WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)研制及應(yīng)用

李龍飛,倪鎖紅

(1.陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司 桑樹坪二號井，陜西 韓城 715400；2.陜西陜煤韓城礦業(yè) 煤炭綠色安全高效開采工程研究中心，陜西 韓城 715400)

0 引言

隨著我國煤礦開采技術(shù)、裝備的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)能力進(jìn)一步增強(qiáng)，掘進(jìn)、回采工藝推陳出新；但同時礦井的防火工作也產(chǎn)生了新的問題，主要表現(xiàn)為：

1)大多數(shù)現(xiàn)代化礦井采煤工作面順槽采用連采機(jī)雙巷掘進(jìn)，兩巷之間聯(lián)絡(luò)巷較密集(平均約每100 m就有一個)，生產(chǎn)過程中需要及時封密，以免引起采空區(qū)相互串通，造成遺煤自燃。

2)為了提高工作面永久密閉的質(zhì)量，防止向采空區(qū)漏風(fēng)，目前大多數(shù)礦井工作面永久密閉墻厚度均施工5 m以上(即兩道各1 m厚的料石墻，中間充填3 m厚的黃土或粉煤灰)，井下材料運(yùn)輸量大，勞動量大，施工周期長，影響煤礦的正常生產(chǎn)。

3)為了解決密閉內(nèi)充填的黃土(粉煤灰)不能接頂密實問題，通常會向密閉墻內(nèi)注入有機(jī)膨脹材料提高密封效果，但黃土受潮或遇水具有濕陷性，巷道頂部形成漏風(fēng)供氧通道，容易引起采空區(qū)遺煤自燃。

目前采用的密閉方法為人工筑墻、填土的傳統(tǒng)方式封閉聯(lián)絡(luò)巷。由于巷道斷面大(超過20 m2)，工作面推進(jìn)速度快(日推進(jìn)速度超過10 m/d)，這種傳統(tǒng)的封閉方式工作效率較低，工人勞動強(qiáng)度大，且存在安全隱患，嚴(yán)重制約了礦井的安全高效生產(chǎn)。針對上述情況，陜煤研究院煤炭所密閉項目組通過對礦用無機(jī)固化充填材料、聯(lián)絡(luò)巷防火密閉墻結(jié)構(gòu)設(shè)計、密閉墻快速構(gòu)筑工藝、密閉墻快速構(gòu)筑技術(shù)成套設(shè)備、密閉質(zhì)量性能檢測、快速臨時密閉材料及工藝等方面的研究，制定出一套“柔性模袋+無機(jī)固化充填材料+膨脹接頂+噴涂柔性灰漿”系列充填密閉措施技術(shù)。但是在施工過程中，對于工作面掏槽作業(yè)，仍存在機(jī)械化程度低，勞動強(qiáng)度大等問題，且對于硬度較大的煤層(3

1 礦用巷道修復(fù)機(jī)的研制

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)(以下簡稱巷修機(jī))具有銑挖、破碎、挖掘裝載及平整巷道等多種巷道修復(fù)功能，整體結(jié)構(gòu)上其工作臂可左右90°擺動，并且具有伸縮功能，使工作臂能夠?qū)ο锏纻?cè)幫進(jìn)行上下直線銑挖作業(yè)，以滿足巷修掏槽作業(yè)需求；功能上通過配備的銑挖機(jī)、挖斗、破碎錘、推鏟等輔具，可實現(xiàn)銑挖掏槽、破巖、臥底、挖掘清理水溝小型配件吊裝等功能[3]。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)整機(jī)主要由銑挖工作臂、底盤、操縱臺、液壓系統(tǒng)、動力系統(tǒng)等組成,如圖1所示；整機(jī)采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，各部件相對獨(dú)立，結(jié)構(gòu)簡單，方便裝配和維修[4-5]。

1-挖斗;2-破碎錘;3-銑挖工作臂;4-底盤;5-操縱臺;6-液壓系統(tǒng);7-動力系統(tǒng)。

1.2 工作原理

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)利用銑挖工作臂的銑挖頭進(jìn)行銑挖作業(yè)，銑挖完成后，利用挖斗將煤或者石料裝載到刮板運(yùn)輸機(jī)、帶式輸送機(jī)、礦車或其他裝載設(shè)備上；液壓破碎錘破碎巷道內(nèi)突出巖石或混凝土底板，配合工作臂的升降進(jìn)行巷道日常維護(hù)作業(yè)，各工作機(jī)構(gòu)可通過快換裝置實現(xiàn)快速更換連接。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)見表1。

1.4 銑挖工作臂

銑挖工作臂主要由銑挖頭、銑挖油缸、小臂、小臂油缸、大臂和大臂油缸等組成[4],見圖2?？刂拼蟊塾透咨炜s可使大臂作上、下運(yùn)動，控制小臂油缸伸縮可使小臂作前后運(yùn)動；控制銑挖油缸伸縮可使銑挖頭作銑挖動作，銑挖頭上焊接齒座，截齒可拆裝，磨損后可以更換；破碎錘、鏟斗與銑挖頭可通過快換裝置互換使用，降低互換勞動強(qiáng)度，提高互換效率，充分發(fā)揮工作臂的性能。

表1 技術(shù)參數(shù)

1.5 底盤

底盤主要由底盤架、履帶總成、引導(dǎo)輪、張緊裝置、回轉(zhuǎn)式減速器、回轉(zhuǎn)架和減速機(jī)等組成,見圖3。底盤作為整機(jī)的基座部分，主要用于驅(qū)動整機(jī)行走及連接其余各部件；行走減速機(jī)采用行星齒輪減速，內(nèi)置液壓馬達(dá)和平衡閥，馬達(dá)與減速機(jī)之間有液壓制動器，驅(qū)動輪直接安裝在減速機(jī)外殼上；當(dāng)液壓系統(tǒng)向行走馬達(dá)供油時，首先打開馬達(dá)與減速機(jī)間的液壓制動器，然后高壓油驅(qū)動馬達(dá)轉(zhuǎn)動，通過減速機(jī)使驅(qū)動輪轉(zhuǎn)動，帶動履帶實現(xiàn)整機(jī)的前進(jìn)、后退或轉(zhuǎn)彎。引導(dǎo)輪起支撐和導(dǎo)向作用。托鏈板用于承托上部履帶的重量，不讓其下垂過多，以減少運(yùn)動時上部履帶振動。張緊裝置中的張緊油缸可使履帶適度張緊，履帶太緊會增加推進(jìn)阻力，加速磨損，減少履帶使用壽命，履帶太松則容易脫落。

1-銑挖頭;2-伸縮臂;3-油缸;4-油缸;5-油缸;6-大臂;7-回轉(zhuǎn)架。

1-推鏟;2-引導(dǎo)輪;3-回轉(zhuǎn)式減速器;4-回轉(zhuǎn)架;5-張緊裝置;6-履帶總成;7-底盤架;8-減速器。

推鏟機(jī)構(gòu)主要由推鏟、推鏟油缸和連接架組成，可用于平整修復(fù)后巷道；回轉(zhuǎn)式減速器是一種將直線運(yùn)動轉(zhuǎn)化為圓周運(yùn)動的液壓件，可以實現(xiàn)整個銑挖臂旋轉(zhuǎn)±90°，增加銑挖工作范圍，提高銑挖效率。

2 工業(yè)性試驗情況

2.1 試驗地點(diǎn)簡介

陜煤集團(tuán)神木張家峁礦業(yè)有限公司成立于2006年1月16日，是由陜西煤業(yè)股份有限公司和神木市國有資產(chǎn)運(yùn)營公司共同出資組建的國有股份制企業(yè)。張家峁煤礦位于陜西省神木縣北郊，井田面積51.98 km2，地質(zhì)儲量8.65億t，可采儲量5.43億t，可采煤層7層，核定產(chǎn)能為1 000萬t/a。

2.2 巷道地質(zhì)條件和支護(hù)方式

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)用于張家峁礦14209工作面綜采設(shè)備回撤聯(lián)巷及工作面回風(fēng)順槽、膠運(yùn)順槽密閉施工的開槽作業(yè)。

聯(lián)巷及順槽巷道均為矩形巷道，平巷，底板為混凝土硬化地面，頂部留有約100 mm厚度的煤，上面是巖石，兩側(cè)幫為煤，在距底板1 m左右高度有一層厚度約100 mm的夾矸，煤質(zhì)較硬，平均硬度約f4。

各順槽及聯(lián)巷支護(hù)型式相近，其中頂板為錨網(wǎng)、托梁、錨索、W鋼帶聯(lián)合支護(hù)，錨桿間排距為1.0～1.2×1.0～1.2 m；側(cè)幫采用錨桿(鋼制錨桿、玻璃鋼錨桿)、錨網(wǎng)(鋼錨網(wǎng)、塑料錨網(wǎng))支護(hù)，錨桿間排距為1.2×1.2 m。巷道斷面寬度為5.2～6.0 m，高度為3.3 m。

2.3 掏槽作業(yè)工藝流程

每條巷道開兩道槽，分別是1.5 m和1.1 m，對兩側(cè)幫及頂板進(jìn)行三面開槽，其中頂板開槽深300 mm，兩側(cè)幫開槽深500 mm。

進(jìn)行掏槽作業(yè)前，礦方已把需開槽處的錨網(wǎng)、鋼帶拆除，錨桿只是去除了托盤。開槽作業(yè)時，先掏側(cè)幫槽，首先將整機(jī)平行于巷道側(cè)幫置于巷道中，工作臂擺動90°，整機(jī)通過行走調(diào)整機(jī)身位置，使銑挖頭接觸到側(cè)幫煤壁，自下而上進(jìn)行銑挖掏槽；因槽寬大于銑挖頭寬度(銑挖頭寬度795 mm)，掏槽時需通過工作臂擺動或前后移機(jī)完成整個槽寬的銑挖。完成側(cè)幫槽銑挖后，工作臂垂直于機(jī)身位姿銑挖部分頂部槽(長約為800～1 000 mm)，剩余頂部槽需擺正工作臂，通過擺臂、伸縮及移機(jī)的復(fù)合動作完成銑挖。銑挖掏槽時，碰到玻璃鋼錨桿可輕易打碎、銑掉，碰到鋼制錨桿也可依靠銑挖頭進(jìn)行硬性銑挖，直至將鋼制錨桿打入煤壁。

2.4 設(shè)備試驗運(yùn)行情況

巷修機(jī)于12月4日早8點(diǎn)班開始使用，由于礦方為首次使用液控操作、橫軸式銑挖頭進(jìn)行掏槽作業(yè)，操作不熟練，第一次掏槽掏一道1.5 m寬槽用時約3.5 h；隨著操作逐漸熟練及司機(jī)對整機(jī)工作性能的熟悉，目前掏一道槽平均用時約1 h 30 min。至12月10日早班，共完成了8條巷道16道槽的掏槽作業(yè)。

目前張家峁礦14209工作面所有需密閉巷道均已完成掏槽作業(yè)，礦方已將設(shè)備移至14210工作面進(jìn)行聯(lián)巷密閉的掏槽作業(yè)，表2為工業(yè)性試驗期間掏槽作業(yè)情況統(tǒng)計表。

表2 掏槽作業(yè)統(tǒng)計

2.5 工業(yè)性試驗期間出現(xiàn)的設(shè)備故障及處理情況

1)壓力表振壞、漏油。故障原因及處理方法：銑挖作業(yè)時由于壓力變動頻繁造成壓力表振壞、漏油；已將壓力表更換為測壓接頭+外接壓力表型式。

2)推鏟油缸液壓鎖損壞。故障原因及處理方法：設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)、卸車時，推鏟先接觸到地面，造成推鏟液壓缸無桿腔壓力增大，壓力沖擊將油缸液壓鎖閥芯沖壞，已更換新液壓鎖。

3 結(jié)論

WPZ-75/700型礦用巷道修復(fù)機(jī)工業(yè)性試驗期間設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，從整體性能上看，能夠滿足煤礦巷道密閉墻砌墻槽的機(jī)械化開挖作業(yè)，與人工掏槽作業(yè)相比，掏槽工作效率大幅度提高。巷修機(jī)掏槽作業(yè)過程中，整機(jī)體現(xiàn)出了以下作業(yè)特點(diǎn)：

1)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，體積小，便于小斷面巷道作業(yè)。

2)采用大功率、橫軸式銑挖頭，銑挖動力強(qiáng)勁，掏槽成型效果好。

3)銑挖工作臂設(shè)計緊湊、體積小，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，適用于掏槽作業(yè)。

4)整機(jī)電控系統(tǒng)元件采用知名品牌產(chǎn)品，操作方便，性能可靠。

5)液壓系統(tǒng)采用負(fù)載敏感變量控制系統(tǒng)，設(shè)計合理，運(yùn)行穩(wěn)定且可靠性高。