礦用EBZ160T 型掘探一體機的設(shè)計研究

池中鋒

（潞安集團余吾煤業(yè)公司，山西 長治 046100）

1 常用前探方式

目前，我國煤礦安全開采規(guī)定，在進行挖掘開采的過程中，必須嚴(yán)格按照“有掘必探，先抽后掘”的原則。當(dāng)前，在前探設(shè)備上面設(shè)置的煤礦用液壓鉆機主要采用獨立形式的機器[1-2]。如圖1 所示。在實施鉆探時，工作人員可以在迎頭中組裝各個子單元，當(dāng)完成組裝之后進行檢測。完成探測后，需要把液壓鉆機拆除，同時將其搬運到掘進機的后方。通過對整個過程進行分析發(fā)現(xiàn)，鉆探工作比較復(fù)雜，反復(fù)拆卸嚴(yán)重制約工作效率，同時大大增加了工人的勞動強度，從而制約掘進機工作面的進尺速度。

圖1 煤礦用液壓鉆機

2 EBZ160T 型掘探一體機的設(shè)計

在實施掘進機與前探鉆機交替工作時，往往伴隨著一些運行問題，為此應(yīng)對工藝以及裝備進行升級處理。以EBZ160 型懸臂式掘進機為基礎(chǔ)，構(gòu)思一種能夠同時實現(xiàn)掘與探的設(shè)備。在對現(xiàn)有的設(shè)備進行全面的探究之后發(fā)現(xiàn)，可以將ZY-750 型液壓鉆機以及相應(yīng)的EBZ160 型懸臂式掘機進行結(jié)合，得到EBZ160T 型掘探一體化集成裝備，從而能夠在煤巷以及相應(yīng)的半煤巖巷道實現(xiàn)快速掘進，同時能夠在迎頭、兩幫以及頂板位置實現(xiàn)超前探測。

2.1 總體設(shè)計

在實施設(shè)計的過程中，把液壓前探鉆機設(shè)置在掘進機的左側(cè)，其作業(yè)工作臺是以掘進機履帶支撐裝置為基礎(chǔ)，通常BZ160T 型掘探一體機包括截割單元、裝載單元、刮板輸送機單元、機架單元、行走單元、液壓單元、電氣單元和液壓鉆機單元等，見圖2。

圖2 EBZ160T 型掘探一體機總體布置

1）截割單元。對于截割單元而言，所選用的電機為160 kW 恒功率的雙速截割機。在進行截割時，通常將電截割電機轉(zhuǎn)速的參考依據(jù)為劃分煤巖硬度的參考，并將其劃分為高度與低速。當(dāng)處于低速狀態(tài)其扭矩比較大，因此能夠滿足硬巖截割。當(dāng)處于高速狀態(tài)時，其相應(yīng)的輸出扭矩比較小，因此能夠滿足軟巖層。對于EBZ160T 型掘探的總體設(shè)計，其能夠有效地適應(yīng)挖掘環(huán)境，而且能夠節(jié)約時間以及極大地提高截割效率。

2）裝載單元。在探究裝載單元時，三爪星輪的驅(qū)動方式為低速大扭矩液壓馬達，進而能夠極大地優(yōu)化機構(gòu)的可靠性，并且可以有效地優(yōu)化鏟板星輪，從而實現(xiàn)裝載煤巖的目的。

3）刮板輸送機單元。對于刮板輸送機而言，其選擇低速大扭液壓馬達對鏈輪進行驅(qū)動。通?？梢栽谝簤汗艿乐性O(shè)置溢流閥。當(dāng)較大的巖石下落時，通常會卡在龍門上面，因此對刮板鏈以及驅(qū)動裝置不會帶來損壞的現(xiàn)象。一般可以選用液壓缸來控制刮板鏈條的張緊情況，從而能夠有效地優(yōu)化勞動強度。

4）機架單元。在設(shè)計機架單元時，一般可以將其設(shè)計成為分體式結(jié)構(gòu)，可以便于其他部件安全下井，該結(jié)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)臺、前機架、中機架、后機架、后支撐架等。其中后支撐架主要實現(xiàn)如下功能：當(dāng)處于臥機狀態(tài)時，能夠便于在履帶板下面設(shè)置枕木實現(xiàn)自救；設(shè)置撐緊底板能夠有效地提高機器的截割位置的穩(wěn)定性；在履帶鏈斷鏈的過程中使用該結(jié)構(gòu)，能夠優(yōu)化操作流程；當(dāng)抬起機器后端時，能夠有效地提高臥底的深度。

5）行走部單元。在設(shè)計行走單元的過程中，可以將其結(jié)構(gòu)設(shè)計成為無支重輪履帶式，這樣不僅可以有效地提高機器的穩(wěn)定性，而且能夠極大地降低機器故障。其中行走單元包括導(dǎo)向張緊裝置、履帶鏈、履帶架、行走減速器、制動器和液壓馬達等。

6）液壓系統(tǒng)單元。在設(shè)計液壓主泵時，將其工作過程設(shè)計成為電機驅(qū)動兩聯(lián)柱塞泵，這時油缸行走回路實現(xiàn)給裝在輸送機回路供油，同時將主系統(tǒng)設(shè)計成為兩個獨立的開始系統(tǒng)。通常泵站油箱選用一體化的形式進行設(shè)計，在油箱中設(shè)置油溫溫度計，這樣能夠便于對油壓的狀態(tài)進行監(jiān)測，同時液壓油缸均設(shè)置有安全閥。

7）液壓鉆機單元。圖3 表示相應(yīng)的液壓鉆機裝置，將其設(shè)置在機身左側(cè)，鉆機液壓系統(tǒng)和掘進機液壓系統(tǒng)進行集成，同時形成相互閉鎖的狀態(tài)，通常可以借助該操作對機構(gòu)的動作進行控制，進而完成工作面的探孔探測。

8）供水系統(tǒng)單元。在設(shè)計供水系統(tǒng)時，其功能為滅塵以及冷卻，同時給液壓鉆機鉆供水。一般供水系統(tǒng)在進行供水時，在輸水管道和總進液球閥位置設(shè)置粗過濾器，最后可以借助減壓閥將壓強降低到1.5 MPa 后，給冷卻油箱、截割機以及泵站電機供水。

9）電氣系統(tǒng)單元。對于電氣系統(tǒng)而言，其主要包括前級饋電開關(guān)、礦用隔爆型操作箱、隔爆型掘進機LED、礦用車載式甲烷斷電儀和掘進機用礦用隔爆控制柜等。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

圖3 液壓鉆機系統(tǒng)布置

EBZ160T 掘探一體機主要技術(shù)參數(shù)為，機身長11 m，機身寬2.8 m，機身高2 m，機重56 t，接地比壓0.145 MPa，截割功率160 kW，適應(yīng)巷道坡度±18°，定位可掘最大高度4.0 m，定位可掘最大寬度5.5 m，供電電壓1 140 V。鉆機技術(shù)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩750～280 N·m，額定轉(zhuǎn)速105～270 r/min，最大給進力40 kN，最大起拔力30 kN，給進/起拔行程850 mm，鉆桿直徑準(zhǔn)50 mm，馬達排量160 mL/r。

3 EBZ160T 型掘探一體機掘、探工藝

EBZ160 型掘探一體機設(shè)置有兩個工作狀態(tài)：掘進狀態(tài)和鉆探狀態(tài)。在工作的過程中可以借助液壓系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)互鎖。為了能夠保證機器的操作安全性，掘進機所對應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)和液壓鉆機機構(gòu)之間能夠?qū)崿F(xiàn)動作互鎖，從而可以有效地提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以安全性。

3.1 掘進狀態(tài)

當(dāng)設(shè)備需要從液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成為掘進狀態(tài)時，設(shè)備的操作步驟為：點擊電機油泵電機啟動按鈕→啟動輸送帶裝載機→開啟刮板機→啟動裝載機→截割頭動作。掘進設(shè)備會依據(jù)煤層的相關(guān)參數(shù)完成截割斷面諸如：斷面的大小、調(diào)整截割線路以及截割深度等。

3.2 鉆探狀態(tài)

1）準(zhǔn)備。在鉆探之前應(yīng)該做好準(zhǔn)備工作，其中首先把截割頭設(shè)置在掘進機右側(cè)，因此能夠保證截割機停止時，掘進機處于工作狀態(tài)。

2）鉆探。對主控制臺進行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)掘進機液壓與前探鉆機液壓之間的切換。在把液壓鉆機輸送給迎頭時，基座往往可以借助定位裝置將其固定，從而能夠有效地優(yōu)化鉆探機的穩(wěn)定性。在對前探鉆孔布局進行分析，可以在鉆機操作臺操作設(shè)在鉆臂上的如下機構(gòu)：升降油缸、推進油缸、擺動油缸等，這樣能夠保證鉆機達到鉆探的位置，如圖4 所示。

對于前探鉆機而言，其鉆探功能顯得尤為重要，包括回轉(zhuǎn)器馬達正反轉(zhuǎn)、起下鉆轉(zhuǎn)換和鉆機給進起拔。這樣可以借助操作鉆機上設(shè)置的手柄起到鉆探功能，因此能夠起到前探能力。

4 EBZ160T 型掘探一體機的特點

1）設(shè)計出懸臂式掘進機與鉆探液壓鉆機為一體的設(shè)備；

2）實現(xiàn)掘探的交替工作，因此能夠優(yōu)化掘與探的工作效率，與此同時可以提高掘進進尺尺度；

圖4 鉆探狀態(tài)

3）設(shè)計滑軌式驅(qū)動裝置，其包括馬達、減速器以及鏈條等機構(gòu)，這樣能夠保證鉆機平穩(wěn)的運作。

5 應(yīng)用效果

在2018 年，潞安集團某礦首次安裝了EBZ160T型掘探一體機并在2206 運輸巷進行實驗，同時配合由掘進支護裝置、錨桿轉(zhuǎn)載機組以及相應(yīng)的除塵系統(tǒng)。在進行前探工作時，配置2 名工人，其鉆探深度達到100 m，所用時間為120 min，經(jīng)過工程實踐發(fā)現(xiàn)機載鉆機性能穩(wěn)定，不僅減少了工作時間，而且能夠極大地降低勞動強度。同時能夠優(yōu)化鉆探效率，大大提高了進尺效率，為鉆探工作實現(xiàn)自動化控制做出貢獻。