EBZ150 型掘進機的改進及應用研究

劉戰新

（晉煤集團晉圣公司億欣煤業有限公司， 山西 沁水 048200）

1 項目概況

晉煤集團王臺鋪煤礦位于山西省晉城市北東10 km 處，1964 年投產，礦井生產能力60 萬t/a。王臺鋪煤礦井下巷道所使用的掘進機為EBZ150 型。EBZ150 型掘進機因服務年限較長，其設計缺陷逐漸暴露出來，該掘進機的截割系統和行走系統故障頻繁發生。主要表現為：

該掘進機在急傾斜工作面作業時通過降低切割效率的措施來防止掘進機下滑[1]；掘進機行走系統為支重輪式，工作時履帶板處于懸臂狀態，容易導致履帶板發生斷裂，從而導致該掘進機在工作過程中，常因故障需要進行維修，降低了工作效率[2]。因此當前必須對其進行改造設計。

2 EBZ150 掘進機截割系統的改進設計

2.1 截割系統的改進設計方案

1）將以往的伸縮部件改進為懸臂結構，掘進機在作業過程中，通過減速器傳遞給花鍵套，再傳遞到截割頭，從而實現破碎煤巖作用。

2）將截割頭改進為錐形平頭的結構，該改進措施有效降低了截割頭的尺寸，降低其在轉動時產生的扭轉力矩。

3）改造掘進機內置的噴霧降塵系統。將掘進機噴霧系統活塞密封格圈改進為自動補償裝置，并將其密封在密閉殼體內，同時使用三層螺旋式噴嘴及外噴霧裝置[3]。

2.2 截割系統改進的實施方案

1）截割系統采用懸臂結構，如圖1 所示，主要包括聯接座、花鍵套、外筒體、注油座、配水盤、接頭座和主軸等部件。懸臂結構臂長設計為1.23 m，聯接座長度設計為0.75 m，將懸臂結構代替原來截割頭中縮部件的炮頭結構。綜合考慮懸臂抗扭強度以及鏟板干涉等因素，將懸臂長度設置為1.12 m，連接座一端與截割頭的外筒體連接，一端通過叉形架進行固定[4]。

圖1 截割系統懸臂結構的實施示意圖

2）將截割頭結構尺寸由860 mm 改進調整為640 mm。同時將截割頭改為錐形平頭結構來降低截割頭的扭轉力矩。

3）對掘進機的噴霧系統結構進行改進。采用新型研發的自動補償式的密封系統，將處在主軸位置上的補償裝置進行密封，同時加設環形油缸活塞提高密封效果。同時環形油缸活塞還可以避免噴霧系統漏水，密封效果理想。

3 掘進機行走系統的改進設計

3.1 行走系統的改進設計方案

1）為提高履帶板的抗壓強度，必須提前計算履帶板的受力情況，掌握履帶板的受力過程，從履帶的受力過程出發進行改進設計，提高其抗壓強度，以防止彎曲現象的發生。

2）針對掘進機在急傾斜工作面工作時，需要降低生產效率來防止因自重而發生的下滑現象，設計了一套液壓助推裝置，主要由推移裝置、導向裝置、彈簧板、導向套錨固裝置及銷軸等組成，裝置采用鉸鏈與掘進機連接，利用泵站壓力推進千斤頂運動，該裝置可以有效增加其在急傾斜工作面的動力，從而可以解決大傾角工作面上掘進機爬坡動力不足的問題。

3.2 行走系統改進的實施方案

1）使用ADAMS 軟件對履帶板進行重新設計，在節距不變的情況下，對履帶板的尺寸大小及筋板位置進行調整，同時調高履帶板整體強度。

2）在履帶架體上焊接一套輔助支撐裝置，該裝置可以保障履帶板的變形處在彈性變形范圍內。

3）設計應用了一套新的液壓助推裝置，為125 mm 的推移千斤頂，同時通過密閉良好的導向套對千斤頂進行密封。

4）在底盤上焊接加強筋，該措施可以增大底盤與底板之間的摩擦力，提高應力強度。液壓推進裝置通過鉸鏈和掘進機進行連接，泵站提供的外力作用于液壓推進裝置，液壓推進裝置促使千斤頂動作，最終千斤頂作用于掘進機，促使其向前運動。行走系統改進實施示意圖如圖2 所示。

圖2 行走系統改進的實施示意圖

3 工業性試驗

3.1 試驗工作面的條件

3.1.1 工作面的基本概況

王臺鋪煤礦2318 東運輸巷從與十四采東邊界輸送機運輸巷的聯絡巷處開門，沿S71°30W 方向掘進，掘至開切眼位置，全長約2 100 m。巷道服務年限約1.5 年。該巷道開門后前580 m 為實體煤掘進，580 m 后巷道沿2319 工作面采空區掘進，且巷道頂部為原2317 采空區，為頂空沿空送巷，本巷道進入終采線后巷道底板沿3 上煤層底板掘進。

巷道東部處于一背斜處，西部處于C6 向斜的軸部，煤層波狀起伏，伴生5 條斷層，落差最大2.1 m，裂隙及小斷層發育。影響本巷道掘進的主要充水水源為2319、2317 采空區水和3 上煤層頂板砂巖水。工作面最大涌水量約20 m3/h，正常約4 m3/h。

3.1.2 巷道斷面及支護方式

巷道斷面均為梯形。自開掘位置起前160 m 范圍內，巷道頂板沿3 上煤層頂板掘進，采用錨網帶支護；在160～470 m 范圍內，巷道下扎到3 上煤層底板，巷道底板沿3 上煤層底板掘進，采用錨網帶結合錨索支護，巷道掘進毛斷面面積為14.62 m2。巷道頂部鋪聯金屬菱形網，按照700 mm×800 mm 間排距錨固M型鋼帶，每排布置6 根Φ22 mm×2 400 mm錨桿；幫部鋪聯金屬菱形網，按照900 mm×800 mm間排距每幫布置4 根Φ20 mm×1 800 mm 錨桿。從470 m 處至開切眼位置，巷道在二分層掘進，頂空沿空，巷道底板沿3 上煤層底板掘進，采用12 號礦工鋼梯形棚結合幫部錨桿支護，掘進毛斷面面積為14.1 m2。架棚段每循環架1 棚，棚距為600 mm±50 mm，頂部、幫部鋪聯金屬菱形網，并且幫部每兩架棚在兩幫按照1 200 mm 排距各打3 根Φ18 mm×1 800 mm 錨桿。

3.2 試驗效果

將改進后的EBZ150 型掘掘進機于2016 年12月4 日在王臺鋪煤礦2318 運輸巷投入工業性試驗。試驗期間該機運行正常，截割效率高，截割系統和行走系統無故障發生，巷道截割斷面成形好，掘進巷道優良品率為100%。截止到2017 年3 月20 日，累計試驗90 個工作日，掘進進尺1 582.9 m，折合進尺2 256.1 m。其中，第二階段、第三階段實際月進尺分別為573.3 m、657.6 m，折合進尺分別達802.6 m、920.6 m。工業性應用試驗表明，改進后的EBZ150 型掘進機支護效果好，降低了工人的勞動強度，提高了掘進效率，掘進速度大幅度提高。