一種新型的全斷面煤巷高效掘進機

陳琴亮 孫曉鳴 鄭曉東 藏家君

（北方重工集團有限公司煤礦機械分公司，遼寧 沈陽 110141）

1 前言

為了加速推進我國煤礦井下巷道快速施工工藝的革新進程，使井下掘進施工向著高效、快速、安全的方向健康發(fā)展，北方重工集團有限公司根據(jù)神東礦區(qū)創(chuàng)建世界一流礦井的總體規(guī)劃要求自主研發(fā)設計出一種新型的全斷面煤巷高效掘進機，該機截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m，月進尺4000m。

2 總體方案的設計

2.1 總體結構布置

全斷面高效掘進機的工作裝置由雙刀盤加上下橫滾筒組成，最終切割形成矩形斷面。切割下來的物料通過鏟板和第一運輸機輸送至后續(xù)的轉載機上。為方便調(diào)車，雙刀盤的刀臂、上下滾筒中的兩側邊滾筒、鏟板的兩側邊鏟板均為可伸縮的。具有機載錨桿鉆機及機載臨時支護，在頂板條件不好時進行錨固作業(yè)的同時可保證設備和作業(yè)人員的安全。備有機載除塵風機，高效降塵。采用激光導向系統(tǒng)對設備的姿態(tài)和巷道的精度進行監(jiān)測。整機的操作方式為無線遙控操。電氣系統(tǒng)采用可編程控制器作為主控制器，可以實現(xiàn)無線遙控和手動操作兩種方式。礦用隔爆兼本安一體機具有指示操作或故障自診及采高自動顯示等功能。

2.2 主要技術參數(shù)

額定載重量：298000 ㎏

外形尺寸（長×寬×高）：14.842m ×6m×3.95m

截割斷面（高×寬）：4.2 m×6 m

裝機功率：1809 kW

電源：3300V/50Hz

掘進速度：0～0.2 m/min

調(diào)車行走速度：0～4 m/min

最大接地比壓：0.40 MPa

3 結構特征與工作原理

全斷面高效掘進機由刀盤裝置、上滾筒裝置、本體、履帶行走機構、左右支架、電控系統(tǒng)、第一運輸機、液壓系統(tǒng)、后臨時支護、機載錨桿鉆機、前臨時支護、鏟板、下滾筒裝置、水系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)構成?？傮w結構如圖1 所示。

3.1 盤裝置由兩個三臂刀盤、主切割減速機、限矩安全聯(lián)軸器、刀盤驅動電機組成。電機輸出的扭矩通過限矩安全聯(lián)軸器傳至主切割減速機，減速后經(jīng)輸出裝置驅動兩個三臂刀盤反向同步旋轉對物料進行切割，形成了8 字形的橫斷面。刀盤的刀臂具有伸縮功能，調(diào)車時縮回，工作時伸出。

3.2 上、下滾筒裝置分別由左右可伸縮切割滾筒、中間滾筒、滾筒減速機、聯(lián)軸器、滾筒電機、銷軸等組成。電機輸出的扭矩通過聯(lián)軸器傳至減速機，減速后經(jīng)輸出裝置驅動上、下滾筒反向同步旋轉對物料進行切割，最終與刀盤切割形成的斷面共同形成矩形斷面。切割下來的物料通過刀臂、螺旋、鏟板和刮板輸送機將物料輸送至后續(xù)的轉載機上。上、下切割滾筒分別通過銷軸和帶位移傳感器的舉升油缸與主切割減速機相連。上、上切割滾筒兩側的邊滾筒具有伸縮功能，同時上、下切滾筒具備升降功能，調(diào)車時全部縮回，工作時全部伸出。

3.3 本體的前端面與刀盤裝置的主減速機相連，后部通過本體兩側的耳板，本體支撐油缸鉸接到行走部上。履帶行走機構由液壓馬達、減速機、履帶架、履帶鏈、驅動輪、支重輪、導向輪裝置等組成。液壓馬達通過減速機及驅動輪驅動履帶鏈實現(xiàn)行走。當高效掘進機空載或需要快速調(diào)動時可以獲得較快的行走速度。當高效掘進機切割斷面時行走速度將減慢，以獲得較大的牽引力。

3.4 左右支架通過螺栓與履帶行走機構相連。電控系統(tǒng)通過螺栓與支架相連。開關箱、控制箱、接線盒、本安鍵盤、語音報警器、礦用壓力傳感器、礦用流量開關、隔爆照明燈、隔爆型急停按鈕、油溫傳感器、甲烷傳感器、隔爆電磁閥、隔爆位移傳感器、遙控發(fā)射器、遙控接收器及工作機構的各電機、激光導向組成了高效掘進機的電控系統(tǒng)。高效掘進機電控系統(tǒng)是整機的一大組成部分，與液壓系統(tǒng)配合操作，可自如實現(xiàn)整機的各項生產(chǎn)作業(yè)，同時對切割、設備姿態(tài)和巷道掘進的精度、液壓、電纜的絕緣等狀況進行監(jiān)控和保護。

3.5 液壓系統(tǒng)由油缸、馬達、操縱箱、泵站以及相互聯(lián)接的膠管等組成。液壓系統(tǒng)中比例多路換向閥主要片閥聯(lián)具有兩種控制方式：液壓先導控制和電液控制。液壓先導控制簡單、操作性好，電液控制可根據(jù)設定程序實現(xiàn)智能切割，可實現(xiàn)遠程控制，安全性好。

3.6 前、后臨時支護通過螺栓與支架相連。前、后臨時支護具有升降功能，在調(diào)車時降到最低位置，工作時升至最高位置，其作用是在設備進行錨護作業(yè)、設備維護時保證操作人員和設備的安全。前臨時支護還具備有伸縮功能，維修人員進行截齒更換時伸出起到安全保護的作用。

3.7 鏟板通過螺栓與下滾筒減速機相連，鏟板兩側均具備伸縮功能，調(diào)車時縮回，工作時伸出。第一運輸機通過連桿和銷軸與鏟板和支架相連，位于機體中部，雙電機經(jīng)減速機驅動鏈輪帶動中單鏈刮板鏈組實現(xiàn)物料運輸。

3.8 兩臺機載錨桿鉆機通過螺栓安裝在本體兩側，錨桿機靠長、短進給油缸的兩級進給和鉆箱的旋轉實現(xiàn)鉆孔和安裝錨桿作業(yè)。除塵系統(tǒng)由內(nèi)噴霧、外噴霧和機載除塵風機組成，起到滅塵作用。

3.9 水系統(tǒng)既為內(nèi)噴霧、外噴霧和機載除塵風機提供水源，起到冷卻截齒及滅塵的功能，同時還對水冷電機、減速機、液壓系統(tǒng)進行冷卻。

3.10 潤滑系統(tǒng)主要用于高效掘進機主要部件的潤滑，保證機器的正常運轉，延長掘進機使用壽命。潤滑系統(tǒng)分為集中潤滑和分散潤滑。

4 關鍵技術及創(chuàng)新點

4.1 全斷面連續(xù)掘進：全斷面高效掘進機的工作裝置為雙刀盤加上下橫滾筒，切割時能一次成型，履帶推進可實現(xiàn)連續(xù)掘進。

4.2 可伸縮的雙刀盤加上下切割滾筒：工作時雙刀盤及上下切割滾筒伸出，達到煤礦巷道需求的斷面寬度。掘進機調(diào)車、維修、運輸時雙刀盤及上下左右切割滾筒縮回，避免了掘進機與側幫錨桿刮碰，方便維修與進出相應的煤礦巷道。

4.3 可伸縮臨時支護：前、后臨時支護具有升降功能，工作時伸出至最高位置，在調(diào)車時縮回到最低位置，前臨時支護還具備有伸縮功能，更換截齒時伸出起到安全保護的作用。

4.4 機載濕式除塵系統(tǒng)：系統(tǒng)為長壓短抽的混合通風除塵方式，在掘進機工作面壓入式通風風筒上增加了附壁風筒同時配合高效濕式除塵器，使之具有高收塵、高除塵效率。

4.5 激光導向：激光全站儀測量掘進機中的棱鏡在巷道基準坐標系下的坐標，通過激光接收靶和傳感器確定掘進機的姿態(tài)參數(shù)，控制器計算掘進機切割裝置的坐標確定切割裝置坐標相對于掘進計劃線的軸向偏移量，并控制掘進機進行掘進。激光導向極大地提高了現(xiàn)有控制測量系統(tǒng)的自動化程度和施工效率，并可以極大地節(jié)約工程開銷。

4.6 無線遙控：操作者通過遙控操作完成掘進機所有操作，并通過監(jiān)視屏幕隨時了解切割狀態(tài)及位置，觀察設備狀態(tài)、故障分析與診斷。解決了在手動操作情況下的司機勞動強度大、舒適性差、施工安全性差等問題。

結語

全斷面煤巷高效掘進機集全斷面連續(xù)切割技術、自動定位、無線遙控技術、快速裝運、機載除塵、機載錨桿鉆機、調(diào)車等功能于一體，實現(xiàn)煤巷快速掘進，遠距離遙控作業(yè)，顯著提高掘進效率，成為煤礦掘進生產(chǎn)方式的又一次技術跨越。

[1]黃日恒.懸臂式掘進機[M].北京：中國礦業(yè)大學出版社，1996.

[2]張鳳詳，朱合華，傅德明.盾構隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.