一種新型的全斷面煤巷高效掘進(jìn)機(jī)

陳琴亮 孫曉鳴 鄭曉東 藏家君

（北方重工集團(tuán)有限公司煤礦機(jī)械分公司，遼寧 沈陽 110141）

1 前言

為了加速推進(jìn)我國煤礦井下巷道快速施工工藝的革新進(jìn)程，使井下掘進(jìn)施工向著高效、快速、安全的方向健康發(fā)展，北方重工集團(tuán)有限公司根據(jù)神東礦區(qū)創(chuàng)建世界一流礦井的總體規(guī)劃要求自主研發(fā)設(shè)計(jì)出一種新型的全斷面煤巷高效掘進(jìn)機(jī)，該機(jī)截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m，月進(jìn)尺4000m。

2 總體方案的設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)布置

全斷面高效掘進(jìn)機(jī)的工作裝置由雙刀盤加上下橫滾筒組成，最終切割形成矩形斷面。切割下來的物料通過鏟板和第一運(yùn)輸機(jī)輸送至后續(xù)的轉(zhuǎn)載機(jī)上。為方便調(diào)車，雙刀盤的刀臂、上下滾筒中的兩側(cè)邊滾筒、鏟板的兩側(cè)邊鏟板均為可伸縮的。具有機(jī)載錨桿鉆機(jī)及機(jī)載臨時(shí)支護(hù)，在頂板條件不好時(shí)進(jìn)行錨固作業(yè)的同時(shí)可保證設(shè)備和作業(yè)人員的安全。備有機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)，高效降塵。采用激光導(dǎo)向系統(tǒng)對設(shè)備的姿態(tài)和巷道的精度進(jìn)行監(jiān)測。整機(jī)的操作方式為無線遙控操。電氣系統(tǒng)采用可編程控制器作為主控制器，可以實(shí)現(xiàn)無線遙控和手動(dòng)操作兩種方式。礦用隔爆兼本安一體機(jī)具有指示操作或故障自診及采高自動(dòng)顯示等功能。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

額定載重量：298000 ㎏

外形尺寸（長×寬×高）：14.842m ×6m×3.95m

截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m

裝機(jī)功率：1809 kW

電源：3300V/50Hz

掘進(jìn)速度：0～0.2 m/min

調(diào)車行走速度：0～4 m/min

最大接地比壓：0.40 MPa

3 結(jié)構(gòu)特征與工作原理

全斷面高效掘進(jìn)機(jī)由刀盤裝置、上滾筒裝置、本體、履帶行走機(jī)構(gòu)、左右支架、電控系統(tǒng)、第一運(yùn)輸機(jī)、液壓系統(tǒng)、后臨時(shí)支護(hù)、機(jī)載錨桿鉆機(jī)、前臨時(shí)支護(hù)、鏟板、下滾筒裝置、水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)構(gòu)成。總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.1 盤裝置由兩個(gè)三臂刀盤、主切割減速機(jī)、限矩安全聯(lián)軸器、刀盤驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成。電機(jī)輸出的扭矩通過限矩安全聯(lián)軸器傳至主切割減速機(jī)，減速后經(jīng)輸出裝置驅(qū)動(dòng)兩個(gè)三臂刀盤反向同步旋轉(zhuǎn)對物料進(jìn)行切割，形成了8 字形的橫斷面。刀盤的刀臂具有伸縮功能，調(diào)車時(shí)縮回，工作時(shí)伸出。

3.2 上、下滾筒裝置分別由左右可伸縮切割滾筒、中間滾筒、滾筒減速機(jī)、聯(lián)軸器、滾筒電機(jī)、銷軸等組成。電機(jī)輸出的扭矩通過聯(lián)軸器傳至減速機(jī)，減速后經(jīng)輸出裝置驅(qū)動(dòng)上、下滾筒反向同步旋轉(zhuǎn)對物料進(jìn)行切割，最終與刀盤切割形成的斷面共同形成矩形斷面。切割下來的物料通過刀臂、螺旋、鏟板和刮板輸送機(jī)將物料輸送至后續(xù)的轉(zhuǎn)載機(jī)上。上、下切割滾筒分別通過銷軸和帶位移傳感器的舉升油缸與主切割減速機(jī)相連。上、上切割滾筒兩側(cè)的邊滾筒具有伸縮功能，同時(shí)上、下切滾筒具備升降功能，調(diào)車時(shí)全部縮回，工作時(shí)全部伸出。

3.3 本體的前端面與刀盤裝置的主減速機(jī)相連，后部通過本體兩側(cè)的耳板，本體支撐油缸鉸接到行走部上。履帶行走機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、減速機(jī)、履帶架、履帶鏈、驅(qū)動(dòng)輪、支重輪、導(dǎo)向輪裝置等組成。液壓馬達(dá)通過減速機(jī)及驅(qū)動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)履帶鏈實(shí)現(xiàn)行走。當(dāng)高效掘進(jìn)機(jī)空載或需要快速調(diào)動(dòng)時(shí)可以獲得較快的行走速度。當(dāng)高效掘進(jìn)機(jī)切割斷面時(shí)行走速度將減慢，以獲得較大的牽引力。

3.4 左右支架通過螺栓與履帶行走機(jī)構(gòu)相連。電控系統(tǒng)通過螺栓與支架相連。開關(guān)箱、控制箱、接線盒、本安鍵盤、語音報(bào)警器、礦用壓力傳感器、礦用流量開關(guān)、隔爆照明燈、隔爆型急停按鈕、油溫傳感器、甲烷傳感器、隔爆電磁閥、隔爆位移傳感器、遙控發(fā)射器、遙控接收器及工作機(jī)構(gòu)的各電機(jī)、激光導(dǎo)向組成了高效掘進(jìn)機(jī)的電控系統(tǒng)。高效掘進(jìn)機(jī)電控系統(tǒng)是整機(jī)的一大組成部分，與液壓系統(tǒng)配合操作，可自如實(shí)現(xiàn)整機(jī)的各項(xiàng)生產(chǎn)作業(yè)，同時(shí)對切割、設(shè)備姿態(tài)和巷道掘進(jìn)的精度、液壓、電纜的絕緣等狀況進(jìn)行監(jiān)控和保護(hù)。

3.5 液壓系統(tǒng)由油缸、馬達(dá)、操縱箱、泵站以及相互聯(lián)接的膠管等組成。液壓系統(tǒng)中比例多路換向閥主要片閥聯(lián)具有兩種控制方式：液壓先導(dǎo)控制和電液控制。液壓先導(dǎo)控制簡單、操作性好，電液控制可根據(jù)設(shè)定程序?qū)崿F(xiàn)智能切割，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，安全性好。

3.6 前、后臨時(shí)支護(hù)通過螺栓與支架相連。前、后臨時(shí)支護(hù)具有升降功能，在調(diào)車時(shí)降到最低位置，工作時(shí)升至最高位置，其作用是在設(shè)備進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)、設(shè)備維護(hù)時(shí)保證操作人員和設(shè)備的安全。前臨時(shí)支護(hù)還具備有伸縮功能，維修人員進(jìn)行截齒更換時(shí)伸出起到安全保護(hù)的作用。

3.7 鏟板通過螺栓與下滾筒減速機(jī)相連，鏟板兩側(cè)均具備伸縮功能，調(diào)車時(shí)縮回，工作時(shí)伸出。第一運(yùn)輸機(jī)通過連桿和銷軸與鏟板和支架相連，位于機(jī)體中部，雙電機(jī)經(jīng)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)中單鏈刮板鏈組實(shí)現(xiàn)物料運(yùn)輸。

3.8 兩臺機(jī)載錨桿鉆機(jī)通過螺栓安裝在本體兩側(cè)，錨桿機(jī)靠長、短進(jìn)給油缸的兩級進(jìn)給和鉆箱的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鉆孔和安裝錨桿作業(yè)。除塵系統(tǒng)由內(nèi)噴霧、外噴霧和機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)組成，起到滅塵作用。

3.9 水系統(tǒng)既為內(nèi)噴霧、外噴霧和機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)提供水源，起到冷卻截齒及滅塵的功能，同時(shí)還對水冷電機(jī)、減速機(jī)、液壓系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

3.10 潤滑系統(tǒng)主要用于高效掘進(jìn)機(jī)主要部件的潤滑，保證機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，延長掘進(jìn)機(jī)使用壽命。潤滑系統(tǒng)分為集中潤滑和分散潤滑。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

4.1 全斷面連續(xù)掘進(jìn)：全斷面高效掘進(jìn)機(jī)的工作裝置為雙刀盤加上下橫滾筒，切割時(shí)能一次成型，履帶推進(jìn)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)。

4.2 可伸縮的雙刀盤加上下切割滾筒：工作時(shí)雙刀盤及上下切割滾筒伸出，達(dá)到煤礦巷道需求的斷面寬度。掘進(jìn)機(jī)調(diào)車、維修、運(yùn)輸時(shí)雙刀盤及上下左右切割滾筒縮回，避免了掘進(jìn)機(jī)與側(cè)幫錨桿刮碰，方便維修與進(jìn)出相應(yīng)的煤礦巷道。

4.3 可伸縮臨時(shí)支護(hù)：前、后臨時(shí)支護(hù)具有升降功能，工作時(shí)伸出至最高位置，在調(diào)車時(shí)縮回到最低位置，前臨時(shí)支護(hù)還具備有伸縮功能，更換截齒時(shí)伸出起到安全保護(hù)的作用。

4.4 機(jī)載濕式除塵系統(tǒng)：系統(tǒng)為長壓短抽的混合通風(fēng)除塵方式，在掘進(jìn)機(jī)工作面壓入式通風(fēng)風(fēng)筒上增加了附壁風(fēng)筒同時(shí)配合高效濕式除塵器，使之具有高收塵、高除塵效率。

4.5 激光導(dǎo)向：激光全站儀測量掘進(jìn)機(jī)中的棱鏡在巷道基準(zhǔn)坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，通過激光接收靶和傳感器確定掘進(jìn)機(jī)的姿態(tài)參數(shù)，控制器計(jì)算掘進(jìn)機(jī)切割裝置的坐標(biāo)確定切割裝置坐標(biāo)相對于掘進(jìn)計(jì)劃線的軸向偏移量，并控制掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)。激光導(dǎo)向極大地提高了現(xiàn)有控制測量系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和施工效率，并可以極大地節(jié)約工程開銷。

4.6 無線遙控：操作者通過遙控操作完成掘進(jìn)機(jī)所有操作，并通過監(jiān)視屏幕隨時(shí)了解切割狀態(tài)及位置，觀察設(shè)備狀態(tài)、故障分析與診斷。解決了在手動(dòng)操作情況下的司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度大、舒適性差、施工安全性差等問題。

結(jié)語

全斷面煤巷高效掘進(jìn)機(jī)集全斷面連續(xù)切割技術(shù)、自動(dòng)定位、無線遙控技術(shù)、快速裝運(yùn)、機(jī)載除塵、機(jī)載錨桿鉆機(jī)、調(diào)車等功能于一體，實(shí)現(xiàn)煤巷快速掘進(jìn)，遠(yuǎn)距離遙控作業(yè)，顯著提高掘進(jìn)效率，成為煤礦掘進(jìn)生產(chǎn)方式的又一次技術(shù)跨越。

[1]黃日恒.懸臂式掘進(jìn)機(jī)[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1996.

[2]張鳳詳，朱合華，傅德明.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.