摘 要：提出了一種低矮型巖巷掘進機結構的優(yōu)化方法，在不改變截割性能的條件下降低掘進機的高度，減小其寬度，使其適用于小斷面巖巷的掘進工作中，從而進一步提高勞動效率，解決小斷面巖巷掘進機械化開采程度低的問題。

關鍵詞：小斷面；巖巷；掘進機；截割性能

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.112

文章編號：2095-6835（2016）11-0112-02

隨著煤炭易開采資源的日益減少，現(xiàn)在國內(nèi)大多數(shù)礦井可開采的煤層比較薄，存在所需巷道斷面比較小，巖巷掘進比例較高，巖石硬度較大等問題。巷道斷面普遍為10～15 m2，大多數(shù)為石英砂巖、粉砂巖、泥巖等的全巖巷道，而且硬度較大。另外，我國西南地區(qū)，比如重慶、貴州、云南等地也存在類似的情況——煤層較薄、巷道斷面小、巖石硬度大等。

受技術因素的限制，目前，小斷面全巖巷道主要采取炮掘的方式掘進，機械化程度低，巷道掘進速度慢，工人勞動強度大，生產(chǎn)效率低，安全性差。隨著煤礦井下巷道掘進機械化改造力度的加大，適用于小斷面全巖巷道的掘進設備市場需求量也越來越大。

1 總體結構

小斷面巖巷掘進機是專門為井下小斷面全巖巷道的掘進開發(fā)研制的設備，它主要適用于巷道巖石硬度小于80 MPa（局部100 MPa），最小斷面達8 m2的巖巷掘進工作中。

小斷面巖巷掘進機整機由截割部、裝載部、刮板輸送機、機架及回轉(zhuǎn)臺、行走部、液壓系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和防護總成9個部分組成。整機除了截割部外，全部采用液壓驅(qū)動。裝載機構采用的是高速馬達加減速器的傳動方案，它能使鏟板結構薄型化；刮板運輸機采用彎曲設計降低整機高度；機架設計為前后分體式，方便生產(chǎn)和井下運輸；左右履帶行走機構對稱布置，為了減小內(nèi)阻，設計有支重輪；液壓系統(tǒng)由1臺132 kW的電機提供動力，采用的是恒功率負載敏感加獨立流量分配控制系統(tǒng)，由水冷卻器為系統(tǒng)降溫；電氣系統(tǒng)設計采用的是CAN總線控制技術。為了方便操作和維護，可開發(fā)掘進機在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，以實時監(jiān)測掘進機在運行過程中的各種狀態(tài)參數(shù)。

2 截割機構

截割機構是掘進機的工作機構，也是掘進機設計的核心部分。小斷面巖巷掘進機主要由截割電機、截割減速器、截割頭、懸臂段和護板等元部件組成。如果采用中心內(nèi)噴霧水道結構，改旋轉(zhuǎn)水封為彈簧石墨密封，即可在無油脂潤滑下高速運行，從而有效解決掘進機內(nèi)噴霧配水故障率高的難題。另外，帶流量控制的噴霧齒座的耐磨截割頭設計提高了降塵率，抑制了截割火花的產(chǎn)生。EBZ260W型掘進機截割機構如圖1所示。

3 新型嵌入式回轉(zhuǎn)機構

傳統(tǒng)的回轉(zhuǎn)機構存在體積大、高度高等問題，不適用于小斷面巖巷掘進機上。新型回轉(zhuǎn)機構采用“質(zhì)量體積比”的設計理念，通過結構創(chuàng)新開發(fā)了嵌入式結構，將重型巖巷掘進機的機身高度降至1.65 m，順利完成了小斷面全巖巷掘進工作。嵌入式回轉(zhuǎn)機構如圖2所示。

4 小角度、薄型、高強度裝載機構

傳統(tǒng)的裝載機構主要是由鏟板和左右對稱的驅(qū)動裝置組成的。利用低速大扭矩液壓馬達直接驅(qū)動三爪星輪轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)裝載煤巖的目標。這種液壓馬達直接驅(qū)動的裝載機構存在鏟板角度大、鏟板厚度厚的問題，不適用于小斷面巖巷專用掘進機中。因此，用高速馬達加減速器的結構代替原來低速大扭矩馬達直接驅(qū)動的結構，能減小鏟板的厚度。

5 彎曲型耐磨刮板運輸機

刮板輸送機采用邊雙鏈刮板，它主要是由機前部、中機架、機后部、驅(qū)動裝置、邊雙鏈刮板和張緊裝置等組成的。

在小斷面巖巷掘進機中，刮板運輸機的拉直設計會增加整機高度。因此，為了降低整機高度，刮板運輸機采用彎曲結構。在瓦斯抽排巷全巖掘進時，截割下來的主要是小塊巖石物料，極易導致刮板運輸機卡鏈和磨損。如果采用全程壓鏈，則能合理控制鏈軌間隙，達到防卡、耐磨的目的。

6 液壓系統(tǒng)

泵站油箱分別布置在掘進機左右兩側，油箱容積大，有利于液壓油散熱。泵站電機使用的是水冷電機，它噪聲小。另外，整個液壓冷卻系統(tǒng)使用的是進口高效板翅式冷卻器，冷卻效率高。在能正常供水的情況下，液壓系統(tǒng)可達40 ℃熱平衡，為其正常運行提供有力的保障。

操作臺采用整體式設計，管路、閥組和儀表布置合理。另外，管路線路短，故障點少，系統(tǒng)反應迅速，所有操作手柄和按鈕都在司機視線和操作范圍內(nèi)，便于司機集中控制。這種人性化的操作手柄布置方式，對于司機來說，操作起來非常簡單，還減輕了勞動強度。

7 電控系統(tǒng)CAN總線控制技術

小斷面巖巷掘進機狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)主要用于實時監(jiān)測、采集、運算和分析掘進機在煤礦巷道掘進過程中的各種運行參數(shù)，從而有效判斷掘進機的工作狀態(tài)，為掘進機的操作、維護和檢修提供參考，為智能控制和故障診斷提供數(shù)據(jù)分析的依據(jù)。

掘進機參數(shù)實時監(jiān)測系統(tǒng)主要是由礦用數(shù)據(jù)采集器、顯示器、不間斷電源和直接測量各種參數(shù)的傳感器等組成。在掘進機開機后，系統(tǒng)會自動運行，并開始監(jiān)測：①利用相應的傳感器測量截割電機的電流、電壓、溫度，整機的振動加速度，液壓系統(tǒng)各個回路的壓力、流量、液位、液溫、油缸位移等參數(shù)，并將測量到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電壓或電流信號被數(shù)據(jù)采集器采集。這時，采集器將采集到的數(shù)據(jù)傳送到上位機中進行運算，比如根據(jù)液壓系統(tǒng)的壓力計算出截割牽引力和行走牽引力，根據(jù)油缸位移計算出執(zhí)行機構的牽引速度等。②綜合分析直接采集到數(shù)據(jù)和計算出的數(shù)據(jù)，可以判斷每組數(shù)據(jù)是否在合理的工作范圍內(nèi)。如果這些數(shù)據(jù)超出安全范圍，要立即提醒相關工作人員或采取報警措施。③將分析結果通過友好的人機界面顯示出來，由輔助技術人員對掘進機進行操作、維護和檢修。

8 主要技術參數(shù)

掘進機總重85 t，長×寬×高為12 m×2.7 m×1.65 m，截割功率為260 kW，經(jīng)濟截割硬度為f9（局部f11）。

9 使用效果

目前，低矮型小斷巖巖巷掘進機已經(jīng)完成了井下工業(yè)性試驗。2015-04，EBZ260W掘進機在山西省陽泉市陽煤集團新景公司15#煤一區(qū)南翼中部80121高抽巷進行井下工業(yè)性試驗。巷道斷面為矩形，面積為12.76 m2，全巖巷道，以石灰?guī)r、中

砂巖為主。工業(yè)性試驗為期3個月，共進尺550.4 m，平均月進尺183 m，最高月進尺207.6 m，最高日進尺8 m。截齒總計消耗511把，平均截齒消耗為0.07把/m3。相對原月進尺100 m左右的進尺速度，現(xiàn)在的進尺速度有效提高了勞動效率，為使用單位創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益。

10 結束語

BZ260W型小斷面巖巷掘進機性能、參數(shù)合理，機身體積小，斷面小，截割能力強，重心低，整機振動小，穩(wěn)定性好，自動化程度高，可靠性高，適用于小斷面全巖巷道和瓦斯抽放巷道的機械化掘進工作中。該設備的出現(xiàn)有效推動了我國小斷面全巖巷道和高瓦斯礦井瓦斯抽放巷掘進事業(yè)的發(fā)展，在我國掘進機械的技術進步和煤礦綜掘機械化方面發(fā)揮了積極的作用，而且還創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益和社會效益，具有較強的市場競爭力和廣闊的市場前景。

參考文獻

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[3]王亮，許軍，孫永峰，等.基于CAN總線的掘進機無線遙控系統(tǒng)設計[J].煤礦機械，2015（8）：48-49.

作者簡介：張常青（1977—），男，山西壽陽人，工程師，主要從事掘進和支護技術方面的研究。

〔編輯：白潔〕