姬 魁

（晉煤集團(tuán)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(guó)煤炭開采技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)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(shí)現(xiàn)機(jī)械化的同時(shí)，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(dá)到了每日萬噸。但是對(duì)巷道進(jìn)行挖掘時(shí)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(dòng)開采工作的前進(jìn)步伐，把發(fā)展重心放在提高綜掘機(jī)械化是礦井開采的關(guān)鍵[1]。

懸臂式綜掘機(jī)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(jìn)機(jī)一旦產(chǎn)生問題，不僅會(huì)擾亂礦井的生產(chǎn)進(jìn)程，還會(huì)降低煤礦產(chǎn)出量[2]。某礦經(jīng)常使用型號(hào)為EBZ-120C的懸臂綜掘機(jī)，這種型號(hào)的儀器存在一定的干涉故障，嚴(yán)重影響了礦井巷道的挖掘速度，在此基礎(chǔ)上，本文針對(duì)懸臂綜掘機(jī)干涉故障來進(jìn)行討論研究，希望改善懸臂式綜掘機(jī)的功能，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 懸臂綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)組成

懸臂綜掘機(jī)的構(gòu)成主要包括：首部的截割設(shè)備、鏟板部、運(yùn)輸機(jī)和水系統(tǒng)等[3]，如圖1所示。綜掘機(jī)在運(yùn)行時(shí)，專業(yè)的作業(yè)人員負(fù)責(zé)操控設(shè)備的相關(guān)按鈕，促進(jìn)該綜掘機(jī)所有零件的工作，液壓零件中流量和壓強(qiáng)的改變能夠掌控對(duì)液壓缸前進(jìn)的尺度范圍，從而實(shí)現(xiàn)掌控懸臂綜掘機(jī)前進(jìn)尺度和上下移動(dòng)范圍的目標(biāo)。懸臂綜掘機(jī)首部的截割設(shè)備遵照原先要求的方案進(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)組成

2 懸臂綜掘機(jī)干涉問題

2.1 理論分析

型號(hào)為EBZ-120的懸臂綜掘機(jī)進(jìn)入井下施工時(shí)發(fā)現(xiàn)，綜掘機(jī)中的切割部位經(jīng)常接觸到鏟板部，造成這2個(gè)部位的損壞，增加了綜掘機(jī)的故障發(fā)生率[5]。掘進(jìn)工作面進(jìn)行開采時(shí)需要經(jīng)常進(jìn)行電焊操作，電焊工作力度大，工作量大，綜掘機(jī)的井下作業(yè)效率低，每個(gè)月前進(jìn)范圍僅在300 m左右，無法滿足機(jī)械化掘機(jī)的施工要求。懸臂綜掘機(jī)的干涉故障問題造成了礦井巷道無法順利掘進(jìn)，影響了巷道掘進(jìn)的安全性。圖2所示為懸臂綜掘機(jī)截割頭尺寸圖。如圖所示，l1為掘進(jìn)機(jī)截割設(shè)備的長(zhǎng)度；l2為鏟板的長(zhǎng)度；l3為干涉的長(zhǎng)度；l4為轉(zhuǎn)載設(shè)備的長(zhǎng)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(yùn)行長(zhǎng)度范圍。

圖2 懸臂綜掘機(jī)截割頭尺寸示意圖

在儀器正常運(yùn)行時(shí)，綜掘機(jī)截割部A′與鏟板A″不進(jìn)行干涉，換句話說，A′和A″之間的長(zhǎng)度范圍大[6]。A′與A″之間的長(zhǎng)度D按照以下公式可得。

由式（1）可知，綜掘機(jī)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(duì)懸臂式綜掘機(jī)的工作機(jī)理和井下干涉故障現(xiàn)象進(jìn)行具體分析后，歸納出綜掘機(jī)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(jì)不合理。處于井下的懸臂綜掘機(jī)中切割設(shè)備和安裝鏟板部位都存在設(shè)計(jì)不合理的地方，對(duì)懸臂綜掘機(jī)的切割設(shè)備和鏟板部進(jìn)行分析時(shí)只設(shè)想了兩者獨(dú)自工作時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)性質(zhì)和作業(yè)范圍，沒有意識(shí)到切割設(shè)備和鏟板部位共同作業(yè)時(shí)會(huì)出現(xiàn)軌跡重疊現(xiàn)象；另外懸臂綜掘機(jī)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(cuò)位，絲毫沒有保護(hù)作用，這就導(dǎo)致切割設(shè)備和鏟板部?jī)烧叱霈F(xiàn)干涉現(xiàn)象[7]。

（2）精度控制不合理。懸臂式綜掘機(jī)的截割部和鏟板部使用的都是傳統(tǒng)式液壓油缸，通過對(duì)設(shè)備進(jìn)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(shí)際工作中，對(duì)運(yùn)行速度和運(yùn)行范圍無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(jī)在鏟板部位配置的限位設(shè)備的尺寸設(shè)計(jì)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(jìn)機(jī)平時(shí)作業(yè)時(shí)，擋板部位會(huì)在原先方案要求的范圍內(nèi)穩(wěn)定上下移動(dòng)，然后截割機(jī)在臨近最下面時(shí)開始進(jìn)行切割，同時(shí)鏟板部逐漸開始向前面移動(dòng)，最后移動(dòng)到最深部位。認(rèn)真分析井下作業(yè)時(shí)切割部和鏟板部的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律和現(xiàn)象，同時(shí)檢測(cè)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(cè)量之后發(fā)現(xiàn)，鏟板液壓油缸的測(cè)量值在0～70 mm，截割部液壓油缸測(cè)量值在80～250 mm，這時(shí)截割部能夠完成大范圍的垂直和水平移動(dòng)，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(cè)量值不在70～80 mm，鏟板和截割部位就會(huì)出現(xiàn)干涉故障，嚴(yán)重阻礙綜掘機(jī)的順利運(yùn)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(huì)產(chǎn)生各種各樣的損耗，這就嚴(yán)重影響了礦井巷道在正常挖掘時(shí)的安全性和穩(wěn)定性。表1所示為綜掘機(jī)截割部與鏟板部干涉情況。

表1 綜掘機(jī)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(shí)的作業(yè)條件，認(rèn)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(chǎng)中截割部和鏟板部液壓油缸測(cè)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(jìn)的可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(jī)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(shí)現(xiàn)數(shù)字化油缸的超負(fù)荷運(yùn)行，并且數(shù)字化油缸的計(jì)算機(jī)模式也可以實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的精準(zhǔn)控制，最終達(dá)到綜掘機(jī)每個(gè)運(yùn)動(dòng)單元都完成精準(zhǔn)動(dòng)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(duì)鏟板結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。完善綜掘機(jī)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(shí)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(jī)作業(yè)技術(shù)之后，綜掘機(jī)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(jī)每個(gè)月的掘進(jìn)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(jī)的日常維修減短了25%左右，綜掘機(jī)固定零件配對(duì)支出金額削減了30%左右。對(duì)綜掘機(jī)的各項(xiàng)功能優(yōu)化之后，不僅避免了綜掘機(jī)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(jī)的廣泛應(yīng)用，不僅提高了對(duì)礦井巷道的開采效率，也解決了綜掘機(jī)的干涉故障，推動(dòng)了巷道的掘進(jìn)進(jìn)程，降低了生產(chǎn)成本。本文主要對(duì)該礦使用的型號(hào)為EBZ-120的懸臂綜掘機(jī)出現(xiàn)的干涉問題進(jìn)行了剖析，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方案，為推進(jìn)礦井巷道的高效率掘進(jìn)奠定了理論基礎(chǔ)。