礦井綜掘拐彎開門快速轉運施工技術研究

胡曉偉

（霍州煤電集團洪洞億隆煤業， 山西 臨汾 041600）

引言

綜合機械化掘進是煤礦隧道的有效掘進方法中常會被用到的一種，其中懸臂式掘進機是使用最廣泛的,在井下作業過程中較為常見。這種掘進方式中包含懸臂掘進機、轉運機、伸縮式皮帶輸送機（或刮板輸送機）、單螺栓鉆機、通風除塵設備和電源系統等重要部件。懸臂式掘進機配套工藝圖如圖1所示。

圖1 掘進機具體配套工藝圖

1 傳統拐彎開門技術分析

在旋轉和打開門的構造中，經常遇到的是，門的打開垂直于或靠近采礦巷道。早期，爆破方法經常被用來開門，但是這種方式不僅結構復雜、效率低，而且勞動強度大，危險系數高；然后就使用拐彎的方式來直接轉動以打開門。但是，普通掘進機的長度幾乎都達到了10 m左右，超過了煤礦巷道的寬度。很難繼續使用以前的“掘進機-皮帶輸送機”匹配方法，需要卸下橋式轉運機并安裝刮板輸送機，使其與皮帶輸送機尾部重疊；掘進機的第一條輸送機的尾部安裝有一個側面卸料斜槽，煤矸石通過斜槽的側面排到刮板輸送機上，然后人工運送到刮板輸送機以完成轉移操作。隨著前進鏡頭的增加，刮板輸送機需要擴展。進入角落約80 m，然后打開門，拆下刮板輸送機，將皮帶輸送機穿過角落延伸以打開門，將轉移皮帶輸送機安裝到道路皮帶輸送機的末端，然后重新安裝橋式輸送機。該工藝作業環節多、時間長、效率低、勞動強度大、作業環境復雜、安全性差等。

國內煤巷掘進主要采用懸臂式掘進機進行切割作業，其第一臺輸送機為固定式結構。掘進機的后部與橋式傳輸帶輸送機（二次運輸）連接。橋式傳輸帶式輸送機的一端搭在帶式輸送機的尾部。煤石通過橋式輸送帶輸送機輸送到帶式輸送機。機器的尾部完成了煤石的輸送。橋式皮帶輸送機可以左右擺動的角度范圍為±20°，這樣就可以完美解決掘進機左右移動的問題。正因為在工作時門必須處于打開的狀態，掘進機的行進方向與橋式傳送帶輸送機在轉向時的軸向之間的角度接近90°。此時，橋式輸送帶輸送機不能與帶式輸送機的尾部軌道重疊，導致煤石不能輸送。目前，許多國內實踐是拆除橋式輸送帶輸送機，臨時安裝刮板輸送機，將煤石手動排到刮板輸送機，然后通過刮板輸送機將煤石輸送到帶式輸送機的尾部。該過程有很多環節，刮板輸送機的安裝、擴展和拆卸工作量大、勞動強度大，嚴重影響了角開門的施工速度。同時，它引起諸如復雜的工作環境和工作面安全性差的問題。為了解決上述問題，在現有綜合挖掘機的切割方法的基礎上，提出了包括二次重印，長途運輸，卸貨在內的一套多功能機械化轉運方案，以開發配套的施工設備。具體的支撐技術為：在綜合挖掘機的后部連接了三臺皮帶輸送機，在綜合挖掘機的輸送機的尾部設有旋轉皮帶輸送機，并將矸石通過機器輸送到另一臺遙控履帶輸送機上，然后輸送到最后的提升皮帶輸送機。

2 拐彎開門快速運輸方案

2.1 回轉輸送機結構

為了使掘進機轉彎過程中的補給問題得到完美處理，本研究設計了一種短式皮帶輸送機。一端連接到掘進機的第二滑架，一端通過回轉裝置連接到遙控履帶式輸送機。它由電鼓驅動，驅動功率約為15 kW。掘進機的第一條輸送機的輸送能力為4 m3/min。確定皮帶輸送機的設計輸送能力大于6 m3/min，皮帶輸送機的寬度為800mm。機身的長度約為7000mm，皮帶輸送機相對于掘進機可達到±60°左右的旋轉角度，方便煤煤矸石。在轉彎之后，可以添加一個中間部分來擴展皮帶輸送機，并更換跑道小車以用作第二次運輸。

2.2 遙控履帶運輸機的結構

遙控履帶輸送機的構造較為簡單,主要包括履帶行走部分、皮帶輸送機、回轉支承、無線遙控系統和液壓泵站等部分。設備的前滑軌裝有回轉機構，該回轉機構與第一部分相連，回轉角度大約可以達到±60°，滑軌行程為1 500 mm，并由電動機驅動液壓泵站提供每個部分的電源，步行速度為12 m/min。帶式輸送機通過旋轉平臺設置在履帶上，與履帶的相對旋轉角度大約達到了±120°。它由帶滾輪的電機減速器驅動。扭矩達到2 000～3 000 N·m左右，皮帶速度大于1.6 m/s，滿足進料方面的要求。

它采用前低后高的形式，大概在第三節的位置進行送料。這種形式的履帶行走平穩，爬坡能力強。它適用于地板條件較為復雜的道路，并具有阻力結構。轉彎后，中間部分可以擴展來用作履帶式自動移動機的尾巴。

2.3 提升式運輸機結構

提升皮帶輸送機使用橡膠輪移動，并且可以手動調整位置，以將遠程履帶式輸送機上的煤石以15°的角度發送到提升皮帶輸送機。設備長約6 000 mm，寬約1 100 mm。它使用由遠程控制的履帶式輸送機的泵站提供的動力。滾筒由電機減速器驅動。皮帶速度超過1.6 m/s。輸送量超過了6 m3/min，滿足了進料要求，轉彎后退出。

2.4 無線遙控控制系統

遙控履帶式輸送機采用遠程控制，方便操作人員操作，可時刻注意到煤矸石運輸的整體情況。整個單元在三維參數化設計軟件Solid Works的環境下構建，以建立設備的虛擬原型模型并執行干涉檢查以避免結構設計錯誤。在該項研究中,有限元方法（FEM）用于分析機械結構并優化設計，以確保結構強度并減輕設備的整體重量。總體的設備方案示意圖如圖2所示。

3 關鍵指標

開門快速轉移方案設備的主要技術指標見表1。

旋轉皮帶輸送機使用第二個運輸支架連接至掘進機的尾部。連接皮帶軸可使皮帶輸送機旋轉±60°。皮帶運輸機的接收端設置有一個靈活的接收料斗，它可以適應不同的角度的落料。同時，在這個裝置中還應該配有一個懸臂角度調節裝置，以確保下料高度適合生產。在該方案中，由于鏜床的落料尺寸，每個機構應高度集成，緊湊且靈活，并且生產能力應滿足生產需求。針對落料點的設計,主要考慮是增設回轉機構和導軌小車這兩個配件。然后再根據地下的具體條件，來確定采用履帶行走機構實現自主行走。研究現有掘進機和皮帶輸送機的技術參數，以確定此部分皮帶輸送機中使用的電機減速器的扭矩和皮帶速度，由于設備的高度要求低，液壓泵站和控制系統隱藏在車身下方，并且每個動作都可以通過遙控器執行。

圖2 設備總體方案示意

表1 拐彎開門快速轉運方案設備的主要技術指標

4 結論

1）拐彎式的快速運輸解決方案在實現機械操作、減輕勞動強度、改善工作環境等方面帶來了方便，達到了“機械化、自動化、減少人員”的目的。它為提供智能采礦、動能轉換等解決了技術方面的難題。

2）該方案減少了在巷道內開門的操作環節，在鉆孔爆破過程中將不再存在安全隱患，提高了隧道開挖和施工的安全性和可靠性。

3）掘進工作面人數減少，拐彎開門的效率提高近20%左右,并且刮板輸送機的安裝和拆卸時間得以減少，挖掘速度得到提高，具有實際推廣意義。