范 愷

（晉能控股煤業(yè)集團寺河礦，山西 晉城 048200）

引言

在煤礦開采過程中，我國一直非常重視煤礦瓦斯突出的防治工作，并制定了一系列防突措施，在煤與瓦斯突出礦井，通常采取工作面預(yù)測的方法來完成局部防突工作。晉能控股煤業(yè)集團寺河礦是一座千萬噸高瓦斯突出礦井，除區(qū)域防突措施外，工作面預(yù)測為最主要的瓦斯突出防治手段，工作面預(yù)測前為避免迎頭片幫傷人，必須將工作面迎頭封好，才能進行工作面預(yù)測[1]。目前寺河礦封迎頭主要依靠人工來完成，在封迎頭過程中勞動強度大、時間長，容易造成安全事故。為了優(yōu)化和改進工作面封迎頭工藝，降低工人勞動強度，提高安全作業(yè)效率，急需對瓦斯突礦井工作面機械化封迎頭設(shè)備進行研究，進而保證有效提高巷道掘進速度、迎頭作業(yè)的安全性以及自動化程度。

1 寺河礦現(xiàn)狀

晉能控股煤業(yè)集團寺河礦現(xiàn)采用EBZ220型掘進機及其配套設(shè)備掘進。使用EBZ220型掘進機割煤，配備SGW-40T型溜子、DSP-1070/1000型膠帶出煤。采用錨桿機支護頂部錨桿和錨索，采用ZQS-50/1.6S-0.4-0.63MPa-320rpm手持式風動鉆機完成巷幫的錨桿支護工作。割煤循環(huán)完成后，采用手持風動鉆機對掘進工作面進行封迎頭，采用ZQS系列鉆機和螺旋麻花鉆桿完成工作面預(yù)測。

在掘進工作面防突準掘距離為零時，按照規(guī)定需停止掘進，進行工作面防突預(yù)測，待預(yù)測達標后方可進行下一循環(huán)掘進。防突預(yù)測前需對工作面迎頭進行支護，當巷道支護空頂剩余最后一排時，需使用長釬桿對迎頭煤體進行敲幫問頂，當最后一排支護完成后，需人工在裸露煤體下使用手持風動鉆機施工錨桿，錨桿施工完成后掛迎頭護網(wǎng)（高分子塑料網(wǎng)）并緊固錨桿。在對迎頭進行支護的整個作業(yè)過程中，需安排專人監(jiān)管，人員在作業(yè)過程中一直都暴露于空幫下，存在安全隱患。

2 機械化封迎頭裝備的研究

2.1 研究目標

本課題針對掘進工作面巷道斷面寬度6.6 m、高度5.5 m，需要研制一種可保護迎頭的多功能的現(xiàn)代化裝備，主要解決工作面迎頭防護、迎頭釋放孔、探測孔及錨桿錨索支護作業(yè)。經(jīng)過對裝備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，機械化封迎頭設(shè)備主要配備兩套鉆臂及可伸展的護迎頭裝置、機械鉆孔裝置，整機液壓控制裝置、電氣控制裝置，收放自如調(diào)整方便，能夠滿足不同地質(zhì)條件和巷道斷面的使用要求，如圖1所示。

圖1 機械化封迎頭設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.2 主要結(jié)構(gòu)

2.2.1 行走機構(gòu)

封迎頭設(shè)備的行走是由油泵提供動力給液壓馬達，液壓馬達通過減速機構(gòu)驅(qū)動鏈輪將動力傳遞給履帶實現(xiàn)行走，兩條履帶各由一臺液壓馬達驅(qū)動，履帶張緊機構(gòu)由前部惰輪、后部張緊輪組、張緊油缸組成，給張緊油缸供液、泄液使得張緊油缸伸縮運動，油缸的伸縮運動使得張緊輪組前后運動，這樣可調(diào)整履帶的張緊程度，固定履帶的支撐架通常稱作為履帶架，機體兩側(cè)履帶架通過定位槽及8個M24高強度螺栓固定，在履帶的兩側(cè)面分別開有一個方槽，以便張緊油缸更換時的拆卸，兩側(cè)履帶的行走減速機分別使用8個高強度螺栓與履帶架聯(lián)接。行走由操作臺操縱十聯(lián)閥控制，將控制行走的兩個手柄同時向前推動，即實現(xiàn)該封迎頭設(shè)備的向前行走；將兩個手柄同時向后拉，即實現(xiàn)該封迎頭設(shè)備的向后行走；當操作鉆車進行轉(zhuǎn)彎時，要根據(jù)彎道的轉(zhuǎn)向及角度，將一個手柄向前推的同時向后拉另一個手柄或一個手柄向后拉的同時向前推另一個手柄，如圖2所示。

圖2 設(shè)備行走機構(gòu)

2.2.2 封迎頭支護

封迎頭支護是本裝備進行巷道支護作業(yè)的重要部件，封迎頭裝置設(shè)置在機組最上方，采用油缸+機械的結(jié)構(gòu)，通過油缸伸縮向上抬起及向前伸縮，護網(wǎng)可靈活伸出收回，最高施工高度可達5.5 m，如圖3所示。當進行迎頭防護時，操縱操作閥手柄，通過支護升降油缸及支護回轉(zhuǎn)油缸整體調(diào)整封迎頭裝置，將伸縮臂向前伸出，將前防護網(wǎng)及側(cè)防護網(wǎng)伸出，擋梁伸出，橫梁升起，對迎頭、頂板、側(cè)幫實施防護，如圖4所示。

圖3 封迎頭支護裝置收起

圖4 封迎頭支護裝置展開

2.2.3 前部支撐機構(gòu)

前部支撐機構(gòu)裝于機體前部位置，與左右鉆臂可整體滑動到鉆車前方。鉆孔施工前，前部支撐伸出，與地面接觸，穩(wěn)定整車，如圖5、圖6所示。

圖5 前部支撐收回圖

圖6 前部支撐伸出圖

2.2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是由泵站、油箱、液壓馬達、油缸、閥組、操作臺及相互聯(lián)接的高壓管路組成[2]。液壓系統(tǒng)主要提供設(shè)備的動力，鉆車的前后行走、行走履帶的張緊、鉆臂機構(gòu)的各種動作、推進機構(gòu)的各種動作、封迎頭支護裝置的伸縮及其他各種動作、前部支撐機構(gòu)的升降以及提供設(shè)備在作業(yè)過程中所需的動力。泵站是由一臺防爆電機（45 kW），驅(qū)動一臺負載敏感雙聯(lián)泵，經(jīng)四組比例換向閥，將由泵體輸出的壓力油分別送給各執(zhí)行機構(gòu)，來完成封印頭設(shè)備各部件的動作。在控制臺上各裝有一組（共兩組）十聯(lián)換向閥，通過操作十聯(lián)換向閥上的手柄來實現(xiàn)各油缸及液壓馬達的動作，并通過操作手柄還能實現(xiàn)各油缸及液壓馬達的無級調(diào)速；其中，行走機構(gòu)由操作者操縱十聯(lián)閥上的手柄，控制十聯(lián)閥向行走液壓馬達供油，通過液壓馬達上的換向閥來控制行走馬達的正、反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)鉆車的前進、后退。系統(tǒng)的壓力值可通過操作臺的一個壓力表顯示。

2.2.5 電氣部分

該封迎頭設(shè)備的電氣系統(tǒng)主要是由一臺礦用隔爆電機（45 kW）和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動器等兩大部分組成[3]。使用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動器來實現(xiàn)電機的起、停及各種保護和報警功能。電氣附件包括：甲烷傳感器，機身前后照明燈，工作臺電機啟停按鈕，機身左、右工作臺急停按鈕，電機起動電鈴。主控電氣系統(tǒng)主要包括主回路部分、電源部分、保護部分、控制部分及顯示部分等幾部分。

本裝備使用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動器，性能達到國內(nèi)先進技術(shù)水平，可替代進口市場，前景廣闊，并選用了多功能綜合保護器，采用了先進的微處理器高精度的數(shù)據(jù)處理及先進的保護算法、保護精度高，反應(yīng)速度快。本系列本質(zhì)安全型真空電磁起動器符合在煤礦井下介質(zhì)中有瓦斯、爆炸性煤塵等可燃性、爆炸性混合物氣體、煤塵的環(huán)境中使用，在交流電壓1 140 V，額定電流至120 A、200 A的電路中，可以實現(xiàn)直接或遠距離控制礦用隔爆型三相鼠籠式異步電動機的起動、停止之用，還可以在被控電動機停止時進行換向。

3 應(yīng)用

該裝備在晉能控股煤業(yè)集團寺河礦掘進工作面進行了工業(yè)性試驗。在工作面最后一排支護完成后，需對工作面迎頭進行支護時，將該機器迅速開至工作面迎頭，通過支護升降油缸及支護回轉(zhuǎn)油缸整體調(diào)整封迎頭裝置，將伸縮臂向前伸出，將前防護網(wǎng)及側(cè)防護網(wǎng)伸出，擋梁伸出，橫梁升起，對迎頭、頂板、側(cè)幫實施防護，再使用該機器上的鉆臂機構(gòu)對迎頭進行支護工作。根據(jù)為期一個月的現(xiàn)場使用效果及統(tǒng)計，使用過程中節(jié)約了一半的勞動力，縮短了工作時間，并且安全得到了更好的保障，應(yīng)用前后對比統(tǒng)計如下頁表1所示。

4 結(jié)語

該裝備以晉能控股煤業(yè)集團寺河礦井下生產(chǎn)過程中包迎頭工藝存在不足為背景進行研究。本人結(jié)合現(xiàn)場實際，通過對護迎頭裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計來實現(xiàn)職工作業(yè)環(huán)境的安全；通過對機械鉆孔裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計來降低職工的勞動強度；通過對前部支撐機構(gòu)的研究使得設(shè)備在運行中保持平穩(wěn)；通過對裝備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使該裝備機構(gòu)緊湊，操作方便，能夠方便快捷地對迎頭進行快速安全封護，并且在輔助工序施工完畢后又能安全高效地進行撤離。通過對該設(shè)備的研究，既促進了礦井高效率的生產(chǎn)，又保證了職工在生產(chǎn)過程中的生命安全，進一步為礦井的安全生產(chǎn)保駕護航。

表1 使用效果對比表