掘進機下行掘進施工輔助推移裝置的設計研究

牛田瑞 王 鵬

（鄂托克前旗長城五號礦業有限公司，內蒙古 鄂托克前旗 016200）

長城五號煤礦掘進機額定角度為±16°，在大傾角大斷面下行掘進作業時掘進機無法實現自行后退。下行掘進作業結束需后撤時主要采用JH 回柱絞車作為輔助牽引設備提供動力源，在實際生產過程中JH 回柱絞車采用鋼絲繩進行牽引時常發生崩繩傷人事故，安全風險較大。該礦曾設計將綜掘方式調整為炮掘方式，存在掘進效率低下、火工品存放安全隱患等問題。針對上述情況，長城五號煤礦對掘進機大傾角大斷面下行掘進后撤輔助推移裝置進行設計研究[1-5]，并進行了實踐應用。

1 工程概況

1.1 工作面概況

長城五號煤礦礦區面積13.659 5 km2，煤炭資源量18 041 萬t，設計可采儲量為11 880 萬t，礦井設計規模180 萬t/a，服務年限50.8 a。

長城五號煤礦1303S 工作面切眼全長240.3 m，掘寬6.2 m，巷道沿煤層掘進，掘進高度2.7 m，煤層厚度1.45～2.04 m，煤層傾角20° ～34°。1303S 工作面切眼掘進截割作業時直接頂是厚度為0.53～18.87 m的粉砂巖和細砂巖，直接底為0.38～9.33 m 的粉砂巖。1303S 工作面切眼采用EBZ260W 縱軸式型掘進機施工作業。

1.2 掘進機作業時存在的問題分析

EBZ260W 縱軸式型掘進機在對1303S 工作面切眼下行巷道截割作業時存在以下問題：

1）EBZ260W 縱軸式型掘進機為履帶式綜掘機，其額定爬坡角度最大為16°，在掘進機下行作業過程中無法實現自行后退，以往采用JH 回柱絞車作為掘進機后退的輔助牽引設備為其提供動力源。當掘進機在后退過程中遇到巷道起坡或硬坎時，牽引鋼絲繩會因為瞬間受牽力過大出現鋼絲繩崩人事故；當切眼頂板出現淋水、底板出現積水時，無法對安全隱患進行有效排查，牽引后退時存在安全風險。

2）1303S 工作面切眼采用大斷面一次成巷掘進技術，掘寬6.2 m，掘高2.7 m，煤層厚度1.45～2.04 m，煤層傾角20°～34°。當1303S 工作面切眼巷道掘進至35 m 時揭露1 條逆斷層F8，H=1.6 m，影響范圍21 m；切眼巷道掘進至97 m 時揭露1 條逆斷層F10，H=2.4 m，影響范圍26 m；切眼巷道掘進至166 m 處揭露1 處構造破碎帶，影響范圍9 m。因1303S 工作面切眼地質條件復雜，受斷層影響較大，掘進機作業完成后必須及時后撤，并及時進行切眼巷道支護，否則可能發生巷道冒頂安全事故。掘進機在高傾斜切眼巷道下行作業過程中，矸石下滑導致其在溜槽內堆積，堆積的矸石會使得JH 回柱絞車牽引鋼絲繩埋繩，存在安全風險。

2 掘進機后撤輔助推移裝置設計技術方案

2.1 掘進機后撤輔助推移裝置方案分析

針對1303S 工作面切眼大斷面高傾斜巷道EBZ260W 縱軸式型掘進機以往后退采用JH 回柱絞車作為輔助牽引動力源存在的問題，設計采用一種新型的“液壓單體+推移液壓缸+連環輔助牽引裝置”作為掘進機下行后退后撤輔助推移裝置牽引動力源，其結構如圖1，新型后撤輔助推移裝置主要有穩固裝置、液壓動力系統、輔助連接裝置三大部分。

圖1 新型掘進機下行作業后撤輔助推移裝置結構示意圖

后撤輔助推移裝置穩固裝置部件采用“4壓3戧”共7 個液壓單體立柱，其作用是對推移液壓缸底座進行有效固定。戧柱主要是提供穩固點，防止穩固裝置發生滑移；液壓動力系統部件主要采用推移液壓油缸/千斤頂為掘進機后撤提供輔助牽引動力源，推移液壓油缸前端固定在掘進機后支撐銷軸上，后端固定在底座上；輔助連接裝置鏈條與推移千斤頂兩者之間采用連接扣進行連接，鏈條與掘進機之間采用連接板進行連接，保障各連接部件完好，強度滿足正常使用。

2.2 穩固裝置的設計

穩固裝置底座示意圖如圖2，主要是對牽引穩固底座進行加工，在加工中利用t=20 基礎鋼板、11#工字鋼夾板、Φ108 mm 厚壁鋼管、t=20 肋板等進行焊接加工而成。

圖2 穩固裝置底座設計示意圖（mm）

穩固裝置底座焊接加工完后，運輸至1303S 工作面切眼絞車硐室內，采用DW28-300/100 型單體液壓支柱進行有效固定，如圖3 所示。牽引底座采用“4 壓3 戧”固定方式進行固定，DW28-300/100型單體液壓支柱采用油繩捆綁固定在頂板錨桿上，必須用8#鐵絲固定在頂板上，可防止單體液壓支柱因卸壓或其他原因引起的支柱卸載歪倒事故。

圖3 壓柱和戧柱的結構位置

3 液壓動力系統選型

3.1 液壓油缸選型

當前長城五號煤礦現有ZY2700 型自移機尾液壓油缸和SZZ1000/525 型轉載機5YG 型千斤頂，基于降本減耗的原則從上述兩種液壓油缸中選擇確定設計的后撤輔助推移裝置液壓動力系統，同時需要對強度進行計算分析，保證滿足設備運行。

1）EBZ260W 型掘進機技術參數：外形尺寸9.3 m×2.9 m×1.6 m，電機功率75 kW，截割硬度70 MPa，行走速度0～6 m/min，最大行走坡度16°。

2）ZY2700 型自移機尾液壓油缸技術參數：外 形 尺 寸（長× 寬× 高）13 530 mm×2708 mm×1520 mm，機器總質量40 277 kg，推移液壓缸推拉力（單缸）631 kN/385 kN（推/拉），推移液壓缸行程2700 mm，額定供液壓力31.4 MPa。

3）SZZ1000/525 型轉載機5YG 型千斤頂技術參數：推移千斤頂推拉力（單缸）985.95 kN/633.39 kN（推/拉），推移液壓缸行程為1100 mm。

經計算，ZY2700 型自移機尾液壓油缸其推移千斤頂最大拉力比為2.0，SZZ1000/525 型轉載機5YG型千斤頂其推移千斤頂最大拉力比為3.3，兩者的推移千斤頂最大拉力比均大于1，可見兩者拉力均滿足液壓動力系統。但是考慮到ZY2700 型自移機尾液壓油缸推移液壓缸行程為2700 mm，而SZZ1000/525型轉載機5YG 型千斤頂推移液壓缸行程僅為1100 mm，確定選擇ZY2700 型自移機尾液壓油缸作為新型后撤輔助推移裝置推移千斤頂的動力。

3.2 泵站動力選型

新型后撤輔助推移裝置泵站供液系統如圖4。該泵站供液系統主要包括有BRW80/31.5乳化液泵、乳化液箱、高壓液壓管、兩聯閥、左聯閥等部件。BRW80/31.5 乳化液泵為推移千斤頂提供動力源，乳化液通過液壓管經過兩聯閥，進而給推移油缸和固定立柱、戧柱供液。

圖4 新型后撤輔助推移裝置泵站供液系統示意圖

3.3 輔助連接裝置

新型后撤輔助推移裝置輔助連接裝置采用δ20 mm 鋼板加工成連接板，把Φ34 mm×126 mm 鏈條與掘進機牽引環連接，采用50T 連接扣把鏈條與推移千斤頂連接，采用M36×150 型螺栓鎖緊鏈條，結構如圖5。

圖5 新型后撤輔助推移裝置輔助連接裝置結構圖

采用刮板輸送機SGZ800/1050 型礦用刮板機34×126 型刮板鏈，工作荷載為320 kN，破斷負荷為1250 kN。當采用ZY2700 型自移機尾液壓油缸時，計算得到鏈條安全系數為3.7～8.1，其鏈條安全系數滿足生產要求。采用Φ12.5 mm 鋼絲繩作為保護繩，與34×126 型刮板鏈相伴纏繞作為二道保護，可有效防止掘進機后撤牽引時因受力不均導致的鏈條崩斷傷人事故發生。

4 應用效果分析

長城五號煤礦1303S 工作面切眼EBZ260W 縱軸式型掘進機在1303S 工作面切眼下行掘進作業后撤時采用新型后撤輔助推移裝置，該掘進機在1303S 大傾角大斷面下山掘進中的后撤行走問題得到有效解決，切眼下行掘進進度大大提高，1303S工作面切眼整長240.3 m，用時55 d，平均進尺效率達到4.37 m/d，掘進過程無一起輕傷及以上安全事故發生。新型后撤輔助推移裝置在長城五號煤礦EBZ260W 型掘進機作業中的應用，有效提高掘進生產效率，降低了工人的勞動強度，保障了1303S工作面的安全回采。