宋昊婷

（大同煤礦集團(tuán)公司機(jī)電管理處，山西 大同037003）

1 同煤集團(tuán)綜掘現(xiàn)狀

同煤集團(tuán)綜掘現(xiàn)狀為采掘失調(diào)、掘錨脫節(jié)、缺乏支護(hù)。煤巷、半煤巷綜掘平均進(jìn)度較慢，這與各煤礦地質(zhì)條件不同和各煤礦技術(shù)管理水平差異有關(guān)，但掘進(jìn)設(shè)備本身沒(méi)有與現(xiàn)在的巷道支護(hù)技術(shù)相適應(yīng)也是一個(gè)重要原因。石炭系煤層回采巷道大部分在煤巷中掘進(jìn)，巷道設(shè)計(jì)寬度為4.5～5.4 m，高3.5～4.0 m，斷面面積為18～22 m2。采用錨桿、錨索、鋼帶、網(wǎng)片聯(lián)合支護(hù)方式。大部分礦井使用普通EBZ系列縱軸掘進(jìn)機(jī)月均進(jìn)尺為200～280 m，平均3個(gè)掘進(jìn)隊(duì)組為1個(gè)綜采隊(duì)圈面服務(wù)，效率較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，巷道掘進(jìn)作業(yè)中的支護(hù)時(shí)間要占總作業(yè)時(shí)間的70%，掘進(jìn)巷道作業(yè)中的掘進(jìn)與支護(hù)的分離仍是進(jìn)一步提高掘進(jìn)巷道速度的最大障礙。因此，在調(diào)研與試用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的掘進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上，加大研發(fā)力度，改造設(shè)計(jì)出適合同煤集團(tuán)各礦掘進(jìn)需求的快速掘進(jìn)設(shè)備。

2 改造內(nèi)容

以JOY EJM2×170型掘錨機(jī)為平臺(tái)，設(shè)計(jì)整機(jī)機(jī)群排布方案、支架、托網(wǎng)機(jī)構(gòu)、排放安置錨桿機(jī)群及送網(wǎng)機(jī)構(gòu)，最終改造設(shè)計(jì)為13臂掘錨一體機(jī)，如圖1所示。

圖1 13臂掘錨一體機(jī)示意圖

改造內(nèi)容主要包括以下八個(gè)方面[1]：

1）增強(qiáng)操作的安全性，增加臨時(shí)支護(hù)，支護(hù)巷道頂板，為操作者提供安全的操作空間。

2）降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度及操作的安全性，增加送網(wǎng)機(jī)構(gòu)與托網(wǎng)機(jī)構(gòu)，提高鋪網(wǎng)與鋼帶的機(jī)械化水平。

3）提高錨固效率，增加錨桿機(jī)群，把頂板與側(cè)幫錨固工藝進(jìn)行分解，重新布置與增加錨桿鉆機(jī)，目的是實(shí)現(xiàn)一機(jī)一孔，平行作業(yè)。首排4根（左右各2根），錨固頂板錨桿，第二排2根（左右各1根）錨固側(cè)幫上錨桿，第三排3根（左中右各1根）錨固頂板剩余的錨桿與錨索，同時(shí)左右錨桿鉆機(jī)具有錨索輸送裝置，第四排2根（左右各1根），第五排2根（左右各1根），錨固下側(cè)剩余的側(cè)幫錨桿；錨桿的間距為800 mm，錨桿排距為900 mm，能夠完成7根頂板錨桿及8根側(cè)幫錨桿的錨固。

4）改造掘錨機(jī)組的電氣與液壓系統(tǒng)，所有的液壓閥組設(shè)計(jì)成電磁閥，增加主機(jī)與錨桿鉆機(jī)的遙控功能，提高掘進(jìn)與錨固的機(jī)械化水平。

5）改造設(shè)備的其他輔助設(shè)備，完善設(shè)備的整體性與協(xié)調(diào)性。

6）增加位移接近開(kāi)關(guān)，保證掘進(jìn)進(jìn)尺與錨固排距一致，從而保證工序的銜接性。

7）增加臨時(shí)護(hù)架升降傳感器，避免截割系統(tǒng)與臨時(shí)護(hù)架產(chǎn)生干涉。

8）增加第三排的錨桿鉆機(jī)的縱向調(diào)整裝置，保證對(duì)孔的準(zhǔn)確性。

2.1 適應(yīng)巷道條件

13臂掘錨機(jī)主要用于煤巷掘進(jìn)或房柱式采煤；

適應(yīng)巷道斷面寬度5.5 m，巷道斷面寬度3.8 m；

工作巷道角度縱向＜7°，橫向＜5°；

截割硬度f(wàn)=2～5，需要巷道底板條件較好，避免設(shè)備沉陷，造成行走困難；

供電電壓1 140 V；

總裝機(jī)功率690 kW。

2.2 各系統(tǒng)介紹

按區(qū)域劃分，可以將機(jī)組分為截割區(qū)、支護(hù)區(qū)、及時(shí)錨固區(qū)、穩(wěn)定區(qū)補(bǔ)打區(qū)、控制區(qū)及補(bǔ)給取，如圖2所示。

圖2 13臂掘錨一體機(jī)區(qū)域劃分示意圖

按系統(tǒng)劃分，13臂掘錨一體機(jī)主要由截割系統(tǒng)、裝載運(yùn)輸系統(tǒng)、本體及行走部、后支撐部、錨桿機(jī)組、護(hù)架組件、送網(wǎng)托網(wǎng)裝置、錨桿鉆車、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分組成，如圖3[2]。

圖3 整機(jī)結(jié)構(gòu)

2.3 生產(chǎn)作業(yè)人數(shù)

13掘錨一體機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)需要4人操作，其中1人操作主機(jī)遙控器，1人配合觀察周圍工作情況是否安全以及操作轉(zhuǎn)換模塊（主機(jī)動(dòng)作與錨桿機(jī)動(dòng)作切換），2人監(jiān)護(hù)轉(zhuǎn)載皮帶。

13掘錨一體機(jī)進(jìn)行錨固作業(yè)時(shí)需要6～8人，其中2人負(fù)責(zé)操縱錨桿機(jī)遙控器，1人負(fù)責(zé)1號(hào)、3號(hào)、a號(hào)錨桿機(jī)，1人負(fù)責(zé)2號(hào)、c號(hào)錨桿機(jī)，1人負(fù)責(zé)5號(hào)、7號(hào)、b號(hào)錨桿機(jī)，1人負(fù)責(zé)6號(hào)，d號(hào)錨桿機(jī)，1人負(fù)責(zé)4號(hào)錨桿機(jī)，1人負(fù)責(zé)e號(hào)、f號(hào)錨桿機(jī)。其次需要6人進(jìn)行輔助工作，包括運(yùn)送鉆桿、錨桿、錨網(wǎng)以及將錨網(wǎng)放到送網(wǎng)機(jī)構(gòu)上并將其展開(kāi)；

生產(chǎn)班組預(yù)計(jì)作業(yè)人數(shù)為16～20人，按照每天三班工作制，預(yù)計(jì)需要50～60人。

2.4 13臂掘錨一體機(jī)的性能特點(diǎn)

1）增強(qiáng)設(shè)備的操作安全性；

2）提高設(shè)備的機(jī)械化水平與智能化水平；

3）能夠?qū)崿F(xiàn)單控、排控、群控功能，同時(shí)具備遙控與手動(dòng)控制功能；

4）第三排頂板錨桿鉆機(jī)的對(duì)孔利用絲杠的調(diào)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，前后調(diào)節(jié)精準(zhǔn)、快捷；

5）增加錨桿機(jī)群，提高了掘進(jìn)與錨固效率，效率提高至少1倍，月進(jìn)尺在理論情況下能夠達(dá)到800～1 000 m的水平；

6）錨固的錨桿基本與工作面垂直。

2.5 工作循環(huán)時(shí)效

1）一個(gè)工作循環(huán)為錨固一排頂板錨桿與錨固一排帶有錨索的頂板錨桿。

2）每完成一個(gè)工作循環(huán)為1.8 m。

3）每完成一個(gè)工作循環(huán)進(jìn)尺兩次，每次時(shí)間為7～8 min；兩次頂板錨桿錨固，每次時(shí)間為4～5 min；兩次送網(wǎng)與托網(wǎng)的時(shí)間，每次約4～5 min；一次錨固錨索的時(shí)間，每次約7～8 min；一個(gè)工作循環(huán)大約為37～44 min，加上輔助時(shí)間每次完成一個(gè)循環(huán)為40～60 min，每天按照16 h計(jì)算，每天完成16～24個(gè)循環(huán)，進(jìn)尺約為28.8～43.2 m；每月進(jìn)尺約864～1 296 m。

3 13臂掘錨一體機(jī)與縱軸式掘進(jìn)機(jī)對(duì)比

1）效率提高，縱軸式掘進(jìn)機(jī)月進(jìn)尺平均240 m，掘錨機(jī)組月進(jìn)尺平均400 m，此設(shè)備在同等的條件下月進(jìn)尺600 m以上；

2）頂板破碎需要支護(hù)改造前沒(méi)有臨時(shí)支護(hù)，現(xiàn)在設(shè)備具備；

3）改造前沒(méi)有送網(wǎng)與托網(wǎng)機(jī)構(gòu)，錨網(wǎng)與鋼帶需要人工鋪設(shè)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)孔困難，改造后機(jī)械送網(wǎng)、對(duì)孔率高；

4）改造前沒(méi)有中間錨桿鉆機(jī)，人工補(bǔ)打，改造后增加中間錨桿鉆機(jī)，效率高、機(jī)械化水平高；

5）改造前沒(méi)有錨索輸送裝置，人工送索，改造后增加錨索輸送裝置，工作效率高、機(jī)械化水平高；

6）改造前不能錨固下側(cè)的側(cè)幫錨桿，改造后可以全部采用機(jī)械化作業(yè)；

7）改造前一機(jī)多孔，單獨(dú)作業(yè)，改造后，一機(jī)一孔，可同時(shí)作業(yè)；

4 改造創(chuàng)新亮點(diǎn)

13臂掘錨一體機(jī)的主體采用掘進(jìn)機(jī)成熟的功能和結(jié)構(gòu)，將截割部和液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，以適應(yīng)鉆錨機(jī)構(gòu)的聯(lián)接和驅(qū)動(dòng)。鉆錨機(jī)構(gòu)為液壓驅(qū)動(dòng)，由各自獨(dú)立的左右頂錨桿機(jī)構(gòu)、左右?guī)湾^桿機(jī)構(gòu)共13個(gè)鉆臂和支架組成，13個(gè)鉆臂聯(lián)接在機(jī)架上，機(jī)架再與掘進(jìn)機(jī)截割部聯(lián)接。掘進(jìn)機(jī)割煤時(shí)，鉆錨機(jī)構(gòu)由油缸拉回布置在截割部的兩側(cè)和上部。進(jìn)行鉆錨作業(yè)時(shí)，截割頭落地，鉆錨機(jī)構(gòu)由油缸推出騎坐在截割部的左右。左右頂錨桿機(jī)構(gòu)通過(guò)各種油缸來(lái)調(diào)整姿態(tài)，找準(zhǔn)錨桿孔的位置。錨桿機(jī)由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)鉆孔；推進(jìn)油缸和倍速機(jī)構(gòu)推動(dòng)錨桿機(jī)沿滑道行進(jìn)，實(shí)現(xiàn)鉆錨作業(yè)。左右?guī)湾^桿機(jī)構(gòu)通過(guò)上下油缸來(lái)調(diào)整姿態(tài)，找準(zhǔn)錨桿孔的位置，作業(yè)方式與頂錨桿機(jī)構(gòu)相同，該設(shè)備具有以下優(yōu)勢(shì)[3]：

1）采用人工近控及遙控遠(yuǎn)程控制兩種控制方式，根據(jù)實(shí)際使用情況進(jìn)行操作，有效降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度以及安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）采用變頻調(diào)速控制，降低了設(shè)備啟動(dòng)電流，減小了大功率機(jī)組啟動(dòng)時(shí)對(duì)井下供電網(wǎng)絡(luò)的影響，并且調(diào)速節(jié)能，用電效率高，達(dá)到了更高的調(diào)速精度。

3）帶有伸縮功能的截割滾筒，巷道一次成型，成型率高、截割效率高；

4）帶有伸縮功能的收集裝置，與截割滾筒同寬，避免漏料；

5）帶有臨時(shí)支護(hù)護(hù)架，支撐頂板，減小空頂距，調(diào)高安全保護(hù)；

6）帶有運(yùn)網(wǎng)機(jī)構(gòu)，便于機(jī)械化運(yùn)網(wǎng)與鋼帶，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，調(diào)高對(duì)孔率；

7）具有多排錨桿機(jī)群，可以實(shí)現(xiàn)單控、排控、群控功能，提高機(jī)械化水平與智能化水平；

8）帶有各種傳感器及遙控器，所有操作實(shí)現(xiàn)遙控，提高智能化水平；

9）采用變頻調(diào)速驅(qū)動(dòng)，使截割與進(jìn)尺實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，使截割與進(jìn)尺實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)速度；

10）全部錨桿的錨固采用高性能錨桿機(jī)，提高機(jī)械化水平。

5 應(yīng)用效果

應(yīng)用情況：自主研發(fā)的13臂掘錨一體機(jī)，在同煤集團(tuán)馬道頭礦3～5號(hào)層北四盤區(qū)2406（4 600 m×5.5 m×3.8 m）巷應(yīng)用，煤層厚度14.5～18.5 m，平均16 m，含2～5層夾矸。截止目前月掘進(jìn)速度由240 m提高至600 m。

經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益：掘錨一體機(jī)技術(shù)的研發(fā)，優(yōu)化了掘進(jìn)工序，減少了正常掘進(jìn)工藝過(guò)程中支護(hù)時(shí)間，大大提高了掘進(jìn)效率?？s短工作面圈面時(shí)間，解決了煤礦采掘失調(diào)，生產(chǎn)銜接緊張的問(wèn)題，保證礦井正常銜接需求、提高采區(qū)接續(xù)率和綜采工作面推進(jìn)速度。實(shí)現(xiàn)安全、高效開(kāi)采，同時(shí)節(jié)省了時(shí)間以及工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了事故率。為實(shí)現(xiàn)“綠色開(kāi)采”奠定基礎(chǔ)。社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^。

6 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合掘進(jìn)現(xiàn)狀與掘錨機(jī)組的優(yōu)缺點(diǎn)，同煤集團(tuán)公司機(jī)電管理處對(duì)JOY EJM2×170掘錨機(jī)進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)改造，取得了較好的效果。該設(shè)備的應(yīng)用提高了煤巷掘進(jìn)速度，打破了采掘失調(diào)的現(xiàn)狀，滿足礦井生產(chǎn)正常接續(xù)。