輔助助推裝置在大坡度綜掘中的應用

丁希陽 吳士全 張經龍

（汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 汶上 272500）

通常情況下掘進機爬坡能力不大于18°，在大坡度上山掘進時，掘進機受限于爬坡能力，容易出現爬不動、履帶打滑、機身失穩等問題，影響掘進提質提效又因反復退機、調機而威脅安全生產。汶上義橋煤礦有限責任公司通過使用大坡度掘進機輔助裝置助推掘進機爬坡，極大地提高了大坡度上山掘進工效。

1 概況

汶上義橋煤礦有限責任公司3301 工作面軌道順槽按289°方位角沿煤層底板掘進，煤層傾角6°～18°，平均傾角12°，因揭露斷層局部區段傾角達到22°～25°，遠遠超過掘進機的最大爬坡能力，需安裝并使用大坡度掘進機輔助裝置。

1.1 巷道斷面

巷道設計斷面：矩形，凈寬4000 mm，凈高3500 mm，荒寬4200 mm，荒高3600 mm。為滿足大坡度掘進機輔助裝置空間需求，巷道凈寬調整至4200 mm，荒寬調整至4400 mm。

1.2 設備配置

（1）巷道掘進期間使用EBZ160 型懸臂式掘進機破煤，破碎的煤矸通過鏟板、雙邊鏈刮板式第一運輸機搭接橋式皮帶轉載第二運輸機向外運輸。掘進機性能參數見表1。

表1 掘進機性能參數表

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

表2 大坡度輔助裝置性能參數表

（3）大坡度掘進機輔助裝置主要由主體框架、支撐梁、行走機構、底撐組件、推拉油缸、后拉油缸和液壓系統組成，由液壓執行元件和機械機構實現上推和下拉動作，從而實現掘進機的前進和后退。大坡度輔助裝置結構示意圖如圖1。

圖1 大坡度輔助裝置結構布置示意圖

2 大坡度掘進施工工藝

2.1 安裝輔助裝置

（1）設備入井前將輔助裝置拆解為主機架、左右行走機構、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，質量為584 kg。

（2）輔助裝置在井下組裝的順序：主機架、左右行走機構、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、浮動支撐→頂撐框架、中間框架。

2.2 操作前的準備工作

（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下不會出現頂板垮落、煤矸掉落等情況。

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

（3）開動掘進機前，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，不得強行開動掘進機拖拽輔助裝置。

2.3 輔助裝置操作措施

（1）掘進機固定，輔助裝置向前行走跟進

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巷道偏向一側，可通過調整油缸伸出調整輔助裝置至巷道中間位置；再操作輔助裝置行走機構，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固撐住頂板。

（2）輔助裝置跟進、穩固支撐后，輔助掘進機掏槽、切割、裝運

輔助裝置推拉油缸向前推動掘進機進行掏槽，掏槽深度一般以800～1000 mm 為宜。此時推拉油缸處于行程中間位置，且對掘進機保持恒定的推力（上山）或拉力（下山），從而保證掘進機可以在一定范圍前后、左右自由移動，完成截割一排錨桿的作業。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，可直接助推掘進機向前行走進行下一循環的作業；若輔助裝置推拉油缸剩余行程不足一排距，則需向前移動輔助裝置。

（3）掘進機、輔助裝置長距離（超過推拉油缸行程距離）前、后移動

如果坡度較大，在巷道坡度超過掘進機爬坡能力時，采取邁步式移動，即掘進機移動時輔助裝置必須穩固支撐，輔助裝置移動時，掘進機必須停止移動，每次移動距離不得大于推拉油缸行程。如果坡度較小，無設備下滑風險，可同時操作掘進機、輔助裝置長距離行走。

（4）拖動皮帶機尾跑道

先穩固并撐緊輔助裝置，伸出后拉油缸，通過繩索連接皮帶機尾；再收縮后拉油缸，向前反復循環拖動皮帶機尾，直至將皮帶機尾拉至合適位置。

（5）掘進機向后退時，輔助裝置輔助后拉掘進機

因巷道起伏不定，需后退掘進機時，將輔助裝置推拉油缸伸出長度調至最長狀態，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。掘進機后退期間，輔助裝置同時收縮推拉油缸輔助向外拉掘進機。

2.4 操作流程

掘進機開機、啟動油泵→收回上支柱→收回下支柱→操作左右履帶前進把手→收回油缸、輔助裝置向前移動→松開左右履帶前進把手→松開推拉油缸、收回把手→下支柱上升、履帶懸空→上支柱上升撐緊頂底板→上下支柱達到初撐力、履帶懸空→撥動輔助裝置推拉油缸操作把手→油缸伸出、提供恒定推力→輔助掘進機爬坡前行。

2.5 安全注意事項

（1）底撐油缸未將行走機構撐起至離開地面前，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機上坡或下坡，不得用于上山作業輔助掘進機切割，不得用于上坡拉運輸機。

（2）底撐油缸和立柱油缸未完全縮回前，不得移動輔助裝置。

（3）不使用輔助裝置時，需將手柄恢復至中位。

（4）當掘進機后退至油缸最短位置，會觸發保護，自動停止掘進機后退。掘進機向前至油缸最長位置，無此功能。

（5）在放下和收起底撐油缸之前，應確保無人員在履帶和底撐油缸下面和邊緣。

3 應用效果分析

3.1 輔助裝置的優點

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

（2）勞動強度顯著降低。因掘進機爬不動需反復墊煤降低機身坡度，而掘進機前進后又不能退機鏟地，以致掘進機后留有大量的積煤，拉移皮帶前需人工清理浮煤，工人勞動強度極大。使用輔助裝置后，有效避免了積煤現象，從而降低了職工勞動強度。

（3）安全系數大幅度提升。未使用輔助裝置前，受限于掘進機爬坡能力，掘進機向前爬坡時需安排專人在機身兩側墊枕木等物料結實履帶于底板，而掘進機機身與幫壁間隙較小，人員在此作業安全風險極大。使用輔助裝置后，由液壓油缸向前助推掘進機，安全性能高。

（4）工序簡單，能保證掘進機性能發揮。使用耙裝機輔助施工時，耙裝機與掘進機之間可以作為臨時儲矸倉，能夠柔性儲存煤矸，實現集中出矸，但是操作耙裝機和不連續出煤工序繁瑣，使用大坡度輔助裝置不影響掘進機的連續出煤效能。

3.2 存在的問題及改進方向

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

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

4 結語

汶上義橋煤礦有限責任公司在大坡度煤巷掘進期間，安裝并使用大坡度輔助裝置助推掘進機行走和截割，經過實踐檢驗，相較于墊枕木、施工底板凹槽、打錨索牽引以及使用耙裝機輔助等傳統方案，掘進工效可提高2～3 倍。該工藝工序簡單、掘進工效顯著、職工勞動強度低且提高了安全系數，為綜掘大坡度施工提供了參考經驗。