李發(fā)泉

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

帶式輸送機(jī)機(jī)尾延伸是掘進(jìn)工作面勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)較多的工序之一。隨著綜采工作面產(chǎn)能的提高，年消耗回采巷道數(shù)量大幅增加，而煤巷掘進(jìn)技術(shù)水平較低，造成采掘比例失調(diào)嚴(yán)重，使煤巷掘進(jìn)在集約化高效礦井生產(chǎn)實(shí)踐中瓶頸性凸顯[1]。實(shí)現(xiàn)延尾機(jī)械化和煤流連續(xù)運(yùn)輸是提高煤巷掘進(jìn)效率的有效途徑。

目前煤巷掘進(jìn)工作面后配套運(yùn)輸機(jī)尾的延伸方式主要有絞車牽引和掘錨機(jī)牽引兩種。前者通過在掘進(jìn)機(jī)后方打設(shè)錨固點(diǎn)，并將絞車固定在帶式輸送機(jī)機(jī)尾上，用絞車拖拉錨固點(diǎn)將帶式輸送機(jī)機(jī)尾向前拉移，該方式投入人員較多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，并易引發(fā)斷繩傷人事故；后者通過鏈條將帶式輸送機(jī)機(jī)尾與掘進(jìn)設(shè)備連接，掘進(jìn)設(shè)備前進(jìn)并拖拽運(yùn)輸機(jī)尾至指定位置，這種方式需要設(shè)備頻繁調(diào)動(dòng)，對(duì)底板破壞較大，且機(jī)尾容易偏移，需要二次調(diào)整帶式轉(zhuǎn)載機(jī)，故該方式效率較低。另外，為降低帶式輸送機(jī)移動(dòng)阻力，常需要在剛性架下面鋪設(shè)臨時(shí)軌道，這種軌道需要人工搬運(yùn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大[2-4]。

傳統(tǒng)煤巷后配運(yùn)輸主要采用普通帶式轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)機(jī)尾重疊搭接，這種配套方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資較少，設(shè)備機(jī)身輕，缺點(diǎn)是受限于帶式轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身剛性，重疊搭接較短，一般為25m左右[5]。

由掘錨機(jī)、八臂錨桿鉆車、膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)、邁步式自移機(jī)尾等設(shè)備組成的世界首套煤礦快速掘進(jìn)系統(tǒng)于2013年在大柳塔礦首次應(yīng)用，該系統(tǒng)通過帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和邁步式自移機(jī)尾的平行搭接，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)運(yùn)輸和延尾機(jī)械化[6-9]。

采用可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和邁步式自移機(jī)尾上下重疊搭接可進(jìn)一步提高運(yùn)輸效率，增加后配套重疊搭接行程。為此研制了集纜線存儲(chǔ)、調(diào)偏、自移等功能于一體的新型邁步式自移機(jī)尾，滿足快速掘進(jìn)工作面配套要求。

2 邁步式自移機(jī)尾的研制

2.1 布置和特點(diǎn)

邁步式自移機(jī)尾主要用于快速掘進(jìn)工作面的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)，如圖1所示，其布置方式的主要特點(diǎn)是：

1—掘錨機(jī)；2—破碎轉(zhuǎn)載機(jī)；3—十臂錨桿機(jī)；4—可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)；5—邁步式自移機(jī)尾；6—自移動(dòng)力站圖1 邁步式自移機(jī)尾在快速掘進(jìn)工作面布置

(1)該機(jī)可將來自可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)至巷道膠帶上，實(shí)現(xiàn)煤流連續(xù)運(yùn)輸。

(2)該機(jī)與可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)采用重疊式搭接方式，增加輔助運(yùn)輸寬度。與傳統(tǒng)的后配套系統(tǒng)相比，新型邁步式自移機(jī)尾后配套運(yùn)輸重疊搭接行程更長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)100余米，滿足快速掘進(jìn)的快速移架、長(zhǎng)距離搭接的要求，避免了傳統(tǒng)帶式輸送機(jī)機(jī)尾后配套重疊搭接行程受限的缺陷。新型邁步式自移機(jī)尾專門為可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)配套使用，在剛性架設(shè)計(jì)有銷排軌道，自移動(dòng)力站通過銷齒驅(qū)動(dòng)可牽引可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)實(shí)現(xiàn)退機(jī)作業(yè)。

(3)邁步式自移機(jī)尾的剛性架可作為設(shè)備列車，將移變、饋電開關(guān)、材料車、除塵系統(tǒng)等固定在剛性架上實(shí)現(xiàn)同步前移。

(4)邁步式自移機(jī)尾的剛性架側(cè)面集成電纜槽，電纜槽內(nèi)可儲(chǔ)存電纜和管路，生產(chǎn)班不需要頻繁調(diào)整電纜、水管。

2.2 組成和工作原理

如圖2所示，邁步式自移機(jī)尾主要由尾架、底盤主體、剛性架等組成，尾架由前端頭、后端頭、連接主梁、鏟板連接為一體。水平推移油缸連接前端頭和底盤主體。前端頭和后端頭下部均安裝有端頭舉升油缸，端頭舉升油缸下部安裝有滑輪，且滑輪可沿著底盤主體的滑軌上滑動(dòng)。

圖2 邁步式自移機(jī)尾結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

如圖3所示，剛性架采用提升臂+導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)，導(dǎo)軌前部通過連桿與底盤主體連接，剛性架主體與后端頭連接。

圖3 剛性架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

邁步式自移機(jī)尾的工作原理采用邁步交替運(yùn)動(dòng)原理，其運(yùn)動(dòng)過程分兩部分，第一部分為底盤主體部分不動(dòng)，移動(dòng)尾架和剛性架，第二部分為尾架和剛性架不動(dòng)，移動(dòng)底盤主體。

移剛性架時(shí)，第一步為底盤中的舉升油缸伸出，底盤主體“頂天立地”；第二步為尾架中的舉升油缸將整個(gè)尾架舉起，同時(shí)剛性架舉升油缸伸出作用提升臂，將剛性架主體舉起；第三步為在水平推移油缸作用下，尾架在底盤主體的滑軌上整體前移，同時(shí)剛性架受尾架拖拽沿著自身的導(dǎo)軌前移。

移動(dòng)底盤主體時(shí)，第一步為底盤上的舉升油缸收回，底盤主體離頂；第二步為尾架中的舉升油缸收縮令前后端頭接地，底盤主體離地，同時(shí)剛性架舉升油缸收回，剛性架主體落下，剛性架導(dǎo)軌抬起；第三步為水平推移油缸拉動(dòng)底盤主體前移，同時(shí)剛性架導(dǎo)軌受底盤主體拖拽前移。

2.3 主要技術(shù)參數(shù)及參數(shù)計(jì)算

適應(yīng)巷道高度2800～4500mm；寬度2900mm；自移行程：1500mm/2000mm；支護(hù)強(qiáng)度：0.84MPa；底板平均比壓0.43MPa；泵站功率45kW；適應(yīng)膠帶寬度1000mm；操縱方式：手動(dòng)/遙控。

2.3.1 自移行程的計(jì)算

自移行程需要滿足每天生產(chǎn)班進(jìn)尺要求，盡量縮短移架時(shí)間。自移行程可按式(1)計(jì)算。

L=St/Ty

(1)

式中，S為每天達(dá)到的最高進(jìn)尺或邁步移動(dòng)機(jī)尾和可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)搭接行程；t為機(jī)尾每步移架所需時(shí)間；Ty為檢修班要求的移架時(shí)間。

2.3.2 最大推移力的計(jì)算

機(jī)尾移架時(shí)，底盤主體需要克服包括剛性架、前端頭、可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)等重力負(fù)載，推移油缸最大推移力為：

F=μ1·G·g

(2)

式中，μ1為滑輪和滑軌之間的滾動(dòng)摩擦因素；G為底盤主體上負(fù)重，主要包括前端頭、后端頭、剛性架、可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)在邁步式自移機(jī)尾上的部分、材料框、自移動(dòng)力站等。

2.3.3 底盤舉升油缸舉升力的計(jì)算

機(jī)尾移架時(shí)，底盤舉升油缸需要提供足夠的舉升力，保持底盤主體在移架時(shí)靜止。單根底盤舉升油缸舉升力為：

T=F/(2μ2)

(3)

式中，μ2為支架頂梁與頂板的摩擦因素(底盤主體與底板的摩擦因素按等同選取)。

2.3.4 支護(hù)強(qiáng)度的計(jì)算

p1=2T/S1

(4)

式中,S1為頂梁的接頂面積。

2.3.5 底盤平均必壓的計(jì)算

p2=2T/S2

(5)

式中,S2為底盤主體與底板的接觸面積。

2.3.6 泵站功率的計(jì)算

(6)

式中，qv為系統(tǒng)最大流量；Δp為在系統(tǒng)最大流量時(shí)液壓泵壓力油口壓差；ηt為液壓泵總效率。

2.4 主要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核

根據(jù)上面所述的參數(shù)邊界條件，對(duì)提升臂、底盤主體、導(dǎo)軌進(jìn)行有限元分析，如圖4～6所示，提升臂的最大應(yīng)力為196.25MPa，底盤主體的最大變形約為1.25,導(dǎo)軌的最大變形約為0.68，均滿足材料的強(qiáng)度或剛度要求。

圖4 提升臂應(yīng)力

圖5 底盤主體變形

圖6 導(dǎo)軌變形

2.5 設(shè)備主要特點(diǎn)

(1)該機(jī)的移動(dòng)步距為2m或1.5m，自移行程大。

(2)穩(wěn)定支架采用頂天立地的結(jié)構(gòu)，工作穩(wěn)定性好，極大滿足牽引力的附著要求。

(3)采用油缸拉動(dòng)端頭和剛性架移動(dòng)。剛性架的推移采用提升臂+導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，安全可靠，移架速度快。

(4)邁步式自移機(jī)尾的動(dòng)作均實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操縱，并實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化邁步，減人增效。

(5)前后端頭設(shè)置導(dǎo)向裝置，防止可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)與邁步式自移機(jī)尾運(yùn)動(dòng)別卡。

(6)前端頭前部設(shè)計(jì)有鏟板結(jié)構(gòu)，可根據(jù)底板起伏調(diào)整可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)膠輪落地姿態(tài)，保證了可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)行走穩(wěn)定性。

3 應(yīng)用情況與改進(jìn)

工程概況：由掘錨機(jī)、十臂錨桿鉆車、破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)和邁步式自移機(jī)尾組成的快速掘進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用在神東大柳塔5-2煤進(jìn)行單巷掘進(jìn)，5-2煤層厚度7.31～7.8m，為穩(wěn)定煤層。煤層直接頂厚0～2.8m，以泥巖為主，靠近切眼變?yōu)榉凵皫r，直接底以粉砂巖、泥巖為主。頂?shù)装蹇傮w屬于半堅(jiān)硬巖石，局部區(qū)域遇水易軟化[10-11]。

新型邁步式自移機(jī)尾于2014年7月在神東大柳塔礦5-2煤與掘錨機(jī)等裝備配套使用，在52501回風(fēng)巷、52502運(yùn)輸巷、52501運(yùn)輸巷和52300回風(fēng)巷中作業(yè)，截止2015年8月，掘進(jìn)巷道近20000m，平均月進(jìn)尺2400m，每班最高進(jìn)尺85m，每天最高進(jìn)尺158m，月最高進(jìn)尺3088m[10-11]。

在應(yīng)用過程中，存在的主要問題是邁步式自移機(jī)尾的泵站供液距離長(zhǎng)，壓力損耗大，油缸伸縮速度慢，導(dǎo)致延伸膠帶用時(shí)過長(zhǎng)。通過增加一組泵站，增加系統(tǒng)流量輸出，使油缸動(dòng)作加快，將延伸膠帶時(shí)間縮小至3h以內(nèi)，滿足了快速掘進(jìn)工作面高產(chǎn)高效的配套要求。

4 結(jié)束語

新型邁步式自移機(jī)尾專門為可彎曲帶式轉(zhuǎn)載機(jī)配套使用，解決了傳統(tǒng)邁步式自移機(jī)尾后配套搭接行程短、無法滿足快速掘進(jìn)進(jìn)尺要求的難題，提高了煤巷掘進(jìn)運(yùn)輸效率，實(shí)現(xiàn)延尾機(jī)械化作業(yè)，降低

工人作業(yè)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了工作面高產(chǎn)高效。新型邁步式自移機(jī)尾先后在神東煤炭集團(tuán)、陽煤集團(tuán)得到了推廣和應(yīng)用，對(duì)國(guó)內(nèi)煤巷掘進(jìn)連續(xù)運(yùn)輸技術(shù)和機(jī)械化延尾技術(shù)有一定參考價(jià)值。

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