關(guān)于煤礦用EBZ260M-4掘錨一體機(jī)的改造及應(yīng)用研究

杜 可

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部長(zhǎng)平煤業(yè)，山西 高平 048411）

引言

隨著國(guó)家對(duì)煤礦資源的大量開(kāi)采，越來(lái)越多的煤礦設(shè)備被成功應(yīng)用到了煤礦的開(kāi)采作業(yè)中。礦用掘進(jìn)機(jī)和錨固鉆車(chē)則是煤礦中的關(guān)鍵設(shè)備，已在煤礦開(kāi)采中得到了廣泛應(yīng)用[1]。但隨著市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)的日益嚴(yán)峻，提高掘進(jìn)機(jī)設(shè)備的工作效率，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能化操作和控制，已成為當(dāng)前對(duì)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造的重要方向[2]。為此，以長(zhǎng)平公司掘進(jìn)工作面為分析對(duì)象，重點(diǎn)對(duì)該工作面中應(yīng)用的EBZ160型掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及存在問(wèn)題進(jìn)行了分析，從設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸及結(jié)構(gòu)組成、刮板鏈距離等方面，開(kāi)展了EBZ260M-4掘錨一體機(jī)的升級(jí)設(shè)計(jì)和實(shí)際應(yīng)用測(cè)試，驗(yàn)證了掘錨一體機(jī)的可靠性及可行性，這對(duì)開(kāi)展煤礦的升級(jí)改造設(shè)計(jì)提供了重要指導(dǎo)，具有重要的實(shí)際價(jià)值。

1 作業(yè)工作面當(dāng)前現(xiàn)狀分析

以長(zhǎng)平公司掘進(jìn)工作面為分析對(duì)象。該工作面主要分為3號(hào)煤巷和底抽巷兩類(lèi)，采用了兩種不同的掘進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)線。其中煤巷采用了EBZ150(160）掘進(jìn)機(jī)+CMM2-15（20）鉆車(chē)；底抽巷采用了EBZ200（260）掘進(jìn)機(jī)+180 N·m液鉆，兩種掘進(jìn)生產(chǎn)作業(yè)線主要存在：工作面設(shè)備多、機(jī)械化程度不高、工作勞動(dòng)強(qiáng)度大、設(shè)備管理難度大、作業(yè)工序不連續(xù)等缺點(diǎn)，距離長(zhǎng)平公司“快掘”的目標(biāo)有較大差距。基于以上現(xiàn)狀，在多方調(diào)研和數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有的EBZ160綜掘機(jī)進(jìn)行了升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了掘、錨二合一的快速掘進(jìn)裝備，初步達(dá)到了煤巷掘進(jìn)“安全、達(dá)標(biāo)、高效、文明”四方面的變化。

2 現(xiàn)有EBZ160型掘進(jìn)機(jī)特點(diǎn)分析

2.1 掘進(jìn)機(jī)概述

EBZ160型掘進(jìn)機(jī)是煤炭科學(xué)研究總院山西煤機(jī)裝備有限公司最新研制的一種重型掘進(jìn)機(jī)，用于煤巷、半煤巖巷或巖巷掘進(jìn)。該機(jī)多項(xiàng)技術(shù)屬?lài)?guó)內(nèi)外領(lǐng)先的新技術(shù)和創(chuàng)新技術(shù)，代表了國(guó)內(nèi)掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。EBZ160型掘進(jìn)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由機(jī)前部、機(jī)后部、驅(qū)動(dòng)裝置、邊雙鏈刮板、張緊裝置和脫鏈器等組成[3]，經(jīng)濟(jì)截割硬度f(wàn)≤9，適用于各種類(lèi)型底板，坡度±18°的煤礦巷道掘進(jìn)，也可用于鐵路、公路、水利工程等隧道施工。該機(jī)主要由截割部、第一運(yùn)輸機(jī)（刮板輸送機(jī)）、左右行走部、機(jī)架、回轉(zhuǎn)臺(tái)、液壓系統(tǒng)、水系統(tǒng)及機(jī)載除塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成，如圖1所示，主要特點(diǎn)是整機(jī)噸位大、截割硬度高、截齒損耗小、機(jī)器穩(wěn)定性好、除塵效率高、操作臺(tái)人性化設(shè)計(jì)、操作方便、可靠性高等。第一運(yùn)輸機(jī)采用低速大扭矩液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)，在液壓回路上設(shè)有安全閥，即使有大的巖石卡在龍門(mén)上也不會(huì)造成機(jī)器的損壞，刮板鏈條的張緊是通過(guò)在輸送機(jī)機(jī)尾部的張緊油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)的

圖1 EBZ260掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)組成示意圖

2.2 存在問(wèn)題分析

EBZ260掘進(jìn)機(jī)截割出矸過(guò)程為巖石通過(guò)掘進(jìn)機(jī)鏟板星輪自行裝載，再經(jīng)過(guò)一運(yùn)、二運(yùn)轉(zhuǎn)載到膠帶輸送機(jī)上實(shí)現(xiàn)將矸石外運(yùn)，但經(jīng)常因矸塊卡在第一運(yùn)輸機(jī)刮板與大鏈下方，導(dǎo)致掘進(jìn)機(jī)一運(yùn)卡鏈、運(yùn)轉(zhuǎn)不良，增加掘進(jìn)過(guò)程中的出矸難度，延長(zhǎng)正規(guī)循環(huán)作業(yè)時(shí)間，影響正常生產(chǎn)進(jìn)度，第一運(yùn)輸機(jī)液壓馬達(dá)長(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，大大減少了馬達(dá)正常使用壽命，同時(shí)刮板、鏈條、連接環(huán)和溜槽等其他掘進(jìn)機(jī)部件磨損也明顯增加，為掘進(jìn)機(jī)的日常檢修維護(hù)增加了工作量[4]。

3 掘錨一體機(jī)的設(shè)計(jì)

結(jié)合當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)的使用現(xiàn)狀及存在問(wèn)題，為實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦的高效率開(kāi)采，降低設(shè)備故障率，通過(guò)對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)及尺寸改進(jìn)，設(shè)計(jì)了EBZ260M-4型掘錨一體機(jī)，具體如下。

3.1 結(jié)構(gòu)尺寸改進(jìn)

將掘進(jìn)機(jī)中前端的截割部直徑由980 mm縮短至500 mm；同時(shí)，由于當(dāng)前掘進(jìn)機(jī)無(wú)遙控功能，故在電氣系統(tǒng)中增加了遙控功能，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備截割、鏟板、行走、星輪輸送、后支撐遠(yuǎn)程遙控等操作，遙控距離可達(dá)50 m[5]。改造鏟板部（改造前2.8 m，改造后3.2 m），新增了移動(dòng)式鉆臂操作平臺(tái)和機(jī)載式臨時(shí)支護(hù)平臺(tái)，臨時(shí)支護(hù)平臺(tái)的最大支撐高度為5 m，支撐力為20 kN；設(shè)計(jì)面板切換閥實(shí)現(xiàn)截割系統(tǒng)和錨鉆系統(tǒng)的功能互鎖。另外，前后鉆臂也由原來(lái)的各1臺(tái)增加至前后各2臺(tái)。改造后的EBZ260M-4型掘錨一體機(jī)結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 EBZ260M-4型掘錨一體機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3.2 刮板間距改進(jìn)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際多次觀察、試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)改變刮板間距能夠有效解決鏈條的卡鏈問(wèn)題，原EBZ260機(jī)組第一運(yùn)輸機(jī)采用7環(huán)鏈，在實(shí)際使用過(guò)程中卡鏈現(xiàn)象頻繁發(fā)生，根據(jù)理論結(jié)合實(shí)際分析，將7環(huán)鏈通過(guò)裁剪成為5環(huán)鏈，如圖3所示，機(jī)組在運(yùn)矸過(guò)程中卡鏈現(xiàn)象明顯降低，運(yùn)輸效率顯著提高。

圖3 改造后的刮板鏈5環(huán)鏈?zhǔn)疽鈭D

3.3 輔助液壓油缸選型設(shè)計(jì)

一旦運(yùn)輸機(jī)鏈條卡鏈不動(dòng)時(shí)，就需將運(yùn)輸機(jī)上的矸石卸掉，但只能將運(yùn)輸機(jī)前部1.5 m和尾部2 m內(nèi)的矸石清除，中間4.5 m內(nèi)的矸石無(wú)法清除，而且這種方法速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，處理過(guò)程中也可以使用工字鋼壓刮板鏈組的方法將矸石卸掉，但是這種方法需要在掘進(jìn)機(jī)帶電情況下處理，操作人員安全沒(méi)有保證，不宜采用。

因此，可在運(yùn)輸機(jī)前部增加一個(gè)液壓輔助油缸，一端固定在運(yùn)輸機(jī)溜槽上，用另一端頂運(yùn)輸機(jī)刮板鏈組，給鏈組施加一定的外力使鏈組一點(diǎn)點(diǎn)向前移動(dòng)，就能將運(yùn)輸機(jī)上的矸石卸掉，這樣就會(huì)即安全又便捷，還能減少人員勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)查閱資料和計(jì)算，得出了液壓油缸的基本參數(shù)，具體如下[6]：

1）輔助液壓油缸要有一定的行程，還必須有足夠的推力；油缸行程為800 mm；油缸缸徑為80 mm；

2）油壓P壓=2.5×106Pa（可通過(guò)調(diào)壓閥調(diào)節(jié)）；

3）正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)刮板機(jī)馬達(dá)輸出給鏈條最大拉力F拉=4.5×104N；

4）油缸推力F推=3.14×（1/2×0.8）2×2.5×106=10×105N。

油缸推力為刮板機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)鏈條的最大拉力22倍（可以根據(jù)實(shí)際調(diào)節(jié)）油缸通過(guò)10 mm高壓油管連接到刮板機(jī)漲緊油缸油管上，為了保證安全不使用時(shí)將截止閥門(mén)關(guān)閉，防止誤動(dòng)作。故可根據(jù)此計(jì)算參數(shù)，選擇市場(chǎng)上成熟的液壓油缸，以滿(mǎn)足掘錨一體機(jī)的實(shí)際運(yùn)行需求。

4 改造后應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

為進(jìn)一步驗(yàn)證改造后的EBZ260M-4掘錨一體機(jī)整體運(yùn)行效果，由綜掘六隊(duì)負(fù)責(zé)，將設(shè)備進(jìn)行了為期4個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用測(cè)試。在測(cè)試過(guò)程中，EBZ160M-4掘錨一體單班最高進(jìn)尺5 m，日最高進(jìn)尺8 m，月最高進(jìn)尺216 m，平均每天進(jìn)尺7 m，月進(jìn)尺和日單進(jìn)均創(chuàng)長(zhǎng)平礦巖巷掘進(jìn)新紀(jì)錄。EBZ160M-4掘錨一體集截割、臨時(shí)支護(hù)、永久支護(hù)、探放水性能于一體，相比傳統(tǒng)的掘進(jìn)工藝，不但節(jié)省了人工抬運(yùn)液鉆的時(shí)間，機(jī)載臨時(shí)支護(hù)更能有效控制空頂，而且在支護(hù)上更大程度地實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，有效提升了支護(hù)質(zhì)量及支護(hù)效率。同時(shí)，將原綜掘機(jī)+鉆車(chē)的設(shè)備合二為一，降低了設(shè)備管理難度；一體機(jī)遙控操作，割煤簡(jiǎn)單，提升了50%效率。