楊超峰

摘要：薄煤層掘進機關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用，解決了低矮巷道掘進的行業(yè)性難題，帶動了新型掘進機向特殊性、智能性、安全性、創(chuàng)新性發(fā)展，使整個掘進機行業(yè)有了新的發(fā)展方向，具有十分重要的意義。高效快速掘進系統(tǒng)是目前掘進技術(shù)的發(fā)展方向，在掘、支、運“三位一體”研究方向取得較大突破，解決了掘進、支護不平衡主要矛盾，有效地提高了掘進效率。

關(guān)鍵詞：遠程;控制技術(shù);薄煤層;掘進

1薄煤層掘進機關(guān)鍵技術(shù)

1.1掘進機矮型化技術(shù)研究

掘進機用于薄煤層巷道掘進，需解決的最根本的問題就是掘進機大截割功率的前提下降低掘進機自身高度。截割減速箱為兩級行星傳動，為了降低截割臂自身厚度，就要減小減速箱的直徑;掘進作業(yè)中有破底（頂）的需要，所以要求減速箱的動載系數(shù)較大，既要結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，又要有足夠的抗沖擊能力，同時還要具有良好的散熱效果。截割電機也要降低自身厚度，才能整體降低截割臂的高度尺寸，但是還要考慮控制電機的整體長度，避免因截割電機加長導(dǎo)致截割臂整體長度增加帶來的裝料問題，因此將截割電機與截割臂設(shè)計為一體式結(jié)構(gòu)。降低整機高度，同時還要研究本體、回轉(zhuǎn)臺及其履帶梁的結(jié)構(gòu)，降低各個部件的高度，才能夠整體大幅度降低整機高度。

1.2矮機身掘進機可靠性研究

降低各個部件的高度，同時保證各個部件的結(jié)構(gòu)可靠性，研究新型聯(lián)接方式，增加防剪結(jié)構(gòu)，同時用MATLAB和ADAMS工程軟件對薄煤層掘進機的各個重要部件進行應(yīng)力分析，將虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計前期階段，在設(shè)計階段即迅速發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷并不斷修改，同時對虛擬樣機進行對于物理樣機來說根本無法實現(xiàn)的測試，可以極大程度節(jié)約研發(fā)成本，縮短研發(fā)周期進而大大提高研發(fā)效率。通過分析結(jié)果，逐步改善結(jié)構(gòu)，保證系統(tǒng)的整體可靠性。

1.3矮機身掘進機操控性技術(shù)研究

薄煤層巷道由于受到巷道高度限制，手動操縱設(shè)備十分困難。因此薄煤層掘進機采用遙控操縱技術(shù)，將“863計劃”項目“掘進機遠程控制技術(shù)及監(jiān)測系統(tǒng)”成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，遙控器發(fā)出操作信號，接收機接收后將信號傳送至EPEC控制器，經(jīng)處理運算后直接控制電磁閥動作或者再發(fā)送至三菱PLC控制電機、電鈴等器件動作，實現(xiàn)設(shè)備的遠程遙控控制，從而使工作人員可以在距掘進機一定距離的位置進行操作，更加安全并且視野范圍更加開闊。由于采用全遙控操作，為保證遙控器工作的可靠性，遙控器選用一套國產(chǎn)遙控器加一套進口遙控器的方案，國產(chǎn)遙控器和進口遙控器不能同時打開，否則無法操作掘進機，避免了兩臺遙控同時操作而發(fā)生危險的情況;使用任意一個遙控器均能正常操作，這樣即使其中一套遙控器出現(xiàn)問題，可以馬上用另一套遙控器進行操作，不會影響生產(chǎn)。

1.4掘進機內(nèi)噴霧高效滅塵技術(shù)研究

低矮巷道，空間狹小，不利于粉塵的排放，對井下工作人員的身體健康造成極大傷害，因此有必要研究掘進機內(nèi)噴霧高效滅塵技術(shù)。薄煤層巷道掘進機采用高壓水射流技術(shù)，截割主軸貫通式中空結(jié)構(gòu)，獨立的內(nèi)噴霧水路，水路置于主軸內(nèi)，內(nèi)噴霧可靠性高，維護方便，截割頭內(nèi)噴霧水壓可以達到20MPa以上，同時采用防堵內(nèi)噴霧水霧全包覆式截割頭，提高滅塵效果。

2高效快速系統(tǒng)組成概述

高效快速掘進系統(tǒng)由掘錨機、破碎機、跨騎式錨桿鉆車、可行走彎曲輸送帶轉(zhuǎn)載機、邁步自移機尾組成，系統(tǒng)適應(yīng)巷道寬度為6.0m，巷道寬度4.2m，實現(xiàn)掘進、錨護、破碎、運輸于一體，并且采用了系統(tǒng)自動化控制技術(shù)，實現(xiàn)多臺設(shè)備聯(lián)動，可解決掘進和支護交叉作業(yè)問題，實現(xiàn)多級、連續(xù)輸送，提高采煤作業(yè)效率及安全性，實現(xiàn)真正的綜合化機械掘進技術(shù)。

2.1掘錨一體機

掘錨一體機可同時實現(xiàn)割煤與錨桿支護作業(yè)，割煤滾筒與裝載運輸機構(gòu)通過進給油缸整體向前推移，由截割機構(gòu)進行割煤，錨桿機構(gòu)與主機架停在原位由后穩(wěn)定器支撐來保持穩(wěn)定，錨桿鉆機向頂板進行錨桿作業(yè)。截割滾筒完成巷道全面截割后，裝運機構(gòu)同時對落煤進行裝運，錨桿機構(gòu)繼續(xù)進行錨鉆作業(yè)。隨后進給油缸縮回，截割機構(gòu)與裝載輸送機構(gòu)回歸原位，行走機架與主機架向前移動，完成一組掘進動作。掘錨一體機的優(yōu)點有：適用于多種巷道，割煤率高，減少邊角煤的浪費，優(yōu)化作業(yè)流程，降低人員勞動強度，提高安全性。

2.2破碎轉(zhuǎn)載機

破碎轉(zhuǎn)載機可實現(xiàn)對落煤的初級破碎，主要組成部分為底盤、滑移架、受料部、破碎部和卸料帶。底盤包括中間架及履帶架兩部分組成，滑移架設(shè)置在中間架上，受料部鉸接于滑移架上，破碎部固定于滑移架上，卸料帶具有獨立的驅(qū)動裝置。受料部未直接固定于中間架，可自行滑移，適時調(diào)整接料范圍。

2.3履帶行走式跨騎錨桿鉆車

履帶行走式跨騎錨桿鉆車是整套設(shè)備中的核心設(shè)備，跨騎于帶式轉(zhuǎn)載機上方，與帶式轉(zhuǎn)載機相互獨立，主要負(fù)責(zé)巷道內(nèi)頂板、側(cè)幫的錨桿支護工作，其最大錨護范圍可達30m2。10臂錨桿機提高系統(tǒng)錨護速度，與掘進和運輸互不影響，實現(xiàn)掘、運平行作業(yè)，一次可進行6套頂錨和4套幫錨的支護，有效縮短支護時間，提高支護效率。另外CMM10-30錨桿鉆車還具備獨立的除塵系統(tǒng)，降低環(huán)境中粉塵濃度，符合綠色煤礦能源發(fā)展理念。

2.4可行走彎曲帶式轉(zhuǎn)載機

可行走彎曲帶式轉(zhuǎn)載機主要配置自適應(yīng)膠輪行走裝置、動力站、滑動小車、托輥機構(gòu)。具有獨立的動力站，與邁步自移機尾上下重疊布置，輸送距離較長，有效減少輔助運輸時間。自適應(yīng)膠輪行走裝置主要結(jié)構(gòu)是懸掛機構(gòu)，使得輸送機在輸送帶運行過程可以順利拐彎，較好地適應(yīng)地面的起伏情況。托輥機構(gòu)包含第一托輥、第二托輥、第三托輥以及輸送帶壓輪，使得運輸順暢，結(jié)構(gòu)緊湊，可在彎曲的情況下平穩(wěn)地運煤，且掘進運煤過程中不需延長輸送帶，大幅提高掘進工作效率。

2.5邁步自移機尾

邁步自移機尾與可彎曲輸送帶轉(zhuǎn)載機上下重疊式布置方式，搭接行程可達150m，同時增加輔助運輸寬度，有效提高轉(zhuǎn)載運輸能力。太原院設(shè)計的邁步自移機尾集調(diào)偏、自移于一體，同時剛性架下方設(shè)計纜線槽，便于電纜及液壓管路的布置，減少移動電纜等工作量。該設(shè)備可將輸送帶轉(zhuǎn)載機上煤塊連續(xù)轉(zhuǎn)運至巷道帶式輸送機上，同時剛性架上的銷排設(shè)計和自移動力站便可牽引彎曲輸送帶轉(zhuǎn)載機在剛性架上靈活移動。邁步自移機尾主要由底盤、尾架及剛性架組成，由底盤主體支架頂板、底板形成支撐點，端頭舉升油缸底部安裝有滑輪，可沿底盤主體滑軌移動，形成推移機構(gòu)來移動尾架及剛性架移動。動作完成后再由剛性架作為支撐點，移動底盤主體完成自移行程。邁步自移機尾有效地解決了原帶式輸送機接料行程短、移動不靈活、占用空間大等一系列難題。

2.6液壓系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)

整體電氣系統(tǒng)采用無線通信裝置，通過傳感器進行數(shù)據(jù)采集，通過無線遠程遙控實現(xiàn)動作，快掘系統(tǒng)的協(xié)同遠程控制，各設(shè)備自動優(yōu)化匹配，整套使用高效、安全、連續(xù)。

3結(jié)語

薄煤層掘進機關(guān)鍵技術(shù)研究對于解決巷道掘進過程中破底（頂）問題，提高巷道掘進機效率，具有重大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。通過分析煤礦巷道機械化快速掘進技術(shù)的現(xiàn)狀，提出了高效快速掘進系統(tǒng)是未來煤炭采掘工程的發(fā)展方向。

參考文獻：

[1] 張雷雷，高春芳.遠程控制技術(shù)在薄煤層掘進機中的研究及應(yīng)用[J].電子世界，2020（04）：141-143.

[2] 康紅普，徐剛，王彪謀，吳擁政，姜鵬飛，潘俊鋒，任懷偉，張玉軍，龐義輝.我國煤炭開采與巖層控制技術(shù)發(fā)展40a及展望[J].采礦與巖層控制工程學(xué)報，2019，1（02）：7-39.

[3] 張步勤，劉建立，呂樹澤.峰峰集團薄煤層綜采自動化技術(shù)研究與應(yīng)用實踐[J].中國煤炭，2019，45（07）：40-43+67.

（作者單位：河南大有能源股份有限公司常村煤礦）