礦用掘進(jìn)機(jī)截割頭損壞原因及優(yōu)化改進(jìn)

杜慧玉

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

1 8310高抽巷概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司8310高抽巷位于三盤區(qū)東翼偏南一側(cè)，工作面北部為8309 工作面（未開拓），南部為村莊鐵路保護(hù)煤柱，西部為三盤區(qū)主要3 條大巷，東至保護(hù)煤柱為界。

8310 高抽巷設(shè)計(jì)長度總長2 712.336 m（從8310頂板高抽巷回風(fēng)繞道往里算起）；巷道掘進(jìn)設(shè)計(jì)為矩形斷面寬×高=4.0 m×3.1 m，斷面面積為12.4 m2；煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且大多分叉。3-2-5 號(hào)層利用厚度為：4.83～12.51 m，平均8.96 m。煤層中含2～7 層夾矸，厚度為0.05～0.58 m，巖性為黑色泥巖、高嶺巖；3-1號(hào)層厚度為0.92～2.80 m，平均1.60 m，與3-2-5 號(hào)煤層間距在0.80～4.54 m 之間，平均2.87 m。

8310 高抽巷采用機(jī)械化掘進(jìn)工藝，巷道采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，截至2020 年7 月12 日，8310 高抽巷已掘進(jìn)540 m，由于受地質(zhì)條件、掘進(jìn)工藝以及設(shè)備管理維護(hù)力度等影響，巷道掘進(jìn)前期掘進(jìn)機(jī)頻繁出現(xiàn)故障，其中掘進(jìn)機(jī)截割頭故障占比達(dá)60%，根據(jù)機(jī)掘一隊(duì)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)巷道掘進(jìn)前期EBZ260型掘進(jìn)機(jī)截割頭共計(jì)發(fā)生12 起故障，維修費(fèi)用達(dá)60余萬元。

2 掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)及故障分析

2.1 EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)

1）8310 高抽巷采用的EBZ260 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)切割、裝載、運(yùn)輸作業(yè)工序，可用于煤及半煤巖巷以及全巖巷道內(nèi)，最大允許截割面積為31 m2，最大允許截割硬度為80 MPa，最大允許坡度為±18°。

2）EBZ260 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)主要由截割部、鏟板部、第一運(yùn)輸機(jī)、行走部、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成，具體技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 EBZ260 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 掘進(jìn)機(jī)截割頭故障分析

2.2.1 截齒損壞

EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)齒座主要采用20CrNiMo6 材料焊制而成，齒座呈螺旋狀，利用安裝在齒座上的截齒三維空間姿態(tài)進(jìn)行定位，在巷道掘進(jìn)過程中截割頭齒座損壞為常見故障，主要表現(xiàn)為齒座開焊、斷裂、磨損以及齒座變形等[1-2]。

1）齒座開焊：齒座開焊主要是因齒座焊接工藝所致，由于掘進(jìn)機(jī)截齒、截割頭以及齒座具有較高的碳含量，同時(shí)在進(jìn)行齒座焊接時(shí)無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)焊接，從而無法保證截割頭各個(gè)截齒具有同樣的預(yù)熱溫度，導(dǎo)致齒座焊接縫具有淬硬或者冷裂傾向，造成結(jié)構(gòu)處材質(zhì)韌性降低，易出現(xiàn)裂紋，降低了齒座的整體穩(wěn)定性[3]。

2）截齒齒座斷裂、變形：掘進(jìn)機(jī)截齒斷裂、變形原因主要表現(xiàn)在以下幾方面：截齒磨損嚴(yán)重后未及時(shí)更換，導(dǎo)致齒座產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，降低了齒座強(qiáng)度；在焊接齒座時(shí)齒座位置發(fā)生了偏移，導(dǎo)致截齒安裝后偏移齒座上的截齒受力大，截齒對(duì)齒座產(chǎn)生較大的撕裂作用力，致使齒座斷裂。

2.2.2 截割頭嚴(yán)重磨損

掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中截割頭主要表現(xiàn)在大端頭，截割頭在破巖、掃底過程中，煤巖體將截割頭掩埋，由于截割頭大端頭未安裝截齒，不會(huì)對(duì)端頭進(jìn)行保護(hù)作用，造成煤巖體對(duì)截割頭產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，隨著磨損量增加截割頭縮短，當(dāng)截割頭磨損至截齒處時(shí)，對(duì)齒座產(chǎn)生磨損，并導(dǎo)致截割頭斷裂。

2.2.3 導(dǎo)料板出現(xiàn)磨損

掘進(jìn)機(jī)截割頭導(dǎo)料板主要有異響兩方面作用：截割頭在掘進(jìn)過程中煤矸沿導(dǎo)料板螺旋方向排除，從而降低截割頭磨損；導(dǎo)料板可對(duì)截割頭齒座進(jìn)行保護(hù)作用，降低齒座磨損現(xiàn)象。

導(dǎo)料板主要采用高錳鋼材質(zhì)制成，并在其表面涂抹耐磨材料，耐磨材料一般涂抹在導(dǎo)料板上表面，且厚度有限，導(dǎo)料板下表面以及邊緣處未涂抹耐磨材料，在掘進(jìn)過程中，導(dǎo)料板邊緣磨損嚴(yán)重出現(xiàn)刀刃狀，隨著磨損量加大導(dǎo)料板厚度逐漸變薄出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，而且導(dǎo)料板磨損后降低了對(duì)齒座保護(hù)作用。

3 掘進(jìn)機(jī)截割頭優(yōu)化改進(jìn)措施

為了降低EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)截割頭故障率，保證掘進(jìn)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

3.1 齒座定位方法優(yōu)化改進(jìn)

1）在進(jìn)行定位齒座位置時(shí)必須保證4 個(gè)角度值、1 個(gè)高度值以及1 個(gè)徑向值，4 個(gè)角度值分別為圓周角、轉(zhuǎn)角、倒角以及仰角；高度值指的是截齒安裝后利用高度尺測量齒尖到齒座高度，從而定位齒座高度；圓周角主要利用圓周尺徑向確定，轉(zhuǎn)角、倒角以及仰角操作人員手工即可確定。

2）施工人員技術(shù)水平直接影響著齒座定位精度，一旦定位不準(zhǔn)，齒座位置的轉(zhuǎn)角、倒角以及仰角會(huì)產(chǎn)生很大誤差，安裝截齒后截齒出現(xiàn)受力不均現(xiàn)象，在掘進(jìn)過程中截割頭受力不穩(wěn)定，所以必須合理科學(xué)地進(jìn)行齒座定位，保證齒座定位后具有合理的姿態(tài)。

3.2 焊接工藝優(yōu)化改進(jìn)

由于當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)截割滾筒主要采用碳含量較高的ZG16Mn 材料或42CrMo 材料焊制而成，制成的部件會(huì)具有較明顯的淬硬性且焊接難度大；當(dāng)前主要采用手工氧焊方式，在焊接作業(yè)過程中由于無法有效控制焊接溫度，且焊接時(shí)焊接路徑、焊接工序不合理，造成焊接質(zhì)量差，在使用過程中很容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象；所以可對(duì)焊接工藝進(jìn)行優(yōu)化，采用機(jī)械手臂實(shí)施自動(dòng)焊接，提前將焊接工序輸入至控制程序內(nèi)，并利用溫度傳感器監(jiān)測焊接溫度，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)焊接且確保焊接溫度穩(wěn)定。

3.3 增強(qiáng)截割頭、導(dǎo)流板耐磨強(qiáng)度

為了提高截割頭大端頭以及導(dǎo)流板底部、兩側(cè)耐磨強(qiáng)度，對(duì)截割頭以及導(dǎo)流板底部采用爆炸粘接工藝將耐磨材料焊接在其表面，從而可有效增加耐磨性，降低磨損量，提高截割頭以及導(dǎo)流板的使用壽命。

3.4 其他優(yōu)化改進(jìn)措施

1）科學(xué)選配掘進(jìn)機(jī)型號(hào)：由于不同型號(hào)的掘進(jìn)機(jī)破巖強(qiáng)度不同，如EBZ200 型掘進(jìn)機(jī)鏟板寬度為3.0 m，截齒數(shù)量為50，截割頭適用于全煤或半煤巖巷，以及巖體強(qiáng)度低于50 MPa 的全巖巷道內(nèi)，對(duì)于巖體強(qiáng)度大于55 MPa 的全巖巷，可選用EBZ260 型或截割頭強(qiáng)度更高的掘進(jìn)機(jī)。

2）優(yōu)化液壓元件：對(duì)掘進(jìn)機(jī)各類液壓元件進(jìn)行優(yōu)化，如油缸結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，密封原件合理選型，選用質(zhì)量保證的平衡閥，并對(duì)操作臺(tái)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，采用滑閥式雙平衡結(jié)構(gòu)代替平衡閥，從而保證掘進(jìn)機(jī)動(dòng)態(tài)平衡。

3）優(yōu)化整機(jī)參數(shù)：對(duì)掘進(jìn)機(jī)整機(jī)各個(gè)回路實(shí)際運(yùn)行速度進(jìn)行優(yōu)化，保證掘進(jìn)機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，整機(jī)優(yōu)化改進(jìn)后保證各類配件如截割頭、鏟板等與原件可互換使用；對(duì)截割頭結(jié)構(gòu)優(yōu)化改進(jìn)，根據(jù)破巖量及破巖強(qiáng)度適當(dāng)增減截齒，對(duì)截割頭材質(zhì)進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，增加截割頭耐磨性。

4 結(jié)語

2020 年8 月機(jī)掘一隊(duì)開始對(duì)8310 高抽巷內(nèi)的EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)截割頭進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，截止2021 年4 月巷道已掘進(jìn)到位，通過對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割頭優(yōu)化改進(jìn)后，巷道在后期掘進(jìn)過程中掘進(jìn)機(jī)截割頭故障率明顯降低，據(jù)統(tǒng)計(jì)優(yōu)化改進(jìn)后截割頭故障率降低至4%，維修費(fèi)用減少了52.7 萬元，提高了掘進(jìn)機(jī)穩(wěn)定性，保證了巷道快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。