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        煤礦用錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的研制與應(yīng)用

        2019-07-09 04:37:24王佃武
        中國(guó)煤炭 2019年6期
        關(guān)鍵詞:錨桿系統(tǒng)

        王佃武

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

        1 引言

        目前,煤礦多采用綜掘機(jī)+錨桿機(jī)交叉換位交替作業(yè)的方式進(jìn)行掘進(jìn),存在隊(duì)伍多、人員多、效率低、速度慢、安全性差等問(wèn)題,綜掘機(jī)掘進(jìn)完成后,操作人員將錨桿機(jī)搬到空頂區(qū)域,在整個(gè)錨護(hù)過(guò)程中,操作人員在空頂下進(jìn)行錨桿支護(hù)存在較大的安全隱患,而且一臺(tái)錨桿鉆機(jī)一般需要2~3人進(jìn)行操作,單個(gè)掘進(jìn)工作面一般需要大約3臺(tái)錨桿鉆機(jī),因此在空頂區(qū)域大約有9~10人在空頂區(qū)域內(nèi)進(jìn)行工作,容易造成群死群傷,與煤巷掘進(jìn)“少人、高效、自動(dòng)、智能”的技術(shù)發(fā)展要求差距較大,而且礦井產(chǎn)能增加后上述問(wèn)題會(huì)更加突出。

        針對(duì)上述情況,中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司和神東煤炭集團(tuán)合作開(kāi)發(fā)了世界首套高效快速掘進(jìn)系統(tǒng),該系統(tǒng)由掘錨機(jī)組、破碎轉(zhuǎn)載機(jī)、十臂錨桿鉆機(jī)、可彎曲帶式輸送機(jī)、邁步式自移機(jī)尾組成,該系統(tǒng)包含了采掘、支護(hù)和運(yùn)輸以及工作面的通風(fēng)供水等主要工序,實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)設(shè)備間的協(xié)同控制。該系統(tǒng)于2014年7月開(kāi)始在神東大柳塔煤礦進(jìn)行巷道掘進(jìn),截止到2015年8月,該系統(tǒng)共掘進(jìn)巷道20000 m,平均月進(jìn)尺2400 m,每班最高進(jìn)尺85 m,每天最高進(jìn)尺158 m,月最高進(jìn)尺3088 m。然而,由于其工作面的特殊地質(zhì)條件,掘錨機(jī)的錨桿支護(hù)能力并未在該套快速掘進(jìn)系統(tǒng)中體現(xiàn)出來(lái),因此中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司針對(duì)普通的地質(zhì)條件又開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)出了一種掘錨機(jī)配套錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組、可彎曲帶式輸送機(jī)組和邁步式自移機(jī)尾的三位一體的新型快速掘進(jìn)系統(tǒng)。

        2 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的研制

        2.1 新型快速掘進(jìn)系統(tǒng)的布置

        新型快速掘進(jìn)系統(tǒng)主要由掘錨機(jī)組、錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組、可彎曲帶式輸送機(jī)組、邁步式自移機(jī)尾等部分組成,該系統(tǒng)重點(diǎn)解決支護(hù)和運(yùn)輸?shù)男蕟?wèn)題,實(shí)現(xiàn)掘錨平行作業(yè)、分段支護(hù)以及連續(xù)運(yùn)輸,并綜合考慮通風(fēng)、供電、排水、輔助等運(yùn)輸環(huán)節(jié),提高總體工效,將平均進(jìn)尺水平提高到大約1000 m/月。其中,掘錨機(jī)采用全寬截割部,截割推進(jìn)利用滑移機(jī)構(gòu),具有推進(jìn)力大并保證截割時(shí)設(shè)備本體不移動(dòng)特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)本機(jī)截割。掘錨機(jī)上布置4臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)和2臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī),負(fù)責(zé)進(jìn)行巷道頂板的錨桿支護(hù)及側(cè)幫錨桿支護(hù)。由于掘錨機(jī)受到空間限制和結(jié)構(gòu)限制,整機(jī)只能布置2臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī),因此在系統(tǒng)中需要布置1臺(tái)具備打側(cè)幫錨桿鉆機(jī)功能的錨桿機(jī),同時(shí)還需具備破碎、轉(zhuǎn)載和運(yùn)輸功能的錨桿支護(hù)設(shè)備,尾部搭接可彎曲帶式輸送機(jī)組將煤炭轉(zhuǎn)運(yùn)至巷道帶式輸送機(jī)組上,實(shí)現(xiàn)煤流連續(xù)運(yùn)輸,可彎曲帶式輸送機(jī)組與邁步式自移機(jī)尾采用重疊式搭接方式配套使用,在剛性架設(shè)計(jì)有銷排軌道,自移動(dòng)力站通過(guò)銷齒驅(qū)動(dòng)可牽引可彎曲帶式輸送機(jī)組實(shí)現(xiàn)退機(jī)作業(yè)。新型快速掘進(jìn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

        2.2 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的布置方式

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組主要由主機(jī)架、左右履帶架、受料部、卸料部、破碎裝置和錨桿鉆機(jī)組成。該機(jī)組的輸送機(jī)構(gòu)布置在中間,前端布置該機(jī)組的受料部,后端布置卸料部,中間依靠刮板鏈實(shí)現(xiàn)物料的轉(zhuǎn)載和運(yùn)輸,同時(shí)在輸送機(jī)構(gòu)的中部布置破碎裝置,主要是對(duì)掘錨機(jī)切割下來(lái)并運(yùn)輸至錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)中的物料進(jìn)行破碎。運(yùn)輸裝置中的刮板輸送機(jī)采用變頻調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng),可以根據(jù)具體的實(shí)際運(yùn)錨情況調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速,從而調(diào)節(jié)刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)行速度。考慮該機(jī)組在系統(tǒng)中的支護(hù)方式主要是進(jìn)行側(cè)幫錨桿的支護(hù),因此在該機(jī)組的兩側(cè)布置2臺(tái)錨桿鉆機(jī),并在側(cè)幫錨桿鉆機(jī)上排布2套側(cè)幫提升機(jī)構(gòu),滿足不同高度條件下的側(cè)幫錨桿支護(hù),從而滿足巷道的支護(hù)要求。錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組組成結(jié)果示意圖如圖2所示。

        1-掘錨機(jī)組;2-錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組;3-可彎曲帶式輸送機(jī)組;4-邁步式自移機(jī)尾圖1 新型快速掘進(jìn)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖

        圖2 錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組組成結(jié)果示意圖

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的主機(jī)架采用分體設(shè)計(jì),即主機(jī)架由左履帶架、中間架、右履帶架3個(gè)部分組成,在左、右履帶架中分別布置2套內(nèi)置式的行走減速器和液壓行走馬達(dá),依靠整機(jī)液壓泵站為行走系統(tǒng)提供的高壓油提供行走動(dòng)力,同時(shí)液壓系統(tǒng)還為該機(jī)組的錨鉆系統(tǒng)提供動(dòng)力油源,因此在該機(jī)組液壓系統(tǒng)中設(shè)置1組換向閥,當(dāng)該機(jī)組行走時(shí)為行走系統(tǒng)提供必需的動(dòng)力油源,當(dāng)該機(jī)組進(jìn)行錨鉆操作時(shí)為整機(jī)錨鉆系統(tǒng)提供動(dòng)力油源。該機(jī)組中除輸送和破碎功能以外全部依靠液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力,作為該機(jī)組中唯一的動(dòng)力油源,需要核實(shí)該機(jī)組的液壓動(dòng)力源能否滿足整機(jī)正常工作時(shí)的動(dòng)力需求。

        3 主要技術(shù)參數(shù)及參數(shù)計(jì)算

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組外形尺寸中長(zhǎng)度為9100 mm,寬度為3100 mm,高度為2200 mm,該機(jī)組的總重約為42 t。該機(jī)組的最大行走速度為10 m/min,鉆架中鉆箱轉(zhuǎn)速為500+50 r/min,鉆箱的最大進(jìn)給速度為10 m/min,接地比壓為0.14 MPa,泵站功率為90 kW。

        3.1 接地比壓的計(jì)算

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組設(shè)備的重心在水平地面上的投影與履帶接地區(qū)段的幾何中心相重合,在計(jì)算該機(jī)組的接地比壓時(shí)可按式(1)進(jìn)行計(jì)算:

        (1)

        式中:Pa——履帶平均接地比壓,kPa;

        G——機(jī)器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力,kN;

        b——履帶接地寬度,m;

        L——履帶接地區(qū)段長(zhǎng)度,m。

        3.2 泵站功率的計(jì)算

        在計(jì)算該機(jī)組的泵站功率時(shí)可按式(2)進(jìn)行計(jì)算:

        (2)

        式中:N——泵站功率,kW;

        P——系統(tǒng)壓力,MPa;

        Q——系統(tǒng)最大流量,L/min。

        液壓泵的輸出排量為190 ml/r,考慮到泵站的效率,電機(jī)功率一般為所需功率的1.05~1.25倍,查有關(guān)電機(jī)手冊(cè),所選電機(jī)的功率為125 kW時(shí)比較適合。

        3.3 輸送能力的計(jì)算

        輸送機(jī)構(gòu)布置在錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的中間,其中輸送鏈道的寬度為0.87 m,輸送鏈道的槽高為0.25 m,輸送機(jī)構(gòu)的刮板鏈長(zhǎng)度為28 m,其中松散煤的密度可估算為830 kg/m3,輸送機(jī)構(gòu)的馬達(dá)轉(zhuǎn)速為1500 r/min,輸送機(jī)構(gòu)減速器的速比為18.56,輸送鏈輪的直徑為0.2466 m,通過(guò)計(jì)算可得輸送機(jī)構(gòu)的運(yùn)輸能力為W=1200 t/h。

        3.4 主要結(jié)構(gòu)件強(qiáng)度校核

        按照錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的工作情況及參數(shù)邊界條件,對(duì)該機(jī)組中的機(jī)架、受料部進(jìn)行受力分析,分析結(jié)果如圖3和圖4所示。

        圖3 主機(jī)架應(yīng)力

        圖4 料斗應(yīng)力

        由圖3和圖4可知,主機(jī)架的最大應(yīng)力為147.07 MPa,受料部的最大應(yīng)力為364 MPa,因此在進(jìn)行部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都采用高強(qiáng)度材料。

        3.5 設(shè)備的主要特點(diǎn)

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組集物料轉(zhuǎn)載、物料運(yùn)輸和錨桿支護(hù)于一體,該機(jī)組采用分體結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能于一體,并能夠?qū)崿F(xiàn)井下組裝。該機(jī)組中的各個(gè)部件均可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控操作,并實(shí)現(xiàn)破碎和運(yùn)輸?shù)淖詣?dòng)啟停,實(shí)現(xiàn)減人增效。該機(jī)組的錨鉆系統(tǒng)中布置有電液控制技術(shù),操作人員操作按鈕進(jìn)行錨護(hù)作業(yè),大大減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

        4 應(yīng)用情況與改進(jìn)

        2018年10月,錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組在陜西匯森煤業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司涼水井煤礦4-2煤層與掘錨機(jī)配套使用,在422盤區(qū)的42205回風(fēng)巷和42206運(yùn)輸巷中進(jìn)行了作業(yè),截至2019年3月,掘進(jìn)巷道近6000 m,平均月進(jìn)尺1000 m,每天最高進(jìn)尺60 m。

        在使用過(guò)程中,存在的主要問(wèn)題是錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組與可彎曲帶式輸送機(jī)之間的搭接問(wèn)題,此處漏煤?jiǎn)栴}比較嚴(yán)重,經(jīng)常需要安排專人進(jìn)行漏煤的清理。在后續(xù)的改進(jìn)過(guò)程中,需要在錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的尾部增加膠皮護(hù)罩,導(dǎo)向煤流運(yùn)輸方向,降低錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的落煤高度,減少煤塊的灑落,降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

        5 結(jié)語(yǔ)

        錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組的研制成功為實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)系統(tǒng)提供了必要的設(shè)備支持,解決了傳統(tǒng)工藝中錨桿支護(hù)無(wú)法快速進(jìn)行支護(hù)的問(wèn)題,同時(shí)發(fā)揮了設(shè)備一機(jī)多能的作用,提高了煤巷的掘進(jìn)速度和掘進(jìn)效率,降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)工作面的高產(chǎn)高效和掘進(jìn)工作面的減人增效。錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組先后應(yīng)用于陽(yáng)煤集團(tuán)和黃陵礦業(yè)集團(tuán),得到了大范圍的推廣和應(yīng)用,為國(guó)內(nèi)煤巷快速掘進(jìn)系統(tǒng)的研究提供了新技術(shù)和新理念的技術(shù)支持。

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