齊真軍

（山西西山中煤機(jī)械制造有限公司， 山西 太原 030000）

1 項(xiàng)目概況

全斷面掘進(jìn)機(jī)是集破巖、巖渣裝運(yùn)、洞壁支護(hù)等功能于一體的一次開挖成洞的施工設(shè)備。全斷面掘進(jìn)機(jī)具有快速、優(yōu)質(zhì)、安全、有利于環(huán)境保護(hù)，降低勞動強(qiáng)度及改善工作環(huán)境等特點(diǎn)，可被廣泛用于煤礦、水電、鐵路、公路，地鐵和城市管網(wǎng)以及車事設(shè)施等方面的地下工程施工。

當(dāng)前全斷面掘進(jìn)機(jī)在煤礦中的應(yīng)用相對較少，多數(shù)設(shè)備處在研發(fā)試驗(yàn)階段，煤炭科學(xué)總院上海研究院有限公司研制的全斷面矩形掘進(jìn)機(jī)類型較多。全斷面掘進(jìn)機(jī)的截割機(jī)構(gòu)可一次實(shí)現(xiàn)巷道全斷面的截割和推進(jìn)。從以往的實(shí)踐應(yīng)用來看，全斷面掘進(jìn)機(jī)在煤礦試驗(yàn)時存在以下問題：一是整機(jī)質(zhì)量大，難以適應(yīng)煤礦井下軟弱或坡度較大的底板條件；二是全斷面截割時通常存在一定的截割盲區(qū)；三是全斷面推進(jìn)阻力非常大，當(dāng)遇到巖石時，往往存在推進(jìn)不了的情況；四是全斷面截割機(jī)構(gòu)的方向控制困難，容易造成掘進(jìn)方向偏差；五是斷面截割時掘進(jìn)迎頭較為封閉，易造成一氧化碳或瓦斯超限。針對以上問題，上海研究院研制又研制了一種帶主、副刀盤、可一次完成矩形全斷面成巷的快速進(jìn)裝備——MJJ3800×5800 多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)，該設(shè)備在煤礦試驗(yàn)時有效解決了上述問題，實(shí)踐應(yīng)用效果理想[1-2]。

2 MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)

MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)是一種全新的煤礦掘設(shè)備，其有快速、連續(xù)、一次斷面成型以及采、掘、運(yùn)，支護(hù)一體化等特點(diǎn)，可一次性形成5.8 m×3.8 m 的矩形斷面。該掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)為封閉式掘進(jìn)，掘進(jìn)與支護(hù)平行作業(yè)，作業(yè)安全性好，如圖1 所示。

圖1 MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)

該掘進(jìn)機(jī)由矩形截割刀盤以及傳動系統(tǒng)、掘進(jìn)方向控制系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、電控系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)以及測量導(dǎo)向系統(tǒng)、通風(fēng)、冷卻和除塵等系統(tǒng)組成。

截割系統(tǒng)布置5 個刀盤，采用1 大4 小的布局，中間大刀凸出盤在前可以切削出一個Φ3.8 m 的圓形截面，四角的4 個小刀盤跟進(jìn)切削，使得切削面形成一個大矩形截面。

掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時，其推進(jìn)依靠4 個1.9 m×1.9 m的矩形截面由水平支撐油缸、撐靴裝置、推進(jìn)油缸、調(diào)向鞍架等組成的支撐系統(tǒng)支撐側(cè)幫及頂?shù)装澹蕴峁┳銐虻闹瘟?，同時用連接支架和截割部之間的油缸推進(jìn)截割部來完成掘進(jìn)作業(yè)。

方向控制系統(tǒng)通過一套鞍架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。鞍架架在支架平臺上，大梁通過鞍架導(dǎo)向，鞍架再帶動主梁運(yùn)動，主梁調(diào)整前面機(jī)頭糾偏的角度。掘進(jìn)機(jī)作業(yè)時，當(dāng)掘進(jìn)方向偏離了預(yù)設(shè)方向或遇到斷層需要轉(zhuǎn)向時，可通過調(diào)節(jié)主梁和鞍架，調(diào)整掘講機(jī)的掘進(jìn)方向，以達(dá)到控制機(jī)器推進(jìn)方向的目的[3]。

電控系統(tǒng)包括配電系統(tǒng)、總線控制系統(tǒng)、人機(jī)界面監(jiān)控系統(tǒng)、多機(jī)冗余系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)了除掘進(jìn)機(jī)自身所需的動力控制、邏輯控制、監(jiān)測監(jiān)控，通信、照明等以外，還設(shè)計(jì)了掘進(jìn)機(jī)與后配套系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)工藝設(shè)備的閉鎖。

液壓系統(tǒng)流量控制精準(zhǔn)平穩(wěn)、壓力穩(wěn)定、超調(diào)量小、振動周期短、效率高以及發(fā)熱量小。對整機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)建模與仿真，驗(yàn)證了合理性與可靠性[4]。

3 設(shè)備適用條件與技術(shù)特征分析

3.1 適用條件分析

MJ3800×580 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)可以用于各種頂?shù)装鍡l件的煤巖硬度f 小于4 的矩形巷道的掘進(jìn)，巷道坡度≤5°，掘進(jìn)斷面5.8 m×3.8 m，掘進(jìn)與錨桿支護(hù)同步進(jìn)行。

3.2 技術(shù)特征分析

1）全斷面矩形掘進(jìn)。一次掘進(jìn)5.8 m×3.8 m 掘進(jìn)斷面，掘進(jìn)與錨桿支護(hù)同步進(jìn)行，掘進(jìn)速度快。矩形全斷面煤巷快速掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)的研制，解決了現(xiàn)有煤礦掘進(jìn)速度慢、掘進(jìn)人員多、掘進(jìn)不安全的問題。

2）矩形截割機(jī)構(gòu)。截割部由一個大截割刀盤配四個矩形小截割刀盤組合而成，前后布置達(dá)到矩形截割的目的，其中小刀盤本身具有截割、修形，裝載的功能，小刀盤采用行星傳動，一個動力兩個刀盤輸出，前刀盤截割，后刀盤修形、裝載，前后層次布置，交錯截割，防止大塊煤的出現(xiàn)，并提高截割效率。

3）掘錨平行作業(yè)。采用主梁配鞍架的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)方向控制，糾偏性能好，同時，又能實(shí)截割部與掘進(jìn)支撐部分的柔性連接，減少振動。掘進(jìn)機(jī)截割部與后平臺之間采用步進(jìn)的方式行進(jìn)。每個步距1.5 m，推進(jìn)過程中后平臺不動。錨桿機(jī)組固定在后平臺上，掘進(jìn)截割的同時進(jìn)行打錨桿作業(yè)，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)與錨桿支護(hù)的平行作業(yè)。

4）整機(jī)作業(yè)安全。后平臺是頂梁，底座采用立柱油缸連接，左右撐靴連接固定在下底座上，通過頂梁、底座撐緊頂?shù)装?、左右撐靴撐緊側(cè)幫來提供機(jī)器前進(jìn)的反力。截割部殼體上有前后隨動掩護(hù)梁，可有效控制空頂距，保證正常工作及應(yīng)急況下人員的安全。在截割部與后平臺之采用實(shí)時張緊的掩護(hù)網(wǎng)結(jié)構(gòu)[5]，隨時保證截割部與后平臺之間對人員設(shè)備的掩護(hù)作用。整機(jī)人員工作及通道處均有掩護(hù)結(jié)構(gòu)，可保證作業(yè)人員的安全。

3.3 技術(shù)參數(shù)

MJ3800×580 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

4 工業(yè)性試驗(yàn)分析

4.1 掘進(jìn)機(jī)的安裝步驟分析

根據(jù)MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的分解情況，根據(jù)施工計(jì)劃運(yùn)輸?shù)皆O(shè)備安裝地點(diǎn)并進(jìn)行組裝。運(yùn)輸及安裝施工步驟如下：

1）運(yùn)輸大刀盤放置在始發(fā)酮室裝配區(qū)域前端，運(yùn)輸中殼體連同大刀盤驅(qū)動總成，安裝時首先側(cè)翻90°到工作姿態(tài)，再移位放置到裝配區(qū)域前段中部；

2）先水平運(yùn)輸左殼體總成、掩護(hù)梁、小刀盤及驅(qū)動到安裝酮室并進(jìn)行安裝固定，后再運(yùn)輸右殼體總成進(jìn)行安裝固定；

3）依次運(yùn)輸液壓支架底座前段和后段連同后對中油缸到安裝酮室進(jìn)行安裝，依次運(yùn)輸左右水平撐靴及附件到安裝酮室進(jìn)行安裝；

表1 MJ3800×580 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

4）運(yùn)輸導(dǎo)向主梁連同尾托架和鞍架及水平支撐油缸總成到安裝酮室進(jìn)行安裝，運(yùn)輸兩電控箱及安裝附件到安裝酮室；

5）殼體前部裝入大刀盤螺栓固定，同時，運(yùn)輸4套支架立杜油缸，4 套豎直錨桿機(jī)組，2 套幫錨桿裝置及錨桿平臺、主推油缸，以及連接固定附件及緊固件到安裝酮室進(jìn)行安裝。

6）依次運(yùn)輸液壓支架頂板前段、后段和頂板連接銷軸到安裝酮室進(jìn)行安裝，運(yùn)輸頂板掩護(hù)梁及附件、液壓支架后部連桿及整套連接銷軸到安裝酮室進(jìn)行安裝；

7）運(yùn)輸刮板運(yùn)輸機(jī)所有零部件到安裝酮室進(jìn)行安裝，運(yùn)輸液壓、水、電氣系統(tǒng)各零部件到位并安裝、調(diào)試好。

4.2 實(shí)踐應(yīng)用效果分析

MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)完成安裝、調(diào)試后，對其進(jìn)行了試用。從當(dāng)前的試用情況來看，該全斷面快速掘進(jìn)機(jī)的應(yīng)用使得該煤礦井下煤巷的掘進(jìn)效率提高了60%，實(shí)現(xiàn)了煤巷的快速掘進(jìn)。同時對該全斷面快速掘進(jìn)機(jī)在工業(yè)性試驗(yàn)現(xiàn)場的安裝、調(diào)試及試用中存在的問題，進(jìn)行了進(jìn)一步的完善。MJJ3800×5800 型多刀盤矩形全斷面掘進(jìn)機(jī)的實(shí)踐應(yīng)用項(xiàng)目是成功的，該工業(yè)性試驗(yàn)為設(shè)備的大面積應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。