懸臂式綜掘機干涉問題分析及解決措施

靳小蕾

(霍州煤電集團汾河焦煤股份有限公司回坡底煤礦，山西 臨汾 041600)

0 引言

近些年來，隨著科學技術的不斷前進，我國煤炭開采行業機械化、自動化程度不斷提升，與煤炭開采相關的機械行業也取得了長足的發展[1-3]。隨著煤炭開采機械化普及程度不斷提高，礦井回采工作面的推進速度越來越快，越來越多的工作面日產超萬噸，然后巷道掘進由于受到諸多因素影響，速度較為緩慢[4-7]。很大一部分礦井采掘接替緊張，甚至有些礦井生產面臨無面可采，生產出現停滯。為了緩解礦井采掘矛盾，實現礦井巷道的快速掘進，大力發展綜掘機械是礦井的必然選擇。

懸臂式綜掘機由于可以實現煤巖的破碎、裝料、行走，同時還具有噴霧、降塵等功能，在煤礦井下的應用日趨廣泛，懸臂掘進機出現故障會影響礦井的正常工作安排，甚至可以直接影響礦井的生產[8-9]。山西某礦采用的EBZ-120C懸臂綜掘機，該設備經常出現的干涉問題，影響礦井巷道掘進進度，基于此，筆者對懸臂綜掘機干涉問題展開研究，以期能更好地促進懸臂式綜掘機在礦井中的應用，提升礦井生產效率。

1 懸臂綜掘機結構組成

懸臂綜掘機主要由機頭的截割部、機械潤滑系統、鏟板部、運輸機、行走部、后支撐部、電氣及控制系統、液壓及控制系統、水系統及其他附屬部件構成，其結構組成如圖1所示。綜掘機工作時，專職操作司機在操作臺上操作相關的按鈕，實現懸臂綜掘機各個液壓元件的運轉，通過改變液壓元件中的流量及壓力，來實現液壓缸前進進尺的控制，達到控制懸臂綜掘機進尺及上下移動的目的，懸臂綜掘機截割部按照預先設計的工藝線路進行運動，經過多次作業最終切割出了預先設計的巷道斷面。

圖1 懸臂綜掘機結構組成

2 懸臂綜掘機干涉問題分析

2.1 理論分析

EBZ-120懸臂綜掘機在井下施工過程中，發現綜掘機的切割部容易與鏟板部出現干涉，從而時常造成綜掘機的截割部與鏟板部局部地方出現損壞，綜掘機出現故障的頻次增加，掘進工作面需要多次井下電焊作業，設備維修工作量大，同時綜掘機的井下運行效率低，月平均進尺僅約300 m，達不到綜合機械化掘機施工的平均水準，而且綜掘機配件費用支出較大。懸臂綜掘機干涉問題給礦井巷道正常掘進及巷道掘進安全帶來嚴重不利影響。圖2為懸臂綜掘機截割頭尺寸示意圖。

圖2 懸臂綜掘機截割頭尺寸示意圖

圖2中l1表示為掘進機截割壁長度；l2表示鏟板的長度；l3表示干涉長度；l4表示為轉載裝置長度；B1、B2分別表示截割壁厚度以及裝置的厚度；H、H1、H2分別表示為截割頭臥底的深度、截割壁安裝高度、裝置安裝高度；φ1以及φ2分別表示為截割壁以及鏟板的最大運動范圍。正常工作狀態時，綜掘機截割部A′與鏟板A″之間不發生干涉，也就是說A′與A″兩點之間的距離D大于0。A′與A″兩點之間的距離D可以由下述公式計算求得。

(1)

2.2 原因分析

通過對懸臂式綜掘機工作原理及井下干涉情況的綜合分析，綜掘機截割部與鏟板部發生干涉的主要原因有如下幾點。

設計缺陷：井下使用的懸臂綜掘機切割部限位裝置機鏟板部均不同程度的存在設計缺陷，在對懸臂綜掘機切割部及鏟板部設計時僅僅考慮了各自單獨運行時的運轉特性及運動范圍，忽視了切割部與鏟板部同時工作中存在軌跡重疊的情況，而且懸臂綜掘機切割部安設的防干涉設備起不到相應的防干涉作用，切割部防干涉裝置與鏟板部限位模塊錯位，限位裝置不能起到相應的保護作用，引起切割部與鏟板部時常發生干涉。

控制精度：懸臂式綜掘機截割部及鏟板部均采用傳統的液壓油缸設備調減設備對其的伸縮量進行控制，傳統的液壓油缸在具體的工作過程中無法實現運行速度和運動位移的精準控制，這些控制出現的誤差也容易導致設備的截割部與鏟板部出現干涉現象。

限位匹配：懸臂綜掘機的鏟板部安裝的限位裝置尺寸設計與鏟板不匹配，導致擋板與截割部出現干涉。在綜合掘進機具體工作過程中，擋板部在預先設計的范圍內正常的進行上下移動，截割機在垂直方向的最下部進行臥底切割的同時鏟板部緩慢的開始向前進行移動，并達到臥底最大深度處。在井下對切割部及鏟板部在這個階段運動的情況進行仔細觀察，并測量切割部液壓油缸隨臥底切割的變化、鏟板部液壓油缸隨鏟板運動的變化情況，經過現場多次的重復觀測測量，最終發現鏟板液壓油缸伸出0～70 mm范圍、截割部液壓油缸伸出80～250 mm范圍時，截割部可以實現最大范圍的垂直和水平移動，鏟板部及截割部未出現干涉現象。當鏟板液壓油缸伸出至70～80 mm范圍內時，鏟板與截割部發生干涉現象，影響綜掘機的正常運行，且截割部與鏟板發生干涉后，截割部及鏟板均出現不同程度的磨損，當多次干涉后，截割部截割頭或者鏟板會出現不同程度的損壞，給礦井巷道的正常掘進及井下的安全生產帶來嚴重的不利影響。表1為綜掘機截割部與鏟板部干涉情況。

表1 綜掘機截割部與鏟板部干涉情況

3 解決措施與效果分析

3.1 懸臂截割部與鏟板部干涉解決措施

根據井下實際條件，在對懸臂干涉出現原因分析的基礎上，根據現場截割部與鏟板部液壓油缸伸出不同距離干涉發生情況，提出如下干涉措施。

數字油缸控制措施:采用更為先進的具有能夠精準控制油缸行程、速度的數字化油缸替換原有的傳統油缸，數字油缸的工作原理與傳統油缸相似，但數字油缸可以實現油缸扭矩按照一定的比例進行擴大，從而達到數字油缸在一定負荷狀態下的運轉，采用計算機控制的數字油缸代替傳統油缸后可以對各運動單元實現精準控制，從而實現綜掘機各運動單元精準動作的目的，設備如圖3所示。

圖3 數字油缸控制示意圖

鏟板結構的優化設計：對綜掘機鏟板結構后面的擋煤板限位裝置的尺寸進行更為合理的優化設計，根據截割部與鏟板出現干涉的原因及擋煤板設計的缺陷，將原擋煤板限位裝置的高度降低50 mm，寬度增加50 mm，從而既能達到限位又能實現截割部與擋板不干涉的目的。

3.2 效果分析

通過對綜掘機進行技術改造后，綜掘機的運行效率明顯提高，設備的故障率明顯降低，通過一段時間的統計數據分析，綜掘機的單月掘進速度較改造前提高了將近50%，設備的故障率降低了約40%，綜掘機的平均檢修時間較改造前縮短了將近26%，綜掘機月配件消耗的金額下降了30%。

通過對綜掘機進行改造，解決了綜掘機干涉問題，為保證巷道的安全快速掘進創造了有利的條件。效果指標見表2。

表2 效果指標

4 結語

懸臂式綜掘機的使用，增強了礦井巷道的掘進效率，使用的綜掘機若出現干涉問題，則會制約巷道的高效掘進，同時增加生產投入。文中對該礦采用的EBZ-120懸臂綜掘機干涉產生原因進行分析，并制定了合理的改造措施，有效地保證了礦井巷道的高效掘進。