陳琴亮 孫曉鳴 鄭曉東 藏家君

（北方重工集團(tuán)有限公司煤礦機(jī)械分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

1 前言

為了加速推進(jìn)我國(guó)煤礦井下巷道快速施工工藝的革新進(jìn)程，使井下掘進(jìn)施工向著高效、快速、安全的方向健康發(fā)展，北方重工集團(tuán)有限公司根據(jù)神東礦區(qū)創(chuàng)建世界一流礦井的總體規(guī)劃要求自主研發(fā)設(shè)計(jì)出一種新型的全斷面煤巷高效掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m，月進(jìn)尺4000m。

2 總體方案的設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)布置

全斷面高效掘進(jìn)機(jī)的工作裝置由雙刀盤(pán)加上下橫滾筒組成，最終切割形成矩形斷面。切割下來(lái)的物料通過(guò)鏟板和第一運(yùn)輸機(jī)輸送至后續(xù)的轉(zhuǎn)載機(jī)上。為方便調(diào)車(chē)，雙刀盤(pán)的刀臂、上下滾筒中的兩側(cè)邊滾筒、鏟板的兩側(cè)邊鏟板均為可伸縮的。具有機(jī)載錨桿鉆機(jī)及機(jī)載臨時(shí)支護(hù)，在頂板條件不好時(shí)進(jìn)行錨固作業(yè)的同時(shí)可保證設(shè)備和作業(yè)人員的安全。備有機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)，高效降塵。采用激光導(dǎo)向系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的姿態(tài)和巷道的精度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。整機(jī)的操作方式為無(wú)線遙控操。電氣系統(tǒng)采用可編程控制器作為主控制器，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遙控和手動(dòng)操作兩種方式。礦用隔爆兼本安一體機(jī)具有指示操作或故障自診及采高自動(dòng)顯示等功能。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

額定載重量：298000 ㎏

外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）：14.842m ×6m×3.95m

截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m

裝機(jī)功率：1809 kW

電源：3300V/50Hz

掘進(jìn)速度：0～0.2 m/min

調(diào)車(chē)行走速度：0～4 m/min

最大接地比壓：0.40 MPa

3 結(jié)構(gòu)特征與工作原理

全斷面高效掘進(jìn)機(jī)由刀盤(pán)裝置、上滾筒裝置、本體、履帶行走機(jī)構(gòu)、左右支架、電控系統(tǒng)、第一運(yùn)輸機(jī)、液壓系統(tǒng)、后臨時(shí)支護(hù)、機(jī)載錨桿鉆機(jī)、前臨時(shí)支護(hù)、鏟板、下滾筒裝置、水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)構(gòu)成。總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.1 盤(pán)裝置由兩個(gè)三臂刀盤(pán)、主切割減速機(jī)、限矩安全聯(lián)軸器、刀盤(pán)驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。電機(jī)輸出的扭矩通過(guò)限矩安全聯(lián)軸器傳至主切割減速機(jī)，減速后經(jīng)輸出裝置驅(qū)動(dòng)兩個(gè)三臂刀盤(pán)反向同步旋轉(zhuǎn)對(duì)物料進(jìn)行切割，形成了8 字形的橫斷面。刀盤(pán)的刀臂具有伸縮功能，調(diào)車(chē)時(shí)縮回，工作時(shí)伸出。

3.2 上、下滾筒裝置分別由左右可伸縮切割滾筒、中間滾筒、滾筒減速機(jī)、聯(lián)軸器、滾筒電機(jī)、銷(xiāo)軸等組成。電機(jī)輸出的扭矩通過(guò)聯(lián)軸器傳至減速機(jī)，減速后經(jīng)輸出裝置驅(qū)動(dòng)上、下滾筒反向同步旋轉(zhuǎn)對(duì)物料進(jìn)行切割，最終與刀盤(pán)切割形成的斷面共同形成矩形斷面。切割下來(lái)的物料通過(guò)刀臂、螺旋、鏟板和刮板輸送機(jī)將物料輸送至后續(xù)的轉(zhuǎn)載機(jī)上。上、下切割滾筒分別通過(guò)銷(xiāo)軸和帶位移傳感器的舉升油缸與主切割減速機(jī)相連。上、上切割滾筒兩側(cè)的邊滾筒具有伸縮功能，同時(shí)上、下切滾筒具備升降功能，調(diào)車(chē)時(shí)全部縮回，工作時(shí)全部伸出。

3.3 本體的前端面與刀盤(pán)裝置的主減速機(jī)相連，后部通過(guò)本體兩側(cè)的耳板，本體支撐油缸鉸接到行走部上。履帶行走機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、減速機(jī)、履帶架、履帶鏈、驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪裝置等組成。液壓馬達(dá)通過(guò)減速機(jī)及驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)履帶鏈實(shí)現(xiàn)行走。當(dāng)高效掘進(jìn)機(jī)空載或需要快速調(diào)動(dòng)時(shí)可以獲得較快的行走速度。當(dāng)高效掘進(jìn)機(jī)切割斷面時(shí)行走速度將減慢，以獲得較大的牽引力。

3.4 左右支架通過(guò)螺栓與履帶行走機(jī)構(gòu)相連。電控系統(tǒng)通過(guò)螺栓與支架相連。開(kāi)關(guān)箱、控制箱、接線盒、本安鍵盤(pán)、語(yǔ)音報(bào)警器、礦用壓力傳感器、礦用流量開(kāi)關(guān)、隔爆照明燈、隔爆型急停按鈕、油溫傳感器、甲烷傳感器、隔爆電磁閥、隔爆位移傳感器、遙控發(fā)射器、遙控接收器及工作機(jī)構(gòu)的各電機(jī)、激光導(dǎo)向組成了高效掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)。高效掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)是整機(jī)的一大組成部分，與液壓系統(tǒng)配合操作，可自如實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)，同時(shí)對(duì)切割、設(shè)備姿態(tài)和巷道掘進(jìn)的精度、液壓、電纜的絕緣等狀況進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。

3.5 液壓系統(tǒng)由油缸、馬達(dá)、操縱箱、泵站以及相互聯(lián)接的膠管等組成。液壓系統(tǒng)中比例多路換向閥主要片閥聯(lián)具有兩種控制方式：液壓先導(dǎo)控制和電液控制。液壓先導(dǎo)控制簡(jiǎn)單、操作性好，電液控制可根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)智能切割，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，安全性好。

3.6 前、后臨時(shí)支護(hù)通過(guò)螺栓與支架相連。前、后臨時(shí)支護(hù)具有升降功能，在調(diào)車(chē)時(shí)降到最低位置，工作時(shí)升至最高位置，其作用是在設(shè)備進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)、設(shè)備維護(hù)時(shí)保證操作人員和設(shè)備的安全。前臨時(shí)支護(hù)還具備有伸縮功能，維修人員進(jìn)行截齒更換時(shí)伸出起到安全保護(hù)的作用。

3.7 鏟板通過(guò)螺栓與下滾筒減速機(jī)相連，鏟板兩側(cè)均具備伸縮功能，調(diào)車(chē)時(shí)縮回，工作時(shí)伸出。第一運(yùn)輸機(jī)通過(guò)連桿和銷(xiāo)軸與鏟板和支架相連，位于機(jī)體中部，雙電機(jī)經(jīng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)中單鏈刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。

3.8 兩臺(tái)機(jī)載錨桿鉆機(jī)通過(guò)螺栓安裝在本體兩側(cè)，錨桿機(jī)靠長(zhǎng)、短進(jìn)給油缸的兩級(jí)進(jìn)給和鉆箱的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鉆孔和安裝錨桿作業(yè)。除塵系統(tǒng)由內(nèi)噴霧、外噴霧和機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)組成，起到滅塵作用。

3.9 水系統(tǒng)既為內(nèi)噴霧、外噴霧和機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)提供水源，起到冷卻截齒及滅塵的功能，同時(shí)還對(duì)水冷電機(jī)、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

3.10 潤(rùn)滑系統(tǒng)主要用于高效掘進(jìn)機(jī)主要部件的潤(rùn)滑，保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)掘進(jìn)機(jī)使用壽命。潤(rùn)滑系統(tǒng)分為集中潤(rùn)滑和分散潤(rùn)滑。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 全斷面連續(xù)掘進(jìn)：全斷面高效掘進(jìn)機(jī)的工作裝置為雙刀盤(pán)加上下橫滾筒，切割時(shí)能一次成型，履帶推進(jìn)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)。

4.2 可伸縮的雙刀盤(pán)加上下切割滾筒：工作時(shí)雙刀盤(pán)及上下切割滾筒伸出，達(dá)到煤礦巷道需求的斷面寬度。掘進(jìn)機(jī)調(diào)車(chē)、維修、運(yùn)輸時(shí)雙刀盤(pán)及上下左右切割滾筒縮回，避免了掘進(jìn)機(jī)與側(cè)幫錨桿刮碰，方便維修與進(jìn)出相應(yīng)的煤礦巷道。

4.3 可伸縮臨時(shí)支護(hù)：前、后臨時(shí)支護(hù)具有升降功能，工作時(shí)伸出至最高位置，在調(diào)車(chē)時(shí)縮回到最低位置，前臨時(shí)支護(hù)還具備有伸縮功能，更換截齒時(shí)伸出起到安全保護(hù)的作用。

4.4 機(jī)載濕式除塵系統(tǒng)：系統(tǒng)為長(zhǎng)壓短抽的混合通風(fēng)除塵方式，在掘進(jìn)機(jī)工作面壓入式通風(fēng)風(fēng)筒上增加了附壁風(fēng)筒同時(shí)配合高效濕式除塵器，使之具有高收塵、高除塵效率。

4.5 激光導(dǎo)向：激光全站儀測(cè)量掘進(jìn)機(jī)中的棱鏡在巷道基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過(guò)激光接收靶和傳感器確定掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)，控制器計(jì)算掘進(jìn)機(jī)切割裝置的坐標(biāo)確定切割裝置坐標(biāo)相對(duì)于掘進(jìn)計(jì)劃線的軸向偏移量，并控制掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。激光導(dǎo)向極大地提高了現(xiàn)有控制測(cè)量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和施工效率，并可以極大地節(jié)約工程開(kāi)銷(xiāo)。

4.6 無(wú)線遙控：操作者通過(guò)遙控操作完成掘進(jìn)機(jī)所有操作，并通過(guò)監(jiān)視屏幕隨時(shí)了解切割狀態(tài)及位置，觀察設(shè)備狀態(tài)、故障分析與診斷。解決了在手動(dòng)操作情況下的司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大、舒適性差、施工安全性差等問(wèn)題。

結(jié)語(yǔ)

全斷面煤巷高效掘進(jìn)機(jī)集全斷面連續(xù)切割技術(shù)、自動(dòng)定位、無(wú)線遙控技術(shù)、快速裝運(yùn)、機(jī)載除塵、機(jī)載錨桿鉆機(jī)、調(diào)車(chē)等功能于一體，實(shí)現(xiàn)煤巷快速掘進(jìn)，遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)，顯著提高掘進(jìn)效率，成為煤礦掘進(jìn)生產(chǎn)方式的又一次技術(shù)跨越。

[1]黃日恒.懸臂式掘進(jìn)機(jī)[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[2]張鳳詳，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.