姬 魁

（晉煤集團寺河礦，山西晉城 048200）

0 引言

在近幾年科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上，我國煤炭開采技術(shù)逐漸實現(xiàn)了機械化和自動化，在與煤炭開采有關(guān)的行業(yè)內(nèi)也收獲了一大批成果。在煤炭開采技術(shù)實現(xiàn)機械化的同時，礦井回采工作區(qū)域的生產(chǎn)速度逐漸加快，部分煤炭區(qū)域的開采量達到了每日萬噸。但是對巷道進行挖掘時不利因素太多，生產(chǎn)速度較慢，甚至絕大多數(shù)的礦井開采難度較大，出現(xiàn)了無面可采的局面，開采工作只能停止。因此，為了解決礦井和巷道的采掘問題，推動開采工作的前進步伐，把發(fā)展重心放在提高綜掘機械化是礦井開采的關(guān)鍵[1]。

懸臂式綜掘機具有粉碎煤礦巖石的作用，完成煤巖的裝料和行走，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)噴霧和降塵，已廣泛應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中。懸臂掘進機一旦產(chǎn)生問題，不僅會擾亂礦井的生產(chǎn)進程，還會降低煤礦產(chǎn)出量[2]。某礦經(jīng)常使用型號為EBZ-120C的懸臂綜掘機，這種型號的儀器存在一定的干涉故障，嚴重影響了礦井巷道的挖掘速度，在此基礎(chǔ)上，本文針對懸臂綜掘機干涉故障來進行討論研究，希望改善懸臂式綜掘機的功能，進而為實現(xiàn)廣泛應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 懸臂綜掘機結(jié)構(gòu)組成

懸臂綜掘機的構(gòu)成主要包括：首部的截割設(shè)備、鏟板部、運輸機和水系統(tǒng)等[3]，如圖1所示。綜掘機在運行時，專業(yè)的作業(yè)人員負責(zé)操控設(shè)備的相關(guān)按鈕，促進該綜掘機所有零件的工作，液壓零件中流量和壓強的改變能夠掌控對液壓缸前進的尺度范圍，從而實現(xiàn)掌控懸臂綜掘機前進尺度和上下移動范圍的目標(biāo)。懸臂綜掘機首部的截割設(shè)備遵照原先要求的方案進行工藝切割，切割多次才能完成原先方案要求的效果[4]。

圖1 懸臂綜掘機結(jié)構(gòu)組成

2 懸臂綜掘機干涉問題

2.1 理論分析

型號為EBZ-120的懸臂綜掘機進入井下施工時發(fā)現(xiàn)，綜掘機中的切割部位經(jīng)常接觸到鏟板部，造成這2個部位的損壞，增加了綜掘機的故障發(fā)生率[5]。掘進工作面進行開采時需要經(jīng)常進行電焊操作，電焊工作力度大，工作量大，綜掘機的井下作業(yè)效率低，每個月前進范圍僅在300 m左右，無法滿足機械化掘機的施工要求。懸臂綜掘機的干涉故障問題造成了礦井巷道無法順利掘進，影響了巷道掘進的安全性。圖2所示為懸臂綜掘機截割頭尺寸圖。如圖所示，l1為掘進機截割設(shè)備的長度；l2為鏟板的長度；l3為干涉的長度；l4為轉(zhuǎn)載設(shè)備的長度；B1、B2分別為截割設(shè)備的寬度和裝置的寬度；H、H1、H2分別為截割頭的寬度、截割設(shè)備放置的高度、設(shè)備放置高度；φ1和φ2分別為截割設(shè)備和鏟板的運行長度范圍。

圖2 懸臂綜掘機截割頭尺寸示意圖

在儀器正常運行時，綜掘機截割部A′與鏟板A″不進行干涉，換句話說，A′和A″之間的長度范圍大[6]。A′與A″之間的長度D按照以下公式可得。

由式（1）可知，綜掘機懸臂不出現(xiàn)干涉現(xiàn)象的前提是：

式中：H=H1-H2-B1/B2-B2。

2.2 原因分析

在對懸臂式綜掘機的工作機理和井下干涉故障現(xiàn)象進行具體分析后，歸納出綜掘機截割設(shè)備和鏟板部位接觸，出現(xiàn)干涉現(xiàn)象的形成原因主要如下。

（1）設(shè)計不合理。處于井下的懸臂綜掘機中切割設(shè)備和安裝鏟板部位都存在設(shè)計不合理的地方，對懸臂綜掘機的切割設(shè)備和鏟板部進行分析時只設(shè)想了兩者獨自工作時的運轉(zhuǎn)性質(zhì)和作業(yè)范圍，沒有意識到切割設(shè)備和鏟板部位共同作業(yè)時會出現(xiàn)軌跡重疊現(xiàn)象；另外懸臂綜掘機的切割設(shè)備也沒有防干涉功能，切割處防干涉裝置和鏟板部位出現(xiàn)接觸錯位，絲毫沒有保護作用，這就導(dǎo)致切割設(shè)備和鏟板部兩者出現(xiàn)干涉現(xiàn)象[7]。

（2）精度控制不合理。懸臂式綜掘機的截割部和鏟板部使用的都是傳統(tǒng)式液壓油缸，通過對設(shè)備進行調(diào)減來完成伸縮量的調(diào)控。傳統(tǒng)式液壓油缸應(yīng)用到實際工作中，對運行速度和運行范圍無法實現(xiàn)精準的控制，控制單位不合理使得設(shè)備截割部位和鏟板部位發(fā)生干涉故障。

（3）限位匹配不合理。懸臂綜掘機在鏟板部位配置的限位設(shè)備的尺寸設(shè)計不合理，與鏟板尺寸不一致，使得擋板和截割部位之間產(chǎn)生干涉故障。綜合掘進機平時作業(yè)時，擋板部位會在原先方案要求的范圍內(nèi)穩(wěn)定上下移動，然后截割機在臨近最下面時開始進行切割，同時鏟板部逐漸開始向前面移動，最后移動到最深部位。認真分析井下作業(yè)時切割部和鏟板部的實際運行規(guī)律和現(xiàn)象，同時檢測切割部位液壓油缸在切割過程中出現(xiàn)的差異，多次重復(fù)測量之后發(fā)現(xiàn)，鏟板液壓油缸的測量值在0～70 mm，截割部液壓油缸測量值在80～250 mm，這時截割部能夠完成大范圍的垂直和水平移動，鏟板部和截割部也沒有發(fā)生干涉故障。如果鏟板液壓油缸測量值不在70～80 mm，鏟板和截割部位就會出現(xiàn)干涉故障，嚴重阻礙綜掘機的順利運行，并且截割部和鏟板在出現(xiàn)干涉故障之后，截割部和鏟板都會產(chǎn)生各種各樣的損耗，這就嚴重影響了礦井巷道在正常挖掘時的安全性和穩(wěn)定性。表1所示為綜掘機截割部與鏟板部干涉情況。

表1 綜掘機截割部與鏟板部干涉情況

3 懸臂截割部與鏟板部干涉解決措施與效果分析

3.1 解決措施

按照井下真實的作業(yè)條件，認真分析歸納懸臂出現(xiàn)干涉故障的原因，依據(jù)作業(yè)現(xiàn)場中截割部和鏟板部液壓油缸測量值的差異分析干涉發(fā)生的范圍值，制定了如下措施。

（1）數(shù)字化油缸控制措施。舍棄傳統(tǒng)油缸，使用技術(shù)較為先進的可以實現(xiàn)精準控制油缸速率的數(shù)字化油缸。雖然數(shù)字化油缸的工作機理和傳統(tǒng)油缸很多地方一致，但是數(shù)字化油缸能夠按比例增大油缸扭矩，實現(xiàn)數(shù)字化油缸的超負荷運行，并且數(shù)字化油缸的計算機模式也可以實現(xiàn)對每個運動單元的精準控制，最終達到綜掘機每個運動單元都完成精準動作的目標(biāo)。數(shù)字油缸控制設(shè)備如圖3所示。

圖3 數(shù)字油缸控制示意圖

（2）對鏟板結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。完善綜掘機鏟板背面擋煤板設(shè)備的限位尺寸，按照截割部和鏟板容易產(chǎn)生干涉的因素和擋煤板設(shè)備的不足，將原來擋煤板限位高度減少50 mm，寬度增加50 mm，這樣就能實現(xiàn)滿足限位要求，且截割部和擋板不出現(xiàn)干涉的目標(biāo)[8]。

3.2 效果分析

在改善綜掘機作業(yè)技術(shù)之后，綜掘機的工作效率得到了大幅度提高，儀器故障的發(fā)生率也大大降低。綜掘機每個月的掘進速度比原先升高了50%左右，而設(shè)備故障的發(fā)生率下降了40%左右，綜掘機的日常維修減短了25%左右，綜掘機固定零件配對支出金額削減了30%左右。對綜掘機的各項功能優(yōu)化之后，不僅避免了綜掘機的干涉故障，也提高了巷道挖掘的安全性。效果指標(biāo)如表2所示。

表2 效果指標(biāo)

4 結(jié)束語

懸臂式綜掘機的廣泛應(yīng)用，不僅提高了對礦井巷道的開采效率，也解決了綜掘機的干涉故障，推動了巷道的掘進進程，降低了生產(chǎn)成本。本文主要對該礦使用的型號為EBZ-120的懸臂綜掘機出現(xiàn)的干涉問題進行了剖析，提出了相應(yīng)的改進方案，為推進礦井巷道的高效率掘進奠定了理論基礎(chǔ)。