劉鵬飛

(山特維克礦山工程機(jī)械貿(mào)易有限公司,北京市朝陽區(qū),100027)

★煤炭科技·機(jī)電與信息化 ★

基于掘錨一體化技術(shù)的山特維克掘錨機(jī)應(yīng)用研究

劉鵬飛

(山特維克礦山工程機(jī)械貿(mào)易有限公司,北京市朝陽區(qū),100027)

分析山特維克掘錨機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀及其電氣、液壓、水系統(tǒng)特點(diǎn)和其他機(jī)械特征,得出山特維克掘錨機(jī)在技術(shù)層面的優(yōu)勢(shì);根據(jù)當(dāng)前我國礦井開采條件,分析掘錨機(jī)在我國的廣闊應(yīng)用前景。

掘錨一體化 掘錨機(jī) 山特維克 快速掘進(jìn)

AbstractWith domestic application status of SANDVIK bolter miner introduced,it becomes clearer that SANDVIK bolter miner based on cutting and bolting integration technology is effective and wide applicability.Moreover,the electrical,hydraulic,cooling water spray system and other mechanical features are also analyzed.It can thus be seen that SANDVIK bolter miner provides obvious technical advantages.It is concluded that SANDVIK bolter miner will have a bright future in China on account of the mining conditions in coal mines of this country.

Key wordscutting and bolting integration technology,bolter miner,SANDVIK,highspeed heading

隨著現(xiàn)代煤礦開采技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)采煤設(shè)備也提出了越來越高的要求,一方面要采用高速高效的掘進(jìn)技術(shù)來保證生產(chǎn)能滿足實(shí)際需求,另一方面要保證工作人員的安全與良好的工作環(huán)境。這樣的要求在很大程度上決定于所采用的掘錨設(shè)備?？v觀國內(nèi)外掘錨技術(shù)的應(yīng)用,不難發(fā)現(xiàn),掘錨一體化技術(shù)已是現(xiàn)代采煤技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。而山特維克公司推出的集機(jī)、電、液技術(shù)于一體化的MB650、MB670等掘錨機(jī)恰恰符合這種應(yīng)用需求,其自動(dòng)化程度能滿足現(xiàn)代礦井快速掘進(jìn)要求。圖1為山特維克掘錨機(jī)外形。

圖1 山特維克掘錨機(jī)外形

1 應(yīng)用現(xiàn)狀

山特維克掘錨機(jī)在全球應(yīng)用廣泛,主要銷于澳大利亞,英國,美國,波蘭,德國以及南非等地區(qū)。在我國山特維克掘錨機(jī)應(yīng)用已相當(dāng)成熟,并已取得煤礦安全 (MA)認(rèn)證。目前我國已有山特維克掘錨機(jī)近40臺(tái),使用情況如圖2所示,主要應(yīng)用于神華集團(tuán)、寧煤集團(tuán)、魯能集團(tuán)、兗礦集團(tuán)、陜煤集團(tuán)、淮南礦業(yè)集團(tuán)等。

圖2 山特維克掘錨機(jī)在國內(nèi)使用情況

從目前使用情況來看,由于采用掘錨一體化施工,成巷速度可提高60%以上,掘錨一體化施工循環(huán)時(shí)間一般在30 min以內(nèi),可實(shí)現(xiàn)日進(jìn)尺40～50 m,平均月進(jìn)尺1000～1200 m。另外,由于掘錨機(jī)可及時(shí)錨護(hù)暴露頂板的,可以大幅提高錨護(hù)質(zhì)量,改善井下作業(yè)環(huán)境,對(duì)井下作業(yè)的安全性系數(shù)有很大提高。除此之外,山特維克可根據(jù)客戶要求,在保持機(jī)器原有性能的基礎(chǔ)上來設(shè)計(jì)掘錨機(jī)的截割寬度和高度,使其能夠符合相應(yīng)的巷道掘進(jìn)要求。同時(shí),用戶可以根據(jù)現(xiàn)場條件,定制掘錨機(jī)的使用件。例如MB670-170配有一套可將截割寬度為5 m的截割部件轉(zhuǎn)換為5.4 m的備件,只要用戶需要,可隨時(shí)更換。另外,在維護(hù)良好的情況下,山特維克掘錨機(jī)可保持較低的故障率,使得其符合煤礦行業(yè)連續(xù)性開采的作業(yè)要求。這些使得山特維克掘錨機(jī)在國內(nèi)應(yīng)用愈來愈廣。

2 技術(shù)特點(diǎn)

山特維克掘錨機(jī)集截割、裝載運(yùn)輸以及打錨桿功能于一體,并采用了可伸縮截割頭式的截割滾筒。為實(shí)現(xiàn)掘錨一體化,在截割滾筒連同運(yùn)輸機(jī)向前推進(jìn)割煤的同時(shí),4臺(tái)頂錨桿機(jī)與2臺(tái)幫錨桿機(jī)可實(shí)現(xiàn)全方位的錨桿支護(hù)。同時(shí),為了最大程度的改善工作環(huán)境,掘錨機(jī)配有機(jī)載除塵系統(tǒng)與水噴霧系統(tǒng)。另外,機(jī)電液一體化技術(shù)的應(yīng)用,使掘錨機(jī)可以實(shí)現(xiàn)最大程度的自動(dòng)化作業(yè)。

2.1 掘錨機(jī)電控系統(tǒng)

掘錨機(jī)電氣系統(tǒng)負(fù)責(zé)監(jiān)控機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況,并配有相應(yīng)的安全保護(hù)回路,實(shí)現(xiàn)井下作業(yè)的最大安全保證。掘錨機(jī)電氣系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)。

(1)專家系統(tǒng)與故障診斷。掘錨機(jī)通過自身安裝的精確傳感控制系統(tǒng),包括掏槽、截割位移傳感器,壓力流量開關(guān),油溫油位傳感器等對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),并通過CAN總線實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速傳輸,經(jīng)過處理器對(duì)數(shù)據(jù)的處理,專家系統(tǒng)可以將系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)與機(jī)器標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以及以往維修使用情況相比較,從而對(duì)機(jī)器的健康狀況進(jìn)行診斷,也可以對(duì)特定錯(cuò)誤、系統(tǒng)方案作出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

(2)遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)。無線遙控系統(tǒng)主要由接收監(jiān)控單元與無線遙控器單元組成。接收監(jiān)控單元集成于機(jī)載控制系統(tǒng)中,用于接收遙控器發(fā)出的無線信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行解碼,進(jìn)而傳輸?shù)教幚砥鲉卧o線遙控單元發(fā)出的無線電信號(hào)經(jīng)過處理,來控制電磁閥以及繼電器的動(dòng)作,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)掘錨機(jī)的各種功能。遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)不僅易于實(shí)現(xiàn)控制,而且可最大程度地保證操作人員的安全。

(3)負(fù)載控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過對(duì)掏槽和截割電流的監(jiān)測(cè),根據(jù)工作面情況調(diào)整掏槽和截割速度,使掘錨機(jī)在不同工況下以最優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行工作。并通過位置傳感器監(jiān)測(cè)截割頭位置,從而實(shí)現(xiàn)安全控制并實(shí)時(shí)支護(hù)。

(4)外圍安全保護(hù)系統(tǒng)。由于各部分工作裝置均采用大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng),系統(tǒng)采用高壓供電,因此需要有安全可靠的外圍保護(hù)系統(tǒng)確保系統(tǒng)與維護(hù)操作人員的安全。系統(tǒng)各級(jí)電壓都安裝有漏電保護(hù)裝置。各個(gè)電機(jī)回路均配有過熱保護(hù)、過載保護(hù)以及漏電保護(hù)裝置。系統(tǒng)通過監(jiān)測(cè)電機(jī)回路狀態(tài),對(duì)各回路實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

2.2 液壓系統(tǒng)

掘錨機(jī)液壓系統(tǒng)由執(zhí)行油缸控制回路、行走與錨護(hù)控制回路以及旁通過濾回路組成。執(zhí)行油缸控制回路主要負(fù)責(zé)控制截割臂系統(tǒng)、各個(gè)油缸運(yùn)動(dòng)以及潤滑泵。行走驅(qū)動(dòng)控制回路主要負(fù)責(zé)行走、頂支護(hù)以及錨桿系統(tǒng),此回路可進(jìn)行兩種功率切換來實(shí)現(xiàn)給錨桿和行走系統(tǒng)提供動(dòng)力。旁通過濾回路用來過濾和冷卻整個(gè)系統(tǒng)。

圖3 負(fù)載敏感控制回路

(1)負(fù)載敏感控制系統(tǒng)。負(fù)載敏感系統(tǒng)使用的變量柱塞泵的排量和壓力是可控的。負(fù)載敏感控制裝置通過負(fù)載壓力來驅(qū)動(dòng)流量調(diào)節(jié)裝置并使泵的輸出流量與執(zhí)行裝置要求的流量相匹配,這意味著系統(tǒng)僅產(chǎn)生執(zhí)行裝置所要求的液壓驅(qū)動(dòng)力-負(fù)載敏感原則。圖3為負(fù)載敏感控制回路模型。系統(tǒng)所要求的壓力區(qū)間可以通過流量調(diào)節(jié)裝置來設(shè)置。壓力控制裝置使控制壓力與液壓系統(tǒng)中泵的控制壓力范圍一致。

(2)電液比例控制系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高精度的穩(wěn)定控制,掘錨機(jī)截割頭與行走馬達(dá)的功能操作采用了電液比例先導(dǎo)控制。控制原理為通過電流比例控制先導(dǎo)閥來實(shí)現(xiàn)對(duì)主閥芯的比例控制,控制電流通過比例電磁閥轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂茐翰?從而決定閥的流量。

(3)液壓安全系統(tǒng)。為防止由于系統(tǒng)故障而緊急關(guān)閉液壓泵后可能出現(xiàn)的意外,保證在液壓馬達(dá)完全停止運(yùn)轉(zhuǎn)前停止所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)。每臺(tái)泵的回路都包含安全控制閥,用于在出現(xiàn)緊急停止?fàn)顟B(tài)時(shí)切斷泵的負(fù)載敏感信號(hào)。機(jī)器的任何功能只能在同時(shí)開啟了相關(guān)閥芯和安全回路的情況下才能開啟。從而提高了機(jī)器功能部件緊急關(guān)閉情況下的安全標(biāo)準(zhǔn)。另外,為實(shí)現(xiàn)負(fù)載安全控制,系統(tǒng)安裝有反平衡閥,用于控制負(fù)載在泵動(dòng)作之前的運(yùn)動(dòng)。它們鎖定負(fù)載在任意位置而不自行移動(dòng),并打開中央控制閥提供靜態(tài)過載釋放和熱膨脹釋放。

2.3 除塵及冷卻系統(tǒng)

掘錨機(jī)采用開式水冷卻噴霧系統(tǒng),液壓系統(tǒng)可以通過液控水閥實(shí)現(xiàn)對(duì)水系統(tǒng)的控制。水系統(tǒng)通過壓力開關(guān)和流量開關(guān)來實(shí)現(xiàn)水壓力和流量的控制,一方面足夠的水噴霧保證良好的工作環(huán)境,最大程度地降低空氣中的粉塵;另一方面保證有足夠的水來實(shí)現(xiàn)電機(jī)和液壓系統(tǒng)的冷卻,保證系統(tǒng)的正常工作。另外,除塵系統(tǒng)增設(shè)了結(jié)合礦山機(jī)械技術(shù)規(guī)范而設(shè)計(jì)的濕式除塵風(fēng)機(jī),實(shí)現(xiàn)含塵空氣的清潔,極大地提高了煤礦環(huán)境安全標(biāo)準(zhǔn),保障了工作人員的健康,MB670機(jī)載除塵系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 MB670濕式除塵系統(tǒng)

2.4 掘錨機(jī)其他技術(shù)特征

除以上具有良好性能的3大控制系統(tǒng)外,掘錨機(jī)自身還具有如下特點(diǎn):

掘錨機(jī)截割齒輪箱采用直齒輪-圓錐齒輪-行星輪驅(qū)動(dòng)裝置,可實(shí)現(xiàn)大功率低轉(zhuǎn)速截割,可將截割過程的粉塵降到最低,也可保證較快地截割進(jìn)度,一次掏槽深度可達(dá)1000 mm。另外,掘錨機(jī)利用掏槽油缸實(shí)現(xiàn)掏槽,故不需要移動(dòng)履帶,所以不會(huì)對(duì)地板造成破壞。在截割滾筒之后臨時(shí)支護(hù)裝置對(duì)頂板及時(shí)支護(hù),此時(shí)錨桿機(jī)工作平臺(tái)完全處于液壓頂篷安全保護(hù)之下,可有效保護(hù)操作人員安全。而且,系統(tǒng)帶有全自動(dòng)潤滑系統(tǒng),可對(duì)不方便人工潤滑的地方實(shí)現(xiàn)自動(dòng)潤滑,大大減小了維護(hù)工作量。

3 掘錨機(jī)應(yīng)用趨勢(shì)

我國許多煤礦頂板管理較為困難,存在煤層深、壓力大、巖石突出等問題,因此巷道掘進(jìn)時(shí)需保持較小的空頂距,以保證作業(yè)安全。山特維克掘錨機(jī)在煤巷及半煤巖巷道快速掘進(jìn),提高錨桿支護(hù)效果以及改善作業(yè)環(huán)境等方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢(shì),尤其是在頂板條件不太好的單巷道掘進(jìn)過程中,更能體現(xiàn)其良好的應(yīng)用性能。因?yàn)椴捎镁蝈^一體化施工,可保證空頂距在0.75～1.4 m,錨桿在頂板暴露后及時(shí)安裝,使錨桿支護(hù)質(zhì)量大幅提高,支護(hù)效果顯著改善。采用掘錨機(jī)施工,巷道成型好且能夠改善錨桿支護(hù)作業(yè)環(huán)境和安全。隨著礦井開采的深入,采掘深度會(huì)越來越深,掘進(jìn)條件也會(huì)越來越差,根據(jù)掘錨機(jī)目前的使用情況以及技術(shù)特點(diǎn),不難發(fā)現(xiàn)其將具有更廣闊的應(yīng)用前景。

總結(jié)近幾年掘錨機(jī)在我國的應(yīng)用情況,掘錨一體化成為煤巷快速掘進(jìn)的發(fā)展方向,而山特維克掘錨機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)很大程度上可滿足這種發(fā)展趨勢(shì),隨著采煤技術(shù)的繼續(xù)發(fā)展,以掘錨機(jī)為核心的快速掘進(jìn)技術(shù)必將為推廣現(xiàn)代化礦井安全、高效、集約化生產(chǎn)模式起到巨大的推動(dòng)作用。

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(責(zé)任編輯 張艷華)

An application research on SANDVIKbolter miner based on cutting and bolting integration

Liu Pengfei
(Sandvik Mining and Construction Co Ltd,Underground Mining Segment,Chaoyang District,Beijing 100027,China)

TD421.24

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劉鵬飛 (1984-),男,碩士學(xué)歷,2009年畢業(yè)于中南大學(xué)機(jī)械電子工程專業(yè),現(xiàn)任山特維克售后服務(wù)工程師。