EBZ220H掘進機錨護功能的升級改造

毋 凡

（晉能控股裝備制造集團，山西 晉城 048006）

1 項目背景

目前國內煤礦采掘關系緊張的主要矛盾點體現在掘進速度低于回采速度，而影響掘進速度的主要原因是支護速度慢，主要表現在臨時支護和永久支護慢。因此為提高掘進效率，拓展掘進機向多功能發展，對現有掘進機進行掘、護、錨一體化改造，做到掘支平行作業，可實現掘進裝備的技術升級，大大減輕工人勞動強度[1-2]。

2 EBZ220H掘進機組改造思路

EBZ220H型掘進機主要以煤礦半煤巖、大斷面煤巷、磷礦、石膏礦、地鐵隧道等巷道掘進的實踐經驗為基礎，采用多種新技術研制而成的一種以中硬巖為對象，適合于大斷面巷 道掘進的重型掘進機。主要由截割機構、鏟板部、輸送部、行走機構、機身、液壓系統、水系統、電氣系統及機載除塵系統組成。

通過對掘進機、錨桿鉆機、臨時支護集成一體化技術研究，在不影響整機性能的條件下集成錨桿鉆機、臨時支護、作業平臺，對EBZ220H掘進機進行升級改造，具體改造思路包括：

1）在現有EBZ220H基礎上對整機總體結構與鉆機布置進行研究，充分考慮各部件間的匹配度和結構合理性，不影響機組本身的性能。

2）研究合理的支護系統，通過2臺前部機載鉆臂、2臺后鉆和預留2臺機載手持液壓鉆接口的模式，實現頂幫錨桿同時支護、上下幫錨桿同時支護。鉆臂需滿足360°旋轉施工的能力，實現工作面錨桿、錨索孔及迎頭探測孔的機械化施工。

3）在機身兩側設計可前后伸縮的滑移機構，滑移機構根據機組長度進行合理設計，保證不影響正常截割，同時滑移機構推出后應達到零空頂距要求。

4）研究臨時支護機構，支撐力大于20 kN，矩形可側伸的臨時支護形式，保證接頂支護面積符合礦使用要求。臨時支護裝置與站人操作平臺一體設計，方便作業人員施工。

5）研究可實現定位及拆裝鉆桿的新型推進器，推進器油路集成化設計，使施工定位準確，拆換鉆桿便捷。

6）研究掘支互鎖的控制模式，從液壓及電氣雙重閉鎖，保證施工的安全性。

7）研究錨索張拉增壓機構，實現錨索施工的快速張拉。

3 掘進機具體改造措施

本次改造方案盡可能保留EBZ220H掘進機原裝部件，包括截割機構、行走機構、現有液壓系統等保留。在截割臂上端加裝臨時支護系統；機體部兩側加裝平臺用于裝配控制前鉆臂機構運動的伸縮滑道；后支撐部左右兩側加裝后鉆臂機構，并加大支腿接地面積及油缸行程；為匹配機體部改造，調整鏟板寬度及一運小溜長度；增加外噴霧及錨索張拉增壓等功能；為新增功能匹配合適液壓及電氣系統相關元器件及程序，見圖1。

圖1 改造后掘進機結構圖

3.1 改造原掘進機主要部件

在原機組機身左右兩側加裝平臺，用于裝設兩套滑道伸縮裝置。為了匹配機身新寬度，將鏟板加寬，同時在連接大架與后支撐部中間增加過渡梁，用于機體加長，增長一運輸送部溜槽長度，保持與二運轉載的相對位置。最后為了調整重心前傾問題，加長后支撐油缸行程并增大接地面積，從而更好地適應不同工況。

3.2 加裝臨時支護系統

臨時支護系統加裝在截割臂上部位置，分站人操作平臺及臨時支頂框架兩部分。站人操作平臺，通過鎖緊螺栓被固定在截割臂結構件上方，方便錨鉆操作人員站立其上，對頂、幫不同位置進行錨鉆作業；臨時支頂框架，通過銷軸、油缸與站人操作平臺相連。通過調角油缸可以調整站人操作平臺與巷道底板間角度，方便操作人員在水平位置更好發力；升降油缸可以調整臨時支護框架高度，使得框架能適應不同巷道頂板高度，有效保護下方操作人員安全作業。

3.3 加裝鉆臂系統

鉆臂系統包括左右兩側的伸縮滑道、前鉆臂組件及后鉆臂組件三部分。滑道伸縮裝置用于前鉆臂組件的前后整體位移。當掘進作業時，前鉆臂組件整體收縮至滑道最后端，完全不干涉機組正常截割、運輸作業。當支護作業時，前鉆臂組件移動至前端，配合鉆臂組件自帶的調角油缸、旋轉油缸，可實現360°全方位打孔，滿足了礦方零空頂永久支護的要求。此外，在機身兩側還預留了兩組手持液壓幫鉆接口，方便礦方后續錨鉆工藝流程的優化。

前鉆臂組件分布于左右滑道伸縮裝置上，呈對稱布置，分別由滑軌裝置、鉆臂機構、機載錨桿鉆機組成。截割作業時，左右鉆臂位于回轉座后方，不影響截割部的左右回轉，不干涉機組的截割作業。待機狀態不影響截割機構的左右擺動和上下升降。支護作業時，鉆臂裝置被推送至迎頭，通過全方位360°旋轉可實現工作面頂幫不同高度、各種角度的錨桿孔、錨索孔、炮眼孔的高效機械化施工。

后鉆臂組件分布于機尾左右，為懸臂式結構，通過調角油缸及旋轉油缸位置調整進行補打低位錨桿作業。調角油缸可以調整后鉆臂組件的鉆孔高度，旋轉油缸可以調整鉆孔在同一高度的左右傾角。

3.4 加裝錨索張拉系統

錨索張拉增壓機構裝配在機身后部，主要由液壓泵、雙向千斤頂、高壓膠管及壓力表等組成，具有結構簡單、使用安全、易于維修、經久耐用等特點，與張拉千斤與液壓剪配合使用，是一種能夠快速完成井下錨索張拉施工的高效設備。

3.5 改造液壓系統

改造后的液壓系統驅動兩臺負載敏感柱塞泵，將壓力油分別送到截割部、鏟板部、輸送部、行走部、后支承部、錨鉆部及推進器的各液壓馬達和油缸，來完成各部件的動作，具體內容包括：

1）主系統增加高精度過濾器，保證系統油液清潔，提高可靠性；

2）為錨鉆及支護系統增設多路換向閥，保證鉆錨系統與掘進機系統獨立，液壓互鎖；

3）為增設的液壓支路匹配相應多路換向閥、安全閥、節流閥等配套液壓元件；

4）配置新的液壓管路及接頭，并重新規劃管路布局；

5）增大油箱容積，使得其滿足新增功能正常工作所需。

4 機組在井下的實際應用情況

改造后的掘錨護一體化機組井下試驗了一段時間后，機組滿足改造前所規劃的各項技術要求，能大幅提升掘進過程的生產效率，但也遇到了一些問題。因是掘進機改造項目，錨鉆設備的布置考慮到所適應的巷道，布置于機身左右外擴平臺上，而錨鉆操作人員只得站立于前鉆臂與截割臂中間，考慮到操作人員安全及鉆臂在運動過程中，不能與截割臂發生碰撞，因此錨鉆系統的活動范圍被限制，一些特殊位置的頂錨、幫錨孔需要移動機組才能實現。

新增的功能部件大部分集中在機組前端位置，這就不可避免地造成了機組重心前移。因此在日常移機過程中，移動速度有所犧牲，機身在移動過程中的晃動幅度也有所增大。

5 結語

本項技術改造有效解決了煤巷掘進作業掘支不平衡的問題，大大提高了煤巷掘進過程中的工作效率和安全系數，響應了國家對礦山“減人增效”、“安全礦山”的要求，對促進我國煤炭生產的可持續健康轉型發展有著重要的意義。