礦井綜掘拐彎開門快速轉(zhuǎn)運(yùn)施工技術(shù)研究

胡曉偉

（霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè)， 山西 臨汾 041600）

引言

綜合機(jī)械化掘進(jìn)是煤礦隧道的有效掘進(jìn)方法中常會(huì)被用到的一種，其中懸臂式掘進(jìn)機(jī)是使用最廣泛的,在井下作業(yè)過程中較為常見。這種掘進(jìn)方式中包含懸臂掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)、伸縮式皮帶輸送機(jī)（或刮板輸送機(jī)）、單螺栓鉆機(jī)、通風(fēng)除塵設(shè)備和電源系統(tǒng)等重要部件。懸臂式掘進(jìn)機(jī)配套工藝圖如圖1所示。

圖1 掘進(jìn)機(jī)具體配套工藝圖

1 傳統(tǒng)拐彎開門技術(shù)分析

在旋轉(zhuǎn)和打開門的構(gòu)造中，經(jīng)常遇到的是，門的打開垂直于或靠近采礦巷道。早期，爆破方法經(jīng)常被用來開門，但是這種方式不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大，危險(xiǎn)系數(shù)高；然后就使用拐彎的方式來直接轉(zhuǎn)動(dòng)以打開門。但是，普通掘進(jìn)機(jī)的長(zhǎng)度幾乎都達(dá)到了10 m左右，超過了煤礦巷道的寬度。很難繼續(xù)使用以前的“掘進(jìn)機(jī)-皮帶輸送機(jī)”匹配方法，需要卸下橋式轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)并安裝刮板輸送機(jī)，使其與皮帶輸送機(jī)尾部重疊；掘進(jìn)機(jī)的第一條輸送機(jī)的尾部安裝有一個(gè)側(cè)面卸料斜槽，煤矸石通過斜槽的側(cè)面排到刮板輸送機(jī)上，然后人工運(yùn)送到刮板輸送機(jī)以完成轉(zhuǎn)移操作。隨著前進(jìn)鏡頭的增加，刮板輸送機(jī)需要擴(kuò)展。進(jìn)入角落約80 m，然后打開門，拆下刮板輸送機(jī)，將皮帶輸送機(jī)穿過角落延伸以打開門，將轉(zhuǎn)移皮帶輸送機(jī)安裝到道路皮帶輸送機(jī)的末端，然后重新安裝橋式輸送機(jī)。該工藝作業(yè)環(huán)節(jié)多、時(shí)間長(zhǎng)、效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、安全性差等。

國(guó)內(nèi)煤巷掘進(jìn)主要采用懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行切割作業(yè)，其第一臺(tái)輸送機(jī)為固定式結(jié)構(gòu)。掘進(jìn)機(jī)的后部與橋式傳輸帶輸送機(jī)（二次運(yùn)輸）連接。橋式傳輸帶式輸送機(jī)的一端搭在帶式輸送機(jī)的尾部。煤石通過橋式輸送帶輸送機(jī)輸送到帶式輸送機(jī)。機(jī)器的尾部完成了煤石的輸送。橋式皮帶輸送機(jī)可以左右擺動(dòng)的角度范圍為±20°，這樣就可以完美解決掘進(jìn)機(jī)左右移動(dòng)的問題。正因?yàn)樵诠ぷ鲿r(shí)門必須處于打開的狀態(tài)，掘進(jìn)機(jī)的行進(jìn)方向與橋式傳送帶輸送機(jī)在轉(zhuǎn)向時(shí)的軸向之間的角度接近90°。此時(shí)，橋式輸送帶輸送機(jī)不能與帶式輸送機(jī)的尾部軌道重疊，導(dǎo)致煤石不能輸送。目前，許多國(guó)內(nèi)實(shí)踐是拆除橋式輸送帶輸送機(jī)，臨時(shí)安裝刮板輸送機(jī)，將煤石手動(dòng)排到刮板輸送機(jī)，然后通過刮板輸送機(jī)將煤石輸送到帶式輸送機(jī)的尾部。該過程有很多環(huán)節(jié)，刮板輸送機(jī)的安裝、擴(kuò)展和拆卸工作量大、勞動(dòng)強(qiáng)度大，嚴(yán)重影響了角開門的施工速度。同時(shí)，它引起諸如復(fù)雜的工作環(huán)境和工作面安全性差的問題。為了解決上述問題，在現(xiàn)有綜合挖掘機(jī)的切割方法的基礎(chǔ)上，提出了包括二次重印，長(zhǎng)途運(yùn)輸，卸貨在內(nèi)的一套多功能機(jī)械化轉(zhuǎn)運(yùn)方案，以開發(fā)配套的施工設(shè)備。具體的支撐技術(shù)為：在綜合挖掘機(jī)的后部連接了三臺(tái)皮帶輸送機(jī)，在綜合挖掘機(jī)的輸送機(jī)的尾部設(shè)有旋轉(zhuǎn)皮帶輸送機(jī)，并將矸石通過機(jī)器輸送到另一臺(tái)遙控履帶輸送機(jī)上，然后輸送到最后的提升皮帶輸送機(jī)。

2 拐彎開門快速運(yùn)輸方案

2.1 回轉(zhuǎn)輸送機(jī)結(jié)構(gòu)

為了使掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)彎過程中的補(bǔ)給問題得到完美處理，本研究設(shè)計(jì)了一種短式皮帶輸送機(jī)。一端連接到掘進(jìn)機(jī)的第二滑架，一端通過回轉(zhuǎn)裝置連接到遙控履帶式輸送機(jī)。它由電鼓驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)功率約為15 kW。掘進(jìn)機(jī)的第一條輸送機(jī)的輸送能力為4 m3/min。確定皮帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)輸送能力大于6 m3/min，皮帶輸送機(jī)的寬度為800mm。機(jī)身的長(zhǎng)度約為7000mm，皮帶輸送機(jī)相對(duì)于掘進(jìn)機(jī)可達(dá)到±60°左右的旋轉(zhuǎn)角度，方便煤煤矸石。在轉(zhuǎn)彎之后，可以添加一個(gè)中間部分來擴(kuò)展皮帶輸送機(jī)，并更換跑道小車以用作第二次運(yùn)輸。

2.2 遙控履帶運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)

遙控履帶輸送機(jī)的構(gòu)造較為簡(jiǎn)單,主要包括履帶行走部分、皮帶輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)支承、無線遙控系統(tǒng)和液壓泵站等部分。設(shè)備的前滑軌裝有回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，該回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與第一部分相連，回轉(zhuǎn)角度大約可以達(dá)到±60°，滑軌行程為1 500 mm，并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵站提供每個(gè)部分的電源，步行速度為12 m/min。帶式輸送機(jī)通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)設(shè)置在履帶上，與履帶的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度大約達(dá)到了±120°。它由帶滾輪的電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)。扭矩達(dá)到2 000～3 000 N·m左右，皮帶速度大于1.6 m/s，滿足進(jìn)料方面的要求。

它采用前低后高的形式，大概在第三節(jié)的位置進(jìn)行送料。這種形式的履帶行走平穩(wěn)，爬坡能力強(qiáng)。它適用于地板條件較為復(fù)雜的道路，并具有阻力結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)彎后，中間部分可以擴(kuò)展來用作履帶式自動(dòng)移動(dòng)機(jī)的尾巴。

2.3 提升式運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)

提升皮帶輸送機(jī)使用橡膠輪移動(dòng)，并且可以手動(dòng)調(diào)整位置，以將遠(yuǎn)程履帶式輸送機(jī)上的煤石以15°的角度發(fā)送到提升皮帶輸送機(jī)。設(shè)備長(zhǎng)約6 000 mm，寬約1 100 mm。它使用由遠(yuǎn)程控制的履帶式輸送機(jī)的泵站提供的動(dòng)力。滾筒由電機(jī)減速器驅(qū)動(dòng)。皮帶速度超過1.6 m/s。輸送量超過了6 m3/min，滿足了進(jìn)料要求，轉(zhuǎn)彎后退出。

2.4 無線遙控控制系統(tǒng)

遙控履帶式輸送機(jī)采用遠(yuǎn)程控制，方便操作人員操作，可時(shí)刻注意到煤矸石運(yùn)輸?shù)恼w情況。整個(gè)單元在三維參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件Solid Works的環(huán)境下構(gòu)建，以建立設(shè)備的虛擬原型模型并執(zhí)行干涉檢查以避免結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。在該項(xiàng)研究中,有限元方法（FEM）用于分析機(jī)械結(jié)構(gòu)并優(yōu)化設(shè)計(jì)，以確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度并減輕設(shè)備的整體重量?？傮w的設(shè)備方案示意圖如圖2所示。

3 關(guān)鍵指標(biāo)

開門快速轉(zhuǎn)移方案設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

旋轉(zhuǎn)皮帶輸送機(jī)使用第二個(gè)運(yùn)輸支架連接至掘進(jìn)機(jī)的尾部。連接皮帶軸可使皮帶輸送機(jī)旋轉(zhuǎn)±60°。皮帶運(yùn)輸機(jī)的接收端設(shè)置有一個(gè)靈活的接收料斗，它可以適應(yīng)不同的角度的落料。同時(shí)，在這個(gè)裝置中還應(yīng)該配有一個(gè)懸臂角度調(diào)節(jié)裝置，以確保下料高度適合生產(chǎn)。在該方案中，由于鏜床的落料尺寸，每個(gè)機(jī)構(gòu)應(yīng)高度集成，緊湊且靈活，并且生產(chǎn)能力應(yīng)滿足生產(chǎn)需求。針對(duì)落料點(diǎn)的設(shè)計(jì),主要考慮是增設(shè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌小車這兩個(gè)配件。然后再根據(jù)地下的具體條件，來確定采用履帶行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自主行走。研究現(xiàn)有掘進(jìn)機(jī)和皮帶輸送機(jī)的技術(shù)參數(shù)，以確定此部分皮帶輸送機(jī)中使用的電機(jī)減速器的扭矩和皮帶速度，由于設(shè)備的高度要求低，液壓泵站和控制系統(tǒng)隱藏在車身下方，并且每個(gè)動(dòng)作都可以通過遙控器執(zhí)行。

圖2 設(shè)備總體方案示意

表1 拐彎開門快速轉(zhuǎn)運(yùn)方案設(shè)備的主要技術(shù)指標(biāo)

4 結(jié)論

1）拐彎式的快速運(yùn)輸解決方案在實(shí)現(xiàn)機(jī)械操作、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作環(huán)境等方面帶來了方便，達(dá)到了“機(jī)械化、自動(dòng)化、減少人員”的目的。它為提供智能采礦、動(dòng)能轉(zhuǎn)換等解決了技術(shù)方面的難題。

2）該方案減少了在巷道內(nèi)開門的操作環(huán)節(jié)，在鉆孔爆破過程中將不再存在安全隱患，提高了隧道開挖和施工的安全性和可靠性。

3）掘進(jìn)工作面人數(shù)減少，拐彎開門的效率提高近20%左右,并且刮板輸送機(jī)的安裝和拆卸時(shí)間得以減少，挖掘速度得到提高，具有實(shí)際推廣意義。