丁希陽 吳士全 張經(jīng)龍

（汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司，山東 汶上 272500）

通常情況下掘進(jìn)機(jī)爬坡能力不大于18°，在大坡度上山掘進(jìn)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)受限于爬坡能力，容易出現(xiàn)爬不動(dòng)、履帶打滑、機(jī)身失穩(wěn)等問題，影響掘進(jìn)提質(zhì)提效又因反復(fù)退機(jī)、調(diào)機(jī)而威脅安全生產(chǎn)。汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司通過使用大坡度掘進(jìn)機(jī)輔助裝置助推掘進(jìn)機(jī)爬坡，極大地提高了大坡度上山掘進(jìn)工效。

1 概況

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司3301 工作面軌道順槽按289°方位角沿煤層底板掘進(jìn)，煤層傾角6°～18°，平均傾角12°，因揭露斷層局部區(qū)段傾角達(dá)到22°～25°，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過掘進(jìn)機(jī)的最大爬坡能力，需安裝并使用大坡度掘進(jìn)機(jī)輔助裝置。

1.1 巷道斷面

巷道設(shè)計(jì)斷面：矩形，凈寬4000 mm，凈高3500 mm，荒寬4200 mm，荒高3600 mm。為滿足大坡度掘進(jìn)機(jī)輔助裝置空間需求，巷道凈寬調(diào)整至4200 mm，荒寬調(diào)整至4400 mm。

1.2 設(shè)備配置

（1）巷道掘進(jìn)期間使用EBZ160 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)破煤，破碎的煤矸通過鏟板、雙邊鏈刮板式第一運(yùn)輸機(jī)搭接橋式皮帶轉(zhuǎn)載第二運(yùn)輸機(jī)向外運(yùn)輸。掘進(jìn)機(jī)性能參數(shù)見表1。

表1 掘進(jìn)機(jī)性能參數(shù)表

（2） 在EBZ160 掘 進(jìn) 機(jī) 后， 安 裝 使 用DPD25/200 大坡度掘進(jìn)機(jī)輔助裝置，通過輔助裝置伸縮油缸助推掘進(jìn)機(jī)爬坡。該輔助裝置可以實(shí)現(xiàn)爬坡、拉移跑道、行走等功能，能夠助推掘進(jìn)機(jī)在±25°巷道中行走和進(jìn)行截割作業(yè)。大坡度輔助裝置性能參數(shù)見表2。

表2 大坡度輔助裝置性能參數(shù)表

（3）大坡度掘進(jìn)機(jī)輔助裝置主要由主體框架、支撐梁、行走機(jī)構(gòu)、底撐組件、推拉油缸、后拉油缸和液壓系統(tǒng)組成，由液壓執(zhí)行元件和機(jī)械機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)上推和下拉動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)的前進(jìn)和后退。大坡度輔助裝置結(jié)構(gòu)示意圖如圖1。

圖1 大坡度輔助裝置結(jié)構(gòu)布置示意圖

2 大坡度掘進(jìn)施工工藝

2.1 安裝輔助裝置

（1）設(shè)備入井前將輔助裝置拆解為主機(jī)架、左右行走機(jī)構(gòu)、底撐組件等11 分部。該輔助裝置最大不可拆件為支撐架組，尺寸為3490 mm×1765 mm×1411 mm，質(zhì)量為584 kg。

（2）輔助裝置在井下組裝的順序：主機(jī)架、左右行走機(jī)構(gòu)、底撐組件→連接架組焊、推拉油缸→支撐架組焊、上夾板組焊→立柱組件、浮動(dòng)支撐→頂撐框架、中間框架。

2.2 操作前的準(zhǔn)備工作

（1）前移或后退前先查看附近頂板情況，確定頂板在輔助裝置撐頂狀態(tài)下不會(huì)出現(xiàn)頂板垮落、煤矸掉落等情況。

（2）撤離輔助裝置工作區(qū)域前后10 m 范圍的作業(yè)人員，并在輔助裝置10 m 外設(shè)置警戒。

（3）開動(dòng)掘進(jìn)機(jī)前，確保輔助裝置手柄全部處在中位。

（4）檢查推拉油缸位移，若推拉油缸處在最大行程時(shí)，不得強(qiáng)行開動(dòng)掘進(jìn)機(jī)拖拽輔助裝置。

2.3 輔助裝置操作措施

（1）掘進(jìn)機(jī)固定，輔助裝置向前行走跟進(jìn)

首先操作閥組收起立柱油缸和底撐油缸，期間如果輔助裝置相對(duì)巷道偏向一側(cè)，可通過調(diào)整油缸伸出調(diào)整輔助裝置至巷道中間位置；再操作輔助裝置行走機(jī)構(gòu)，向前行走，直到推拉油缸接近于最短位置；最后將底撐油缸撐底至履帶懸空，伸出立柱油缸加壓穩(wěn)固撐住頂板。

（2）輔助裝置跟進(jìn)、穩(wěn)固支撐后，輔助掘進(jìn)機(jī)掏槽、切割、裝運(yùn)

輔助裝置推拉油缸向前推動(dòng)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掏槽，掏槽深度一般以800～1000 mm 為宜。此時(shí)推拉油缸處于行程中間位置，且對(duì)掘進(jìn)機(jī)保持恒定的推力（上山）或拉力（下山），從而保證掘進(jìn)機(jī)可以在一定范圍前后、左右自由移動(dòng)，完成截割一排錨桿的作業(yè)。截割完成一排錨桿后，若輔助裝置推拉油缸行程處于中間位置，可直接助推掘進(jìn)機(jī)向前行走進(jìn)行下一循環(huán)的作業(yè)；若輔助裝置推拉油缸剩余行程不足一排距，則需向前移動(dòng)輔助裝置。

（3）掘進(jìn)機(jī)、輔助裝置長(zhǎng)距離（超過推拉油缸行程距離）前、后移動(dòng)

如果坡度較大，在巷道坡度超過掘進(jìn)機(jī)爬坡能力時(shí)，采取邁步式移動(dòng)，即掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)時(shí)輔助裝置必須穩(wěn)固支撐，輔助裝置移動(dòng)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)必須停止移動(dòng)，每次移動(dòng)距離不得大于推拉油缸行程。如果坡度較小，無設(shè)備下滑風(fēng)險(xiǎn)，可同時(shí)操作掘進(jìn)機(jī)、輔助裝置長(zhǎng)距離行走。

（4）拖動(dòng)皮帶機(jī)尾跑道

先穩(wěn)固并撐緊輔助裝置，伸出后拉油缸，通過繩索連接皮帶機(jī)尾；再收縮后拉油缸，向前反復(fù)循環(huán)拖動(dòng)皮帶機(jī)尾，直至將皮帶機(jī)尾拉至合適位置。

（5）掘進(jìn)機(jī)向后退時(shí)，輔助裝置輔助后拉掘進(jìn)機(jī)

因巷道起伏不定，需后退掘進(jìn)機(jī)時(shí)，將輔助裝置推拉油缸伸出長(zhǎng)度調(diào)至最長(zhǎng)狀態(tài)，再將輔助裝置底撐油缸撐底至履帶懸空，輔助裝置立柱油缸伸出撐頂。掘進(jìn)機(jī)后退期間，輔助裝置同時(shí)收縮推拉油缸輔助向外拉掘進(jìn)機(jī)。

2.4 操作流程

掘進(jìn)機(jī)開機(jī)、啟動(dòng)油泵→收回上支柱→收回下支柱→操作左右履帶前進(jìn)把手→收回油缸、輔助裝置向前移動(dòng)→松開左右履帶前進(jìn)把手→松開推拉油缸、收回把手→下支柱上升、履帶懸空→上支柱上升撐緊頂?shù)装濉舷轮е_(dá)到初撐力、履帶懸空→撥動(dòng)輔助裝置推拉油缸操作把手→油缸伸出、提供恒定推力→輔助掘進(jìn)機(jī)爬坡前行。

2.5 安全注意事項(xiàng)

（1）底撐油缸未將行走機(jī)構(gòu)撐起至離開地面前，立柱油缸撐頂至溢流閥未溢流前，不得伸出或縮回推拉油缸用于輔助掘進(jìn)機(jī)上坡或下坡，不得用于上山作業(yè)輔助掘進(jìn)機(jī)切割，不得用于上坡拉運(yùn)輸機(jī)。

（2）底撐油缸和立柱油缸未完全縮回前，不得移動(dòng)輔助裝置。

（3）不使用輔助裝置時(shí)，需將手柄恢復(fù)至中位。

（4）當(dāng)掘進(jìn)機(jī)后退至油缸最短位置，會(huì)觸發(fā)保護(hù)，自動(dòng)停止掘進(jìn)機(jī)后退。掘進(jìn)機(jī)向前至油缸最長(zhǎng)位置，無此功能。

（5）在放下和收起底撐油缸之前，應(yīng)確保無人員在履帶和底撐油缸下面和邊緣。

3 應(yīng)用效果分析

3.1 輔助裝置的優(yōu)點(diǎn)

（1）工效進(jìn)尺顯著提高。使用輔助裝置前，因掘進(jìn)機(jī)爬不動(dòng)或機(jī)身失穩(wěn)不便截割等原因，一個(gè)班次均進(jìn)尺只有1 排錨桿0.9 m。使用輔助裝置后可以向前助推并提供穩(wěn)定的推力，保證了掘進(jìn)機(jī)的正常截割，班均進(jìn)尺提高至3 排錨桿2.7 m。

（2）勞動(dòng)強(qiáng)度顯著降低。因掘進(jìn)機(jī)爬不動(dòng)需反復(fù)墊煤降低機(jī)身坡度，而掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)后又不能退機(jī)鏟地，以致掘進(jìn)機(jī)后留有大量的積煤，拉移皮帶前需人工清理浮煤，工人勞動(dòng)強(qiáng)度極大。使用輔助裝置后，有效避免了積煤現(xiàn)象，從而降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）安全系數(shù)大幅度提升。未使用輔助裝置前，受限于掘進(jìn)機(jī)爬坡能力，掘進(jìn)機(jī)向前爬坡時(shí)需安排專人在機(jī)身兩側(cè)墊枕木等物料結(jié)實(shí)履帶于底板，而掘進(jìn)機(jī)機(jī)身與幫壁間隙較小，人員在此作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)極大。使用輔助裝置后，由液壓油缸向前助推掘進(jìn)機(jī)，安全性能高。

（4）工序簡(jiǎn)單，能保證掘進(jìn)機(jī)性能發(fā)揮。使用耙裝機(jī)輔助施工時(shí)，耙裝機(jī)與掘進(jìn)機(jī)之間可以作為臨時(shí)儲(chǔ)矸倉，能夠柔性儲(chǔ)存煤矸，實(shí)現(xiàn)集中出矸，但是操作耙裝機(jī)和不連續(xù)出煤工序繁瑣，使用大坡度輔助裝置不影響掘進(jìn)機(jī)的連續(xù)出煤效能。

3.2 存在的問題及改進(jìn)方向

（1）支撐梁撐緊頂板時(shí)，壓力達(dá)21～25 MPa，支撐梁頂梁框架接觸頂板會(huì)破壞頂板支護(hù)錨桿，因此需加工使用“凹槽”木墩接頂，在頂板起伏不定時(shí)要在木墩中間掏槽讓出錨桿空間，防止頂梁加壓時(shí)破壞頂板錨桿。

（2）推拉油缸行程只有2 m，在保證每個(gè)班次3 排錨桿的前提下，每個(gè)班次平均需要前移2 次輔助裝置，耗費(fèi)有效掘進(jìn)工時(shí)，若適當(dāng)更換油缸加長(zhǎng)行程至3 m，在一定程度上可以提高掘進(jìn)工效。

4 結(jié)語

汶上義橋煤礦有限責(zé)任公司在大坡度煤巷掘進(jìn)期間，安裝并使用大坡度輔助裝置助推掘進(jìn)機(jī)行走和截割，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，相較于墊枕木、施工底板凹槽、打錨索牽引以及使用耙裝機(jī)輔助等傳統(tǒng)方案，掘進(jìn)工效可提高2～3 倍。該工藝工序簡(jiǎn)單、掘進(jìn)工效顯著、職工勞動(dòng)強(qiáng)度低且提高了安全系數(shù)，為綜掘大坡度施工提供了參考經(jīng)驗(yàn)。