杜 可

（晉能控股煤業(yè)集團晉城煤炭事業(yè)部長平煤業(yè)，山西 高平 048411）

引言

隨著國家對煤礦資源的大量開采，越來越多的煤礦設備被成功應用到了煤礦的開采作業(yè)中。礦用掘進機和錨固鉆車則是煤礦中的關鍵設備，已在煤礦開采中得到了廣泛應用[1]。但隨著市場化競爭的日益嚴峻，提高掘進機設備的工作效率，實現(xiàn)設備的智能化操作和控制，已成為當前對設備進行升級改造的重要方向[2]。為此，以長平公司掘進工作面為分析對象，重點對該工作面中應用的EBZ160型掘進機結構特點及存在問題進行了分析，從設備結構尺寸及結構組成、刮板鏈距離等方面，開展了EBZ260M-4掘錨一體機的升級設計和實際應用測試，驗證了掘錨一體機的可靠性及可行性，這對開展煤礦的升級改造設計提供了重要指導，具有重要的實際價值。

1 作業(yè)工作面當前現(xiàn)狀分析

以長平公司掘進工作面為分析對象。該工作面主要分為3號煤巷和底抽巷兩類，采用了兩種不同的掘進生產(chǎn)作業(yè)線。其中煤巷采用了EBZ150(160）掘進機+CMM2-15（20）鉆車；底抽巷采用了EBZ200（260）掘進機+180 N·m液鉆，兩種掘進生產(chǎn)作業(yè)線主要存在：工作面設備多、機械化程度不高、工作勞動強度大、設備管理難度大、作業(yè)工序不連續(xù)等缺點，距離長平公司“快掘”的目標有較大差距?；谝陨犀F(xiàn)狀，在多方調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的基礎上，對現(xiàn)有的EBZ160綜掘機進行了升級改造，實現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進裝備，初步達到了煤巷掘進“安全、達標、高效、文明”四方面的變化。

2 現(xiàn)有EBZ160型掘進機特點分析

2.1 掘進機概述

EBZ160型掘進機是煤炭科學研究總院山西煤機裝備有限公司最新研制的一種重型掘進機，用于煤巷、半煤巖巷或巖巷掘進。該機多項技術屬國內(nèi)外領先的新技術和創(chuàng)新技術，代表了國內(nèi)掘進機的發(fā)展趨勢。EBZ160型掘進機的結構主要由機前部、機后部、驅動裝置、邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等組成[3]，經(jīng)濟截割硬度f≤9，適用于各種類型底板，坡度±18°的煤礦巷道掘進，也可用于鐵路、公路、水利工程等隧道施工。該機主要由截割部、第一運輸機（刮板輸送機）、左右行走部、機架、回轉臺、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)及機載除塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，如圖1所示，主要特點是整機噸位大、截割硬度高、截齒損耗小、機器穩(wěn)定性好、除塵效率高、操作臺人性化設計、操作方便、可靠性高等。第一運輸機采用低速大扭矩液壓馬達直接驅動，在液壓回路上設有安全閥，即使有大的巖石卡在龍門上也不會造成機器的損壞，刮板鏈條的張緊是通過在輸送機機尾部的張緊油缸來實現(xiàn)的

圖1 EBZ260掘進機結構組成示意圖

2.2 存在問題分析

EBZ260掘進機截割出矸過程為巖石通過掘進機鏟板星輪自行裝載，再經(jīng)過一運、二運轉載到膠帶輸送機上實現(xiàn)將矸石外運，但經(jīng)常因矸塊卡在第一運輸機刮板與大鏈下方，導致掘進機一運卡鏈、運轉不良，增加掘進過程中的出矸難度，延長正規(guī)循環(huán)作業(yè)時間，影響正常生產(chǎn)進度，第一運輸機液壓馬達長期處于超負荷運轉，大大減少了馬達正常使用壽命，同時刮板、鏈條、連接環(huán)和溜槽等其他掘進機部件磨損也明顯增加，為掘進機的日常檢修維護增加了工作量[4]。

3 掘錨一體機的設計

結合當前掘進機的使用現(xiàn)狀及存在問題，為實現(xiàn)對煤礦的高效率開采，降低設備故障率，通過對掘進機進行結構及尺寸改進，設計了EBZ260M-4型掘錨一體機，具體如下。

3.1 結構尺寸改進

將掘進機中前端的截割部直徑由980 mm縮短至500 mm；同時，由于當前掘進機無遙控功能，故在電氣系統(tǒng)中增加了遙控功能，以實現(xiàn)對設備截割、鏟板、行走、星輪輸送、后支撐遠程遙控等操作，遙控距離可達50 m[5]。改造鏟板部（改造前2.8 m，改造后3.2 m），新增了移動式鉆臂操作平臺和機載式臨時支護平臺，臨時支護平臺的最大支撐高度為5 m，支撐力為20 kN；設計面板切換閥實現(xiàn)截割系統(tǒng)和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖。另外，前后鉆臂也由原來的各1臺增加至前后各2臺。改造后的EBZ260M-4型掘錨一體機結構圖如圖2所示。

圖2 EBZ260M-4型掘錨一體機結構圖

3.2 刮板間距改進

經(jīng)過現(xiàn)場實際多次觀察、試驗發(fā)現(xiàn)，通過改變刮板間距能夠有效解決鏈條的卡鏈問題，原EBZ260機組第一運輸機采用7環(huán)鏈，在實際使用過程中卡鏈現(xiàn)象頻繁發(fā)生，根據(jù)理論結合實際分析，將7環(huán)鏈通過裁剪成為5環(huán)鏈，如圖3所示，機組在運矸過程中卡鏈現(xiàn)象明顯降低，運輸效率顯著提高。

圖3 改造后的刮板鏈5環(huán)鏈示意圖

3.3 輔助液壓油缸選型設計

一旦運輸機鏈條卡鏈不動時，就需將運輸機上的矸石卸掉，但只能將運輸機前部1.5 m和尾部2 m內(nèi)的矸石清除，中間4.5 m內(nèi)的矸石無法清除，而且這種方法速度慢，勞動強度大，處理過程中也可以使用工字鋼壓刮板鏈組的方法將矸石卸掉，但是這種方法需要在掘進機帶電情況下處理，操作人員安全沒有保證，不宜采用。

因此，可在運輸機前部增加一個液壓輔助油缸，一端固定在運輸機溜槽上，用另一端頂運輸機刮板鏈組，給鏈組施加一定的外力使鏈組一點點向前移動，就能將運輸機上的矸石卸掉，這樣就會即安全又便捷，還能減少人員勞動強度。通過查閱資料和計算，得出了液壓油缸的基本參數(shù)，具體如下[6]：

1）輔助液壓油缸要有一定的行程，還必須有足夠的推力；油缸行程為800 mm；油缸缸徑為80 mm；

2）油壓P壓=2.5×106Pa（可通過調(diào)壓閥調(diào)節(jié)）；

3）正常運轉時刮板機馬達輸出給鏈條最大拉力F拉=4.5×104N；

4）油缸推力F推=3.14×（1/2×0.8）2×2.5×106=10×105N。

油缸推力為刮板機正常運轉時鏈條的最大拉力22倍（可以根據(jù)實際調(diào)節(jié)）油缸通過10 mm高壓油管連接到刮板機漲緊油缸油管上，為了保證安全不使用時將截止閥門關閉，防止誤動作。故可根據(jù)此計算參數(shù)，選擇市場上成熟的液壓油缸，以滿足掘錨一體機的實際運行需求。

4 改造后應用效果評價

為進一步驗證改造后的EBZ260M-4掘錨一體機整體運行效果，由綜掘六隊負責，將設備進行了為期4個月的現(xiàn)場應用測試。在測試過程中，EBZ160M-4掘錨一體單班最高進尺5 m，日最高進尺8 m，月最高進尺216 m，平均每天進尺7 m，月進尺和日單進均創(chuàng)長平礦巖巷掘進新紀錄。EBZ160M-4掘錨一體集截割、臨時支護、永久支護、探放水性能于一體，相比傳統(tǒng)的掘進工藝，不但節(jié)省了人工抬運液鉆的時間，機載臨時支護更能有效控制空頂，而且在支護上更大程度地實現(xiàn)了機械化作業(yè)，有效提升了支護質(zhì)量及支護效率。同時，將原綜掘機+鉆車的設備合二為一，降低了設備管理難度；一體機遙控操作，割煤簡單，提升了50%效率。