同煤集團13臂掘錨一體機的改造與應(yīng)用

宋昊婷

（大同煤礦集團公司機電管理處，山西 大同037003）

1 同煤集團綜掘現(xiàn)狀

同煤集團綜掘現(xiàn)狀為采掘失調(diào)、掘錨脫節(jié)、缺乏支護。煤巷、半煤巷綜掘平均進度較慢，這與各煤礦地質(zhì)條件不同和各煤礦技術(shù)管理水平差異有關(guān)，但掘進設(shè)備本身沒有與現(xiàn)在的巷道支護技術(shù)相適應(yīng)也是一個重要原因。石炭系煤層回采巷道大部分在煤巷中掘進，巷道設(shè)計寬度為4.5～5.4 m，高3.5～4.0 m，斷面面積為18～22 m2。采用錨桿、錨索、鋼帶、網(wǎng)片聯(lián)合支護方式。大部分礦井使用普通EBZ系列縱軸掘進機月均進尺為200～280 m，平均3個掘進隊組為1個綜采隊圈面服務(wù)，效率較低。據(jù)統(tǒng)計，巷道掘進作業(yè)中的支護時間要占總作業(yè)時間的70%，掘進巷道作業(yè)中的掘進與支護的分離仍是進一步提高掘進巷道速度的最大障礙。因此，在調(diào)研與試用國內(nèi)外先進的掘進設(shè)備的基礎(chǔ)上，加大研發(fā)力度，改造設(shè)計出適合同煤集團各礦掘進需求的快速掘進設(shè)備。

2 改造內(nèi)容

以JOY EJM2×170型掘錨機為平臺，設(shè)計整機機群排布方案、支架、托網(wǎng)機構(gòu)、排放安置錨桿機群及送網(wǎng)機構(gòu)，最終改造設(shè)計為13臂掘錨一體機，如圖1所示。

圖1 13臂掘錨一體機示意圖

改造內(nèi)容主要包括以下八個方面[1]：

1）增強操作的安全性，增加臨時支護，支護巷道頂板，為操作者提供安全的操作空間。

2）降低操作者的勞動強度及操作的安全性，增加送網(wǎng)機構(gòu)與托網(wǎng)機構(gòu)，提高鋪網(wǎng)與鋼帶的機械化水平。

3）提高錨固效率，增加錨桿機群，把頂板與側(cè)幫錨固工藝進行分解，重新布置與增加錨桿鉆機，目的是實現(xiàn)一機一孔，平行作業(yè)。首排4根（左右各2根），錨固頂板錨桿，第二排2根（左右各1根）錨固側(cè)幫上錨桿，第三排3根（左中右各1根）錨固頂板剩余的錨桿與錨索，同時左右錨桿鉆機具有錨索輸送裝置，第四排2根（左右各1根），第五排2根（左右各1根），錨固下側(cè)剩余的側(cè)幫錨桿；錨桿的間距為800 mm，錨桿排距為900 mm，能夠完成7根頂板錨桿及8根側(cè)幫錨桿的錨固。

4）改造掘錨機組的電氣與液壓系統(tǒng)，所有的液壓閥組設(shè)計成電磁閥，增加主機與錨桿鉆機的遙控功能，提高掘進與錨固的機械化水平。

5）改造設(shè)備的其他輔助設(shè)備，完善設(shè)備的整體性與協(xié)調(diào)性。

6）增加位移接近開關(guān)，保證掘進進尺與錨固排距一致，從而保證工序的銜接性。

7）增加臨時護架升降傳感器，避免截割系統(tǒng)與臨時護架產(chǎn)生干涉。

8）增加第三排的錨桿鉆機的縱向調(diào)整裝置，保證對孔的準確性。

2.1 適應(yīng)巷道條件

13臂掘錨機主要用于煤巷掘進或房柱式采煤；

適應(yīng)巷道斷面寬度5.5 m，巷道斷面寬度3.8 m；

工作巷道角度縱向＜7°，橫向＜5°；

截割硬度f=2～5，需要巷道底板條件較好，避免設(shè)備沉陷，造成行走困難；

供電電壓1 140 V；

總裝機功率690 kW。

2.2 各系統(tǒng)介紹

按區(qū)域劃分，可以將機組分為截割區(qū)、支護區(qū)、及時錨固區(qū)、穩(wěn)定區(qū)補打區(qū)、控制區(qū)及補給取，如圖2所示。

圖2 13臂掘錨一體機區(qū)域劃分示意圖

按系統(tǒng)劃分，13臂掘錨一體機主要由截割系統(tǒng)、裝載運輸系統(tǒng)、本體及行走部、后支撐部、錨桿機組、護架組件、送網(wǎng)托網(wǎng)裝置、錨桿鉆車、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成，如圖3[2]。

圖3 整機結(jié)構(gòu)

2.3 生產(chǎn)作業(yè)人數(shù)

13掘錨一體機進行掘進作業(yè)時需要4人操作，其中1人操作主機遙控器，1人配合觀察周圍工作情況是否安全以及操作轉(zhuǎn)換模塊（主機動作與錨桿機動作切換），2人監(jiān)護轉(zhuǎn)載皮帶。

13掘錨一體機進行錨固作業(yè)時需要6～8人，其中2人負責操縱錨桿機遙控器，1人負責1號、3號、a號錨桿機，1人負責2號、c號錨桿機，1人負責5號、7號、b號錨桿機，1人負責6號，d號錨桿機，1人負責4號錨桿機，1人負責e號、f號錨桿機。其次需要6人進行輔助工作，包括運送鉆桿、錨桿、錨網(wǎng)以及將錨網(wǎng)放到送網(wǎng)機構(gòu)上并將其展開；

生產(chǎn)班組預(yù)計作業(yè)人數(shù)為16～20人，按照每天三班工作制，預(yù)計需要50～60人。

2.4 13臂掘錨一體機的性能特點

1）增強設(shè)備的操作安全性；

2）提高設(shè)備的機械化水平與智能化水平；

3）能夠?qū)崿F(xiàn)單控、排控、群控功能，同時具備遙控與手動控制功能；

4）第三排頂板錨桿鉆機的對孔利用絲杠的調(diào)節(jié)進行調(diào)整，前后調(diào)節(jié)精準、快捷；

5）增加錨桿機群，提高了掘進與錨固效率，效率提高至少1倍，月進尺在理論情況下能夠達到800～1 000 m的水平；

6）錨固的錨桿基本與工作面垂直。

2.5 工作循環(huán)時效

1）一個工作循環(huán)為錨固一排頂板錨桿與錨固一排帶有錨索的頂板錨桿。

2）每完成一個工作循環(huán)為1.8 m。

3）每完成一個工作循環(huán)進尺兩次，每次時間為7～8 min；兩次頂板錨桿錨固，每次時間為4～5 min；兩次送網(wǎng)與托網(wǎng)的時間，每次約4～5 min；一次錨固錨索的時間，每次約7～8 min；一個工作循環(huán)大約為37～44 min，加上輔助時間每次完成一個循環(huán)為40～60 min，每天按照16 h計算，每天完成16～24個循環(huán)，進尺約為28.8～43.2 m；每月進尺約864～1 296 m。

3 13臂掘錨一體機與縱軸式掘進機對比

1）效率提高，縱軸式掘進機月進尺平均240 m，掘錨機組月進尺平均400 m，此設(shè)備在同等的條件下月進尺600 m以上；

2）頂板破碎需要支護改造前沒有臨時支護，現(xiàn)在設(shè)備具備；

3）改造前沒有送網(wǎng)與托網(wǎng)機構(gòu)，錨網(wǎng)與鋼帶需要人工鋪設(shè)，勞動強度大，對孔困難，改造后機械送網(wǎng)、對孔率高；

4）改造前沒有中間錨桿鉆機，人工補打，改造后增加中間錨桿鉆機，效率高、機械化水平高；

5）改造前沒有錨索輸送裝置，人工送索，改造后增加錨索輸送裝置，工作效率高、機械化水平高；

6）改造前不能錨固下側(cè)的側(cè)幫錨桿，改造后可以全部采用機械化作業(yè)；

7）改造前一機多孔，單獨作業(yè)，改造后，一機一孔，可同時作業(yè)；

4 改造創(chuàng)新亮點

13臂掘錨一體機的主體采用掘進機成熟的功能和結(jié)構(gòu)，將截割部和液壓系統(tǒng)進行優(yōu)化，以適應(yīng)鉆錨機構(gòu)的聯(lián)接和驅(qū)動。鉆錨機構(gòu)為液壓驅(qū)動，由各自獨立的左右頂錨桿機構(gòu)、左右?guī)湾^桿機構(gòu)共13個鉆臂和支架組成，13個鉆臂聯(lián)接在機架上，機架再與掘進機截割部聯(lián)接。掘進機割煤時，鉆錨機構(gòu)由油缸拉回布置在截割部的兩側(cè)和上部。進行鉆錨作業(yè)時，截割頭落地，鉆錨機構(gòu)由油缸推出騎坐在截割部的左右。左右頂錨桿機構(gòu)通過各種油缸來調(diào)整姿態(tài)，找準錨桿孔的位置。錨桿機由液壓馬達驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)鉆孔；推進油缸和倍速機構(gòu)推動錨桿機沿滑道行進，實現(xiàn)鉆錨作業(yè)。左右?guī)湾^桿機構(gòu)通過上下油缸來調(diào)整姿態(tài)，找準錨桿孔的位置，作業(yè)方式與頂錨桿機構(gòu)相同，該設(shè)備具有以下優(yōu)勢[3]：

1）采用人工近控及遙控遠程控制兩種控制方式，根據(jù)實際使用情況進行操作，有效降低了工人勞動強度以及安全風險。

2）采用變頻調(diào)速控制，降低了設(shè)備啟動電流，減小了大功率機組啟動時對井下供電網(wǎng)絡(luò)的影響，并且調(diào)速節(jié)能，用電效率高，達到了更高的調(diào)速精度。

3）帶有伸縮功能的截割滾筒，巷道一次成型，成型率高、截割效率高；

4）帶有伸縮功能的收集裝置，與截割滾筒同寬，避免漏料；

5）帶有臨時支護護架，支撐頂板，減小空頂距，調(diào)高安全保護；

6）帶有運網(wǎng)機構(gòu)，便于機械化運網(wǎng)與鋼帶，降低勞動強度，調(diào)高對孔率；

7）具有多排錨桿機群，可以實現(xiàn)單控、排控、群控功能，提高機械化水平與智能化水平；

8）帶有各種傳感器及遙控器，所有操作實現(xiàn)遙控，提高智能化水平；

9）采用變頻調(diào)速驅(qū)動，使截割與進尺實現(xiàn)閉環(huán)控制，使截割與進尺實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)速度；

10）全部錨桿的錨固采用高性能錨桿機，提高機械化水平。

5 應(yīng)用效果

應(yīng)用情況：自主研發(fā)的13臂掘錨一體機，在同煤集團馬道頭礦3～5號層北四盤區(qū)2406（4 600 m×5.5 m×3.8 m）巷應(yīng)用，煤層厚度14.5～18.5 m，平均16 m，含2～5層夾矸。截止目前月掘進速度由240 m提高至600 m。

經(jīng)濟社會效益：掘錨一體機技術(shù)的研發(fā)，優(yōu)化了掘進工序，減少了正常掘進工藝過程中支護時間，大大提高了掘進效率?？s短工作面圈面時間，解決了煤礦采掘失調(diào)，生產(chǎn)銜接緊張的問題，保證礦井正常銜接需求、提高采區(qū)接續(xù)率和綜采工作面推進速度。實現(xiàn)安全、高效開采，同時節(jié)省了時間以及工人勞動強度，減少了事故率。為實現(xiàn)“綠色開采”奠定基礎(chǔ)。社會經(jīng)濟效益非?？捎^。

6 結(jié)語

結(jié)合掘進現(xiàn)狀與掘錨機組的優(yōu)缺點，同煤集團公司機電管理處對JOY EJM2×170掘錨機進行技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)改造，取得了較好的效果。該設(shè)備的應(yīng)用提高了煤巷掘進速度，打破了采掘失調(diào)的現(xiàn)狀，滿足礦井生產(chǎn)正常接續(xù)。