低矮型小斷面巖巷掘進機的研制

摘 要：提出了一種低矮型巖巷掘進機結構的優化方法，在不改變截割性能的條件下降低掘進機的高度，減小其寬度，使其適用于小斷面巖巷的掘進工作中，從而進一步提高勞動效率，解決小斷面巖巷掘進機械化開采程度低的問題。

關鍵詞：小斷面；巖巷；掘進機；截割性能

中圖分類號：TD421.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.112

文章編號：2095-6835（2016）11-0112-02

隨著煤炭易開采資源的日益減少，現在國內大多數礦井可開采的煤層比較薄，存在所需巷道斷面比較小，巖巷掘進比例較高，巖石硬度較大等問題。巷道斷面普遍為10～15 m2，大多數為石英砂巖、粉砂巖、泥巖等的全巖巷道，而且硬度較大。另外，我國西南地區，比如重慶、貴州、云南等地也存在類似的情況——煤層較薄、巷道斷面小、巖石硬度大等。

受技術因素的限制，目前，小斷面全巖巷道主要采取炮掘的方式掘進，機械化程度低，巷道掘進速度慢，工人勞動強度大，生產效率低，安全性差。隨著煤礦井下巷道掘進機械化改造力度的加大，適用于小斷面全巖巷道的掘進設備市場需求量也越來越大。

1 總體結構

小斷面巖巷掘進機是專門為井下小斷面全巖巷道的掘進開發研制的設備，它主要適用于巷道巖石硬度小于80 MPa（局部100 MPa），最小斷面達8 m2的巖巷掘進工作中。

小斷面巖巷掘進機整機由截割部、裝載部、刮板輸送機、機架及回轉臺、行走部、液壓系統、供水系統、電氣系統和防護總成9個部分組成。整機除了截割部外，全部采用液壓驅動。裝載機構采用的是高速馬達加減速器的傳動方案，它能使鏟板結構薄型化；刮板運輸機采用彎曲設計降低整機高度；機架設計為前后分體式，方便生產和井下運輸；左右履帶行走機構對稱布置，為了減小內阻，設計有支重輪；液壓系統由1臺132 kW的電機提供動力，采用的是恒功率負載敏感加獨立流量分配控制系統，由水冷卻器為系統降溫；電氣系統設計采用的是CAN總線控制技術。為了方便操作和維護，可開發掘進機在線狀態監測系統，以實時監測掘進機在運行過程中的各種狀態參數。

2 截割機構

截割機構是掘進機的工作機構，也是掘進機設計的核心部分。小斷面巖巷掘進機主要由截割電機、截割減速器、截割頭、懸臂段和護板等元部件組成。如果采用中心內噴霧水道結構，改旋轉水封為彈簧石墨密封，即可在無油脂潤滑下高速運行，從而有效解決掘進機內噴霧配水故障率高的難題。另外，帶流量控制的噴霧齒座的耐磨截割頭設計提高了降塵率，抑制了截割火花的產生。EBZ260W型掘進機截割機構如圖1所示。

3 新型嵌入式回轉機構

傳統的回轉機構存在體積大、高度高等問題，不適用于小斷面巖巷掘進機上。新型回轉機構采用“質量體積比”的設計理念，通過結構創新開發了嵌入式結構，將重型巖巷掘進機的機身高度降至1.65 m，順利完成了小斷面全巖巷掘進工作。嵌入式回轉機構如圖2所示。

4 小角度、薄型、高強度裝載機構

傳統的裝載機構主要是由鏟板和左右對稱的驅動裝置組成的。利用低速大扭矩液壓馬達直接驅動三爪星輪轉動，可以實現裝載煤巖的目標。這種液壓馬達直接驅動的裝載機構存在鏟板角度大、鏟板厚度厚的問題，不適用于小斷面巖巷專用掘進機中。因此，用高速馬達加減速器的結構代替原來低速大扭矩馬達直接驅動的結構，能減小鏟板的厚度。

5 彎曲型耐磨刮板運輸機

刮板輸送機采用邊雙鏈刮板，它主要是由機前部、中機架、機后部、驅動裝置、邊雙鏈刮板和張緊裝置等組成的。

在小斷面巖巷掘進機中，刮板運輸機的拉直設計會增加整機高度。因此，為了降低整機高度，刮板運輸機采用彎曲結構。在瓦斯抽排巷全巖掘進時，截割下來的主要是小塊巖石物料，極易導致刮板運輸機卡鏈和磨損。如果采用全程壓鏈，則能合理控制鏈軌間隙，達到防卡、耐磨的目的。

6 液壓系統

泵站油箱分別布置在掘進機左右兩側，油箱容積大，有利于液壓油散熱。泵站電機使用的是水冷電機，它噪聲小。另外，整個液壓冷卻系統使用的是進口高效板翅式冷卻器，冷卻效率高。在能正常供水的情況下，液壓系統可達40 ℃熱平衡，為其正常運行提供有力的保障。

操作臺采用整體式設計，管路、閥組和儀表布置合理。另外，管路線路短，故障點少，系統反應迅速，所有操作手柄和按鈕都在司機視線和操作范圍內，便于司機集中控制。這種人性化的操作手柄布置方式，對于司機來說，操作起來非常簡單，還減輕了勞動強度。

7 電控系統CAN總線控制技術

小斷面巖巷掘進機狀態參數實時監測系統主要用于實時監測、采集、運算和分析掘進機在煤礦巷道掘進過程中的各種運行參數，從而有效判斷掘進機的工作狀態，為掘進機的操作、維護和檢修提供參考，為智能控制和故障診斷提供數據分析的依據。

掘進機參數實時監測系統主要是由礦用數據采集器、顯示器、不間斷電源和直接測量各種參數的傳感器等組成。在掘進機開機后，系統會自動運行，并開始監測：①利用相應的傳感器測量截割電機的電流、電壓、溫度，整機的振動加速度，液壓系統各個回路的壓力、流量、液位、液溫、油缸位移等參數，并將測量到的數據轉化成電壓或電流信號被數據采集器采集。這時，采集器將采集到的數據傳送到上位機中進行運算，比如根據液壓系統的壓力計算出截割牽引力和行走牽引力，根據油缸位移計算出執行機構的牽引速度等。②綜合分析直接采集到數據和計算出的數據，可以判斷每組數據是否在合理的工作范圍內。如果這些數據超出安全范圍，要立即提醒相關工作人員或采取報警措施。③將分析結果通過友好的人機界面顯示出來，由輔助技術人員對掘進機進行操作、維護和檢修。

8 主要技術參數

掘進機總重85 t，長×寬×高為12 m×2.7 m×1.65 m，截割功率為260 kW，經濟截割硬度為f9（局部f11）。

9 使用效果

目前，低矮型小斷巖巖巷掘進機已經完成了井下工業性試驗。2015-04，EBZ260W掘進機在山西省陽泉市陽煤集團新景公司15#煤一區南翼中部80121高抽巷進行井下工業性試驗。巷道斷面為矩形，面積為12.76 m2，全巖巷道，以石灰巖、中

砂巖為主。工業性試驗為期3個月，共進尺550.4 m，平均月進尺183 m，最高月進尺207.6 m，最高日進尺8 m。截齒總計消耗511把，平均截齒消耗為0.07把/m3。相對原月進尺100 m左右的進尺速度，現在的進尺速度有效提高了勞動效率，為使用單位創造了良好的經濟效益。

10 結束語

BZ260W型小斷面巖巷掘進機性能、參數合理，機身體積小，斷面小，截割能力強，重心低，整機振動小，穩定性好，自動化程度高，可靠性高，適用于小斷面全巖巷道和瓦斯抽放巷道的機械化掘進工作中。該設備的出現有效推動了我國小斷面全巖巷道和高瓦斯礦井瓦斯抽放巷掘進事業的發展，在我國掘進機械的技術進步和煤礦綜掘機械化方面發揮了積極的作用，而且還創造了較好的經濟效益和社會效益，具有較強的市場競爭力和廣闊的市場前景。

參考文獻

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[3]王亮，許軍，孫永峰，等.基于CAN總線的掘進機無線遙控系統設計[J].煤礦機械，2015（8）：48-49.

作者簡介：張常青（1977—），男，山西壽陽人，工程師，主要從事掘進和支護技術方面的研究。

〔編輯：白潔〕