)彎，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)開掘聯(lián)巷、硐室。

2）多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，自動(dòng)張緊。該自動(dòng)張緊功能采用電氣控制，通過壓力傳感器監(jiān)測(cè)自動(dòng)油缸壓力，根據(jù)啟動(dòng)、運(yùn)轉(zhuǎn)和停機(jī)等膠帶機(jī)不同工況，對(duì)膠帶進(jìn)行自動(dòng)張緊[3]。

2.1.5 DWZY100/2000 型步式自移機(jī)尾

系統(tǒng)采用DWZY100/2000 型步式自移機(jī)尾，主要由穩(wěn)定支撐部、機(jī)尾部、轉(zhuǎn)載機(jī)導(dǎo)向部、剛性架、軌道、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等部分組成。采用馬蒂爾式運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)可伸縮膠帶機(jī)的快速延伸；自帶剛性架，與可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)長距離重疊搭接，并兼作設(shè)備列車；采用自鋪軌道技術(shù)，降低了剛性架移動(dòng)過中的移動(dòng)阻力，移動(dòng)效率高；具有左右調(diào)偏功能，采用遙控操作，能夠極大地減小延伸膠帶過程中的設(shè)備調(diào)動(dòng)，降低人員勞動(dòng)強(qiáng)度。邁步式自移機(jī)尾。該設(shè)備具有的技術(shù)特征：

1）與可彎曲膠帶機(jī)快選搭接。采用邁步式自移機(jī)構(gòu)，移動(dòng)效率高；與可彎曲式轉(zhuǎn)載機(jī)長距離重疊搭接，最大接行程可達(dá)150 m。

2）剛性架可兼作設(shè)備列車。除塵系統(tǒng)、材料列車、移動(dòng)變電站等設(shè)備均可跨騎在剛性架之上，隨著剛性架同步前移。

3）具有左右調(diào)偏功能。在邁步機(jī)尾架上設(shè)計(jì)了兩組調(diào)偏機(jī)構(gòu)，通過調(diào)偏舉升油缸先將邁步端頭抬起，然后在調(diào)偏推移油缸的作用下實(shí)現(xiàn)邁步自移機(jī)尾的左右擺動(dòng)調(diào)偏。

2.2 系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)分析

掘錨機(jī)組高效快速掘進(jìn)系統(tǒng)的主要技術(shù)參數(shù)：適應(yīng)巷道寬度為5.4～6.0m；適應(yīng)巷道高度為3.3～4.5 m；膠帶搭接行程為100 m；系統(tǒng)總長155 m；系統(tǒng)總重420 t；總裝機(jī)功率為1 416 kW。

2.3 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1）掘錨分離、平行作業(yè)，多排多臂同時(shí)錨護(hù)作業(yè)，實(shí)現(xiàn)掘錨匹配同步。

2）采用可彎曲帶式輸送機(jī)技術(shù)，巷道適應(yīng)性，滿足系統(tǒng)開掘聯(lián)巷、切眼的需求。

3）帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的上下重疊搭接行程可達(dá)100 m以上，實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸，增大輔運(yùn)空間。

4）自移機(jī)尾采用邁步式自移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)、設(shè)備列車的快速推進(jìn)，減少掘進(jìn)輔助工時(shí)，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

5）信息無線傳輸，遠(yuǎn)程操控，作業(yè)安全性高，作業(yè)環(huán)境好。

6）采用統(tǒng)一的控制平臺(tái)，依托設(shè)備高度自動(dòng)化及系統(tǒng)集中協(xié)調(diào)控制功能，實(shí)現(xiàn)掘、錨、運(yùn)多個(gè)作業(yè)單元聯(lián)動(dòng)，減少操作人員。

3 應(yīng)用效果

掘錨機(jī)組高效掘進(jìn)系統(tǒng)經(jīng)配制、安裝，于2017年7 月在大斗溝煤礦投入適用，截至2019 年4 月底，已掘進(jìn)巷道近3 萬m，平均月進(jìn)尺2 400 m。其中小班最高進(jìn)尺85 m，最高日進(jìn)尺158 m，最高月進(jìn)尺3 088 m，該快速掘進(jìn)系統(tǒng)單月進(jìn)尺記錄達(dá)國內(nèi)最高水平，應(yīng)用效果理想。