基于掘錨一體化技術的山特維克掘錨機應用研究

劉鵬飛

(山特維克礦山工程機械貿易有限公司,北京市朝陽區,100027)

★煤炭科技·機電與信息化 ★

基于掘錨一體化技術的山特維克掘錨機應用研究

劉鵬飛

(山特維克礦山工程機械貿易有限公司,北京市朝陽區,100027)

分析山特維克掘錨機在國內應用現狀及其電氣、液壓、水系統特點和其他機械特征,得出山特維克掘錨機在技術層面的優勢;根據當前我國礦井開采條件,分析掘錨機在我國的廣闊應用前景。

掘錨一體化 掘錨機 山特維克 快速掘進

AbstractWith domestic application status of SANDVIK bolter miner introduced,it becomes clearer that SANDVIK bolter miner based on cutting and bolting integration technology is effective and wide applicability.Moreover,the electrical,hydraulic,cooling water spray system and other mechanical features are also analyzed.It can thus be seen that SANDVIK bolter miner provides obvious technical advantages.It is concluded that SANDVIK bolter miner will have a bright future in China on account of the mining conditions in coal mines of this country.

Key wordscutting and bolting integration technology,bolter miner,SANDVIK,highspeed heading

隨著現代煤礦開采技術的不斷發展,對采煤設備也提出了越來越高的要求,一方面要采用高速高效的掘進技術來保證生產能滿足實際需求,另一方面要保證工作人員的安全與良好的工作環境。這樣的要求在很大程度上決定于所采用的掘錨設備。縱觀國內外掘錨技術的應用,不難發現,掘錨一體化技術已是現代采煤技術發展的必然趨勢。而山特維克公司推出的集機、電、液技術于一體化的MB650、MB670等掘錨機恰恰符合這種應用需求,其自動化程度能滿足現代礦井快速掘進要求。圖1為山特維克掘錨機外形。

圖1 山特維克掘錨機外形

1 應用現狀

山特維克掘錨機在全球應用廣泛,主要銷于澳大利亞,英國,美國,波蘭,德國以及南非等地區。在我國山特維克掘錨機應用已相當成熟,并已取得煤礦安全 (MA)認證。目前我國已有山特維克掘錨機近40臺,使用情況如圖2所示,主要應用于神華集團、寧煤集團、魯能集團、兗礦集團、陜煤集團、淮南礦業集團等。

圖2 山特維克掘錨機在國內使用情況

從目前使用情況來看,由于采用掘錨一體化施工,成巷速度可提高60%以上,掘錨一體化施工循環時間一般在30 min以內,可實現日進尺40～50 m,平均月進尺1000～1200 m。另外,由于掘錨機可及時錨護暴露頂板的,可以大幅提高錨護質量,改善井下作業環境,對井下作業的安全性系數有很大提高。除此之外,山特維克可根據客戶要求,在保持機器原有性能的基礎上來設計掘錨機的截割寬度和高度,使其能夠符合相應的巷道掘進要求。同時,用戶可以根據現場條件,定制掘錨機的使用件。例如MB670-170配有一套可將截割寬度為5 m的截割部件轉換為5.4 m的備件,只要用戶需要,可隨時更換。另外,在維護良好的情況下,山特維克掘錨機可保持較低的故障率,使得其符合煤礦行業連續性開采的作業要求。這些使得山特維克掘錨機在國內應用愈來愈廣。

2 技術特點

山特維克掘錨機集截割、裝載運輸以及打錨桿功能于一體,并采用了可伸縮截割頭式的截割滾筒。為實現掘錨一體化,在截割滾筒連同運輸機向前推進割煤的同時,4臺頂錨桿機與2臺幫錨桿機可實現全方位的錨桿支護。同時,為了最大程度的改善工作環境,掘錨機配有機載除塵系統與水噴霧系統。另外,機電液一體化技術的應用,使掘錨機可以實現最大程度的自動化作業。

2.1 掘錨機電控系統

掘錨機電氣系統負責監控機器的運轉情況,并配有相應的安全保護回路,實現井下作業的最大安全保證。掘錨機電氣系統具有如下特點。

(1)專家系統與故障診斷。掘錨機通過自身安裝的精確傳感控制系統,包括掏槽、截割位移傳感器,壓力流量開關,油溫油位傳感器等對系統進行實時監測,并通過CAN總線實現數據高速傳輸,經過處理器對數據的處理,專家系統可以將系統運行參數與機器標準數據以及以往維修使用情況相比較,從而對機器的健康狀況進行診斷,也可以對特定錯誤、系統方案作出風險評估。

(2)遠程遙控系統。無線遙控系統主要由接收監控單元與無線遙控器單元組成。接收監控單元集成于機載控制系統中,用于接收遙控器發出的無線信號并對其進行解碼,進而傳輸到處理器單元。無線遙控單元發出的無線電信號經過處理,來控制電磁閥以及繼電器的動作,進而實現掘錨機的各種功能。遠程遙控系統不僅易于實現控制,而且可最大程度地保證操作人員的安全。

(3)負載控制系統。系統通過對掏槽和截割電流的監測,根據工作面情況調整掏槽和截割速度,使掘錨機在不同工況下以最優化參數進行工作。并通過位置傳感器監測截割頭位置,從而實現安全控制并實時支護。

(4)外圍安全保護系統。由于各部分工作裝置均采用大功率電機驅動,系統采用高壓供電,因此需要有安全可靠的外圍保護系統確保系統與維護操作人員的安全。系統各級電壓都安裝有漏電保護裝置。各個電機回路均配有過熱保護、過載保護以及漏電保護裝置。系統通過監測電機回路狀態,對各回路實現實時控制。

2.2 液壓系統

掘錨機液壓系統由執行油缸控制回路、行走與錨護控制回路以及旁通過濾回路組成。執行油缸控制回路主要負責控制截割臂系統、各個油缸運動以及潤滑泵。行走驅動控制回路主要負責行走、頂支護以及錨桿系統,此回路可進行兩種功率切換來實現給錨桿和行走系統提供動力。旁通過濾回路用來過濾和冷卻整個系統。

圖3 負載敏感控制回路

(1)負載敏感控制系統。負載敏感系統使用的變量柱塞泵的排量和壓力是可控的。負載敏感控制裝置通過負載壓力來驅動流量調節裝置并使泵的輸出流量與執行裝置要求的流量相匹配,這意味著系統僅產生執行裝置所要求的液壓驅動力-負載敏感原則。圖3為負載敏感控制回路模型。系統所要求的壓力區間可以通過流量調節裝置來設置。壓力控制裝置使控制壓力與液壓系統中泵的控制壓力范圍一致。

(2)電液比例控制系統。為實現低延時、高精度的穩定控制,掘錨機截割頭與行走馬達的功能操作采用了電液比例先導控制。控制原理為通過電流比例控制先導閥來實現對主閥芯的比例控制,控制電流通過比例電磁閥轉變為控制壓差,從而決定閥的流量。

(3)液壓安全系統。為防止由于系統故障而緊急關閉液壓泵后可能出現的意外,保證在液壓馬達完全停止運轉前停止所有機械運動。每臺泵的回路都包含安全控制閥,用于在出現緊急停止狀態時切斷泵的負載敏感信號。機器的任何功能只能在同時開啟了相關閥芯和安全回路的情況下才能開啟。從而提高了機器功能部件緊急關閉情況下的安全標準。另外,為實現負載安全控制,系統安裝有反平衡閥,用于控制負載在泵動作之前的運動。它們鎖定負載在任意位置而不自行移動,并打開中央控制閥提供靜態過載釋放和熱膨脹釋放。

2.3 除塵及冷卻系統

掘錨機采用開式水冷卻噴霧系統,液壓系統可以通過液控水閥實現對水系統的控制。水系統通過壓力開關和流量開關來實現水壓力和流量的控制,一方面足夠的水噴霧保證良好的工作環境,最大程度地降低空氣中的粉塵;另一方面保證有足夠的水來實現電機和液壓系統的冷卻,保證系統的正常工作。另外,除塵系統增設了結合礦山機械技術規范而設計的濕式除塵風機,實現含塵空氣的清潔,極大地提高了煤礦環境安全標準,保障了工作人員的健康,MB670機載除塵系統如圖4所示。

圖4 MB670濕式除塵系統

2.4 掘錨機其他技術特征

除以上具有良好性能的3大控制系統外,掘錨機自身還具有如下特點:

掘錨機截割齒輪箱采用直齒輪-圓錐齒輪-行星輪驅動裝置,可實現大功率低轉速截割,可將截割過程的粉塵降到最低,也可保證較快地截割進度,一次掏槽深度可達1000 mm。另外,掘錨機利用掏槽油缸實現掏槽,故不需要移動履帶,所以不會對地板造成破壞。在截割滾筒之后臨時支護裝置對頂板及時支護,此時錨桿機工作平臺完全處于液壓頂篷安全保護之下,可有效保護操作人員安全。而且,系統帶有全自動潤滑系統,可對不方便人工潤滑的地方實現自動潤滑,大大減小了維護工作量。

3 掘錨機應用趨勢

我國許多煤礦頂板管理較為困難,存在煤層深、壓力大、巖石突出等問題,因此巷道掘進時需保持較小的空頂距,以保證作業安全。山特維克掘錨機在煤巷及半煤巖巷道快速掘進,提高錨桿支護效果以及改善作業環境等方面具有很大的技術優勢,尤其是在頂板條件不太好的單巷道掘進過程中,更能體現其良好的應用性能。因為采用掘錨一體化施工,可保證空頂距在0.75～1.4 m,錨桿在頂板暴露后及時安裝,使錨桿支護質量大幅提高,支護效果顯著改善。采用掘錨機施工,巷道成型好且能夠改善錨桿支護作業環境和安全。隨著礦井開采的深入,采掘深度會越來越深,掘進條件也會越來越差,根據掘錨機目前的使用情況以及技術特點,不難發現其將具有更廣闊的應用前景。

總結近幾年掘錨機在我國的應用情況,掘錨一體化成為煤巷快速掘進的發展方向,而山特維克掘錨機的技術特點很大程度上可滿足這種發展趨勢,隨著采煤技術的繼續發展,以掘錨機為核心的快速掘進技術必將為推廣現代化礦井安全、高效、集約化生產模式起到巨大的推動作用。

[1]高英,李志強,楊保良.掘錨一體化技術在我國煤巷快速掘進中的應用 [J].巷道掘進,2007

[2]李掌印.奧鋼聯掘錨一體機在中國煤礦的應用 [J].中國煤炭,2005(9)

[3]蘇曉輝,付建卓.掘錨機在礦井煤巷快速掘進中的應用 [J].煤礦機械,2007(7)

(責任編輯 張艷華)

An application research on SANDVIKbolter miner based on cutting and bolting integration

Liu Pengfei
(Sandvik Mining and Construction Co Ltd,Underground Mining Segment,Chaoyang District,Beijing 100027,China)

TD421.24

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劉鵬飛 (1984-),男,碩士學歷,2009年畢業于中南大學機械電子工程專業,現任山特維克售后服務工程師。