EBZ200A懸臂式掘進(jìn)機(jī)大坡度掘進(jìn)上坡輔助系統(tǒng)改造應(yīng)用

周磊磊

（山東華新建筑工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 泰安 271219）

1 項(xiàng)目立項(xiàng)的背景及意義

1.1 項(xiàng)目改造背景

（1）為適應(yīng)復(fù)雜工作環(huán)境，掘進(jìn)機(jī)性能的改進(jìn)是必然要求。隨著煤礦現(xiàn)代化機(jī)械產(chǎn)品的推廣應(yīng)用，掘進(jìn)機(jī)以其在煤巷中的推進(jìn)速度快、安全系數(shù)高、開采成本低等優(yōu)點(diǎn)，已成為各煤炭領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)現(xiàn)代化掘進(jìn)生產(chǎn)中不可替代的機(jī)械產(chǎn)品。為了充分發(fā)揮綜采工藝具有高產(chǎn)、高效、安全、低耗以及勞動(dòng)條件好、勞動(dòng)強(qiáng)度小的優(yōu)點(diǎn)，降低對地質(zhì)條件的要求，減少工作面設(shè)備的投資，杜絕炮采工藝單產(chǎn)和效率低下、勞動(dòng)條件差的情況，由于煤層的賦存條件的不同，常規(guī)配置的掘進(jìn)機(jī)在很多地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下無法正常運(yùn)行掘進(jìn)。當(dāng)下，必須對掘進(jìn)機(jī)的相關(guān)性能進(jìn)行改進(jìn)，保證掘進(jìn)機(jī)在大坡度條件下正常運(yùn)轉(zhuǎn)以，滿足當(dāng)前掘進(jìn)需求。

（2）排矸系統(tǒng)得到充分發(fā)揮。上山炮掘，迎頭矸石只能通過耙裝機(jī)耙矸，皮帶機(jī)配合出矸，或者運(yùn)用溜矸槽溜矸，以上兩種出矸工藝不僅導(dǎo)致迎頭設(shè)備量增加，而且操作人員也增加至少1名，綜掘機(jī)自身有一運(yùn)、二運(yùn)，且只需綜掘機(jī)司機(jī)一人操作，從而可以取消迎頭耙裝機(jī)等排矸設(shè)備。綜掘機(jī)排矸系統(tǒng)簡單易操作，大大提高了工作效率，減少了迎頭施工設(shè)備的投入數(shù)量。

1.2 項(xiàng)目改造意義

在巷道上山坡度較大時(shí),掘進(jìn)機(jī)傾斜度角度就較大，掘進(jìn)機(jī)自身重力向下的分力也就較大。再加上掘進(jìn)巷道底板積矸較多，造成底板松軟，掘進(jìn)機(jī)履帶抓地力銳減，而這兩個(gè)分力是導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)下滑的一個(gè)重要因素，因此，解決掘進(jìn)機(jī)的自身傾斜下滑力是解決掘進(jìn)機(jī)大坡度上山掘進(jìn)一個(gè)關(guān)鍵性因素。掘進(jìn)機(jī)行走部加裝了外置輔助行走裝置后，從而解決了這一關(guān)鍵性問題。解決了掘進(jìn)機(jī)對超出設(shè)計(jì)爬坡能力的大坡度上山掘進(jìn)“零”的突破，同時(shí)大大增加了施工過程中的安全系數(shù)。

2 掘進(jìn)機(jī)外置輔助行走裝置系統(tǒng)探討

2.1 外置輔助行走裝置主要部件參數(shù)

（1）油缸參數(shù)：油缸外徑：217mm；油缸內(nèi)徑：180mm；活塞桿直徑：125mm；油缸長度（安裝距）：2475mm；油缸伸縮量（行程）：1720mm；油缸額定拉力（32MPa）：42.8t；油缸額定推力（32MPa）：82.7t。（2）巷道側(cè)錨座、連接座參數(shù)。側(cè)錨座底盤尺寸：長500mm、寬300mm、厚50mm；連接座尺寸：長400mm、寬300mm、厚50mm。

2.2 外置輔助行走裝置主要部件改進(jìn)方案

（1）外置輔助行走裝置主要部件組合；在掘進(jìn)機(jī)左側(cè)（右側(cè)）行走部側(cè)面靠前1/3處、居中（平行于履帶漲緊油缸檢修口后側(cè)）將鋼板連接座（400mm×300mm×50mm）焊接牢固；1#鏈條分別將拉伸油缸末端與連接座連接；2#鏈條將拉伸油缸首段與巷道側(cè)錨座連接，拉伸油缸上方配備油缸保護(hù)罩，鏈條上有鏈條調(diào)節(jié)器，側(cè)錨座通過錨桿固定在巷道側(cè)面；有條件的也可在拉伸油缸活桿處加裝油缸保護(hù)套，伸縮油缸膠管均遮護(hù)在油缸保護(hù)罩內(nèi)。聯(lián)接銷軸均采用φ140mm調(diào)質(zhì)鍍鉻銷軸。如圖1外置輔助行走裝置結(jié)構(gòu)圖所示。

圖1 外置輔助行走裝置結(jié)構(gòu)圖

（2）后支腿底板加寬變重；將原后支腿底板長增加200mm，寬增加200mm，后支撐腿底板防滑鉚釘由原來2×3個(gè)布局變?yōu)?×3個(gè)，加寬部分為防止變形分別設(shè)置一組加強(qiáng)筋。同時(shí)更換后支撐腿油缸，將右支撐腿油缸行程增加100～200mm，此舉可加大后支撐的支撐角度，使掘進(jìn)機(jī)后方受到更大的支撐力，目的是增加后支腿與地面摩擦力，從而避免在上山掘進(jìn)過長中，掘進(jìn)機(jī)炮頭在截割巖石過程中產(chǎn)生的反作用力造成掘進(jìn)機(jī)下滑，如圖2后支腿底板加寬圖所示。

圖2 后支腿底板加寬圖

（3）操作臺(tái)前端增加擋料板；在司機(jī)前端增焊擋料板，防止切割的煤或者巖石滑落下來砸到司機(jī)，造成人身傷害。在掘進(jìn)機(jī)施工平臺(tái)的后方掛擋矸簾，防止飛矸傷人。

（4）油箱空氣過濾器加高；為防止掘進(jìn)機(jī)在爬坡上山掘進(jìn)過程中，由于油箱傾斜角過大，液壓油從空氣過濾器處溢出，升級(jí)改造加高了空氣過濾器。在油箱內(nèi)部為防止出現(xiàn)因坡度過大，導(dǎo)致油箱內(nèi)液壓油油量達(dá)標(biāo)但油液液位低于吸油過濾器吸油口上產(chǎn)生吸空現(xiàn)象。在掘進(jìn)機(jī)油箱內(nèi)部的吸油過濾器處延長并反折吸油口向下，保證柱塞泵供油充足。

（5）更換備用手柄及閥芯；原廠配備的備用手柄是限位手柄，需更換為不限位手柄，為保證拉伸油缸的正常動(dòng)作。將原液壓控制閥的備用聯(lián)的閥芯需更換為大流量閥芯，保證拉伸油缸能正常動(dòng)作。在實(shí)際使用過程中，特采用兩側(cè)油缸獨(dú)立操作并加帶安全閥的方式避免出現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)兩側(cè)受力不均兩側(cè)油缸穿液、液壓系統(tǒng)突然漏液或油缸動(dòng)作不同步導(dǎo)致機(jī)身失穩(wěn)，出現(xiàn)嚴(yán)重安全隱患的情況發(fā)生。對于操控油缸所需的動(dòng)力來源，可直接采用掘進(jìn)機(jī)自帶的A11VO145+145DRS柱塞泵即可。且因?yàn)樵撎追阑到y(tǒng)動(dòng)作時(shí)掘進(jìn)機(jī)不做截割運(yùn)動(dòng)，控制截割部的截割回轉(zhuǎn)油缸、這個(gè)升降油缸不動(dòng)作；掘進(jìn)機(jī)做截割運(yùn)動(dòng)時(shí)，防滑系統(tǒng)不動(dòng)作。所以，將控制拉伸油缸的控制閥接口連接在掘進(jìn)機(jī)雙聯(lián)泵一泵處的六聯(lián)閥處對整套液壓系統(tǒng)的影響不大，也不需額外增加雙聯(lián)泵。如圖3升級(jí)備用手柄及閥芯圖所示。

圖3 升級(jí)備用手柄及閥芯圖

（6）改進(jìn)掘進(jìn)機(jī)冷卻系統(tǒng)；將掘進(jìn)機(jī)的冷卻水經(jīng)排水管直接流入排水溝，避免冷卻水到處流淌，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)底板濕滑，造成履帶打滑。有效防止掘進(jìn)機(jī)下滑。

（7）二運(yùn)改裝；采用將掘進(jìn)機(jī)二運(yùn)回轉(zhuǎn)臺(tái)叉形臂倒裝的方法來避免在掘進(jìn)機(jī)上坡的過程中，因進(jìn)機(jī)仰角過大，第二運(yùn)輸機(jī)來不及調(diào)整自身仰角和掘進(jìn)機(jī)上的第一運(yùn)輸機(jī)發(fā)生干涉，導(dǎo)致掘進(jìn)工序前段設(shè)備損壞的情況出現(xiàn)。如果條件允許，還可將第二運(yùn)輸機(jī)更換為皮帶自移機(jī)尾，減少掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行阻力，提高掘進(jìn)機(jī)的爬坡效率。

3 掘進(jìn)機(jī)外置輔助行走裝置的實(shí)驗(yàn)分析

3.1 結(jié)構(gòu)的研究與實(shí)施

（1）側(cè)錨座底盤固定安裝。掘進(jìn)機(jī)截割作業(yè)前，首先在迎頭左右兩幫底部位置各打設(shè)8根MSGLD-335/22×2200錨桿，每根錨桿采用2支MSK2835樹脂錨固劑錨固。當(dāng)錨桿錨固力不低于70KN時(shí)再將輔助行走裝置配備的錨座安裝在已打設(shè)好的錨桿上，擰緊錨桿帽。

（2）鏈條、拉伸油缸的調(diào)整。鏈條長度約1.5m，油缸伸縮行程約1.3m，截割部伸縮量0.55m。為保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)，需注意采用鏈條調(diào)節(jié)器調(diào)整鏈條松緊程度。若實(shí)際工作時(shí)，無須油缸拉拽情況下，掘進(jìn)機(jī)可爬坡，則每掘進(jìn)約2.6m距離后，需重新調(diào)整側(cè)錨坐的位置。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)爬坡時(shí)，同時(shí)操作輔助行走裝置油缸控制手柄，油缸收縮產(chǎn)生收縮力，在綜掘機(jī)自身動(dòng)力和油缸收縮力的共同作用下使得掘進(jìn)機(jī)向上行進(jìn)，這樣既能提高綜掘機(jī)的爬坡動(dòng)能，也有效預(yù)防了綜掘機(jī)在大坡度上山下滑風(fēng)險(xiǎn)。油缸拉拽情況下，掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)時(shí)，需要注意行走與油缸要同步操作，避免損壞油缸。油缸伸縮時(shí)候，掘進(jìn)機(jī)不得切割掘進(jìn)。

（3）操作使用注意事項(xiàng)。①若實(shí)際工作時(shí)，需油缸拉拽下掘進(jìn)機(jī)方可爬坡，每掘進(jìn)約1.1m距離后，需重新調(diào)整側(cè)錨坐的位置；②為保證鏈條始終處于張緊狀態(tài)，需注意采用鏈條調(diào)節(jié)器調(diào)整鏈條松緊程度；③油缸拉拽情況下，掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)時(shí)，需要注意行走與油缸要同步操作，避免損壞油缸；④油缸伸縮時(shí)候，掘進(jìn)機(jī)嚴(yán)禁進(jìn)行切割掘進(jìn)；⑤掘進(jìn)時(shí)，后支腿處于支承狀態(tài)，鏟板處于觸地狀態(tài)，履帶后部墊好枕木；⑥每個(gè)側(cè)錨座至少4個(gè)錨桿固定；⑦為防止掘進(jìn)機(jī)后溜，需在履帶后部墊木頭。

3.2 機(jī)身偏移調(diào)整

當(dāng)遇到不可抗力，掘進(jìn)機(jī)尾部左偏時(shí)，可單獨(dú)操作掘進(jìn)機(jī)右側(cè)拉伸油缸收縮或左側(cè)拉伸油缸伸長來調(diào)整掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)；若掘進(jìn)機(jī)尾部右偏時(shí)，可單獨(dú)操作掘進(jìn)機(jī)左側(cè)拉伸油缸收縮或右側(cè)拉伸油缸伸長來調(diào)整掘進(jìn)機(jī)姿態(tài)。掘進(jìn)機(jī)可持續(xù)保持正常姿態(tài)作業(yè)。同比掘進(jìn)機(jī)自身調(diào)正機(jī)身，該裝置大大縮短了調(diào)正時(shí)間，掘進(jìn)時(shí)間得到了充分的保障。

4 掘進(jìn)機(jī)大坡度掘進(jìn)上坡輔助系統(tǒng)的實(shí)施效果及推廣價(jià)值

4.1 輔助裝置的實(shí)施效果

大坡度爬行輔助裝置的改造，克服了掘進(jìn)機(jī)本身爬坡能力小的缺陷，解決了大坡度上山掘進(jìn)工程中的難題，跟炮掘相比，不但減少了搬運(yùn)、安裝、拆除設(shè)備的工時(shí)，還大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，更重要的是創(chuàng)造了有史以來32°以上的上山掘進(jìn)的月進(jìn)尺最好成績150m，并且質(zhì)量達(dá)到優(yōu)良品，既保證了安全，又保證了采煤面的接替。

4.2 項(xiàng)目價(jià)值意義

（1）項(xiàng)目實(shí)施的時(shí)間較短；EBZ200A懸臂式掘進(jìn)機(jī)大坡度上山掘進(jìn)上坡輔助系統(tǒng)改造于2021年1月16日開始計(jì)劃設(shè)計(jì)，1月19日委托徐工集團(tuán)加工完成并運(yùn)至工地，3月1日由項(xiàng)目部安裝完成并試運(yùn)行。項(xiàng)目部在2月26日開始切眼開門，于4月1日結(jié)束，共計(jì)35天完成。

（2）克服條件艱巨；超大坡度巷道施工，綜掘機(jī)面對超出設(shè)計(jì)能力以外的工作環(huán)境時(shí)，無法行走。綜掘機(jī)巷道掘進(jìn)的坡度范圍均為±18°左右，對于巷道平均坡度+32°而言極大地超出了范圍，綜掘機(jī)使用受到影響，造成效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全系數(shù)低，出現(xiàn)爬坡無力，前進(jìn)、后退困難，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。

（3）經(jīng)濟(jì)效益對比。1302N切眼，巷道全長178m。普通煤巷切眼掘進(jìn)，日平均進(jìn)尺在3m左右。使用該裝置可提高掘進(jìn)效率70%左右，目前掘進(jìn)工月平均工資約1.5萬元/人每月，可節(jié)約人工費(fèi)用45萬余元，具體數(shù)據(jù)如表1上山掘進(jìn)綜掘、炮掘經(jīng)濟(jì)效益對比表所示。

表1 上山掘進(jìn)綜掘、炮掘經(jīng)濟(jì)效益對比表

4.3 推廣價(jià)值

掘進(jìn)機(jī)上坡輔助系統(tǒng)的改造，實(shí)現(xiàn)了國內(nèi)在超出掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)爬坡能力的大坡度巷道施工的首次突破。為今后大坡度巷道施工中，“綜掘”代替“炮掘”打下了堅(jiān)固的基礎(chǔ)，具有較高的推廣意義及價(jià)值。

綜上所述，通過對懸臂式掘進(jìn)機(jī)大坡度掘進(jìn)上坡輔助系統(tǒng)課題的研究分析及其應(yīng)用價(jià)值驗(yàn)證，該項(xiàng)目價(jià)值達(dá)到預(yù)期，成功填充了國內(nèi)市場懸臂式掘進(jìn)機(jī)能運(yùn)用在大坡度巷道掘進(jìn)工程這一空白，滿足了客戶的需求和市場的亟需。