EBZ-160掘進機機載可調節式前探梁設計與應用

田 波

（北京天地華泰礦業管理股份有限公司，北京 100000）

1949年第一臺懸臂式掘進機在匈牙利問世，經過幾十年不斷改進、發展的歷程。現在世界上掘進機使用已超過幾千臺。有10多個國家、20多家公司和廠商從事懸臂式掘進機設計研究和制造。我國懸臂式掘進機研制，從1965年對HK—3仿制開始，之后經過設計、制造、使用三個單位結合進行多種小型掘進機研制。并定型生產了幾種掘進機。對我國煤礦掘進煤和半煤巖巷道起到重要作用。

1 可調節式前探梁研究的目的和意義

《煤礦安全規程》規定，巷道掘進過程中，必須使用臨時支護。傳統的臨時支護方式一般采用吊環式前探梁沿巷道方向懸掛于頂板處前探空頂區，防止頂板冒頂造成人身傷害事故。這種前探梁支護缺陷為：支撐力不夠，且被動受力，安全可靠性差，不能對空頂區頂板進行支撐力度保護，操作過程復雜，工人勞動強度大等。隨著機械化程度的提高，綜掘機機載前探梁臨時支護也逐漸得到普及。EBZ-160型綜掘機也進行了前探梁設計。通過機載前探梁的使用，優化了臨時支護的工藝，增強了臨時支護的安全性和可靠性，同時極大程度的減小了人的勞動強度。

但是，由于綜掘機機載前探梁設計的缺陷，原EBZ-160型綜掘機機載前探梁具有使用的局限性，僅適用于頂板水平的矩形巷道的掘進，多適用于陜北，內蒙古南部鄂爾多斯地區的進水平煤層。新疆地區煤層賦存多是緩傾斜，傾斜煤層，原機載前探梁并不適用于新疆地區的頂板傾斜或者底板傾斜的梯形巷道，使用時不能起到良好的臨時支護效果。為了解決這一問題，本文將結合實際生產過程中的經驗，對原機載前探梁進行優化升級，增強前探梁的適用性，擴大適用范圍，使其能夠滿足頂板傾斜的矩形巷道的掘進。在新疆地區的傾斜/緩傾斜煤層掘進過程中，起到良好的機械臨時支護效果。

2 可調節式前探梁項目研究現狀

2.1 吊環式前探梁臨時支護

吊環式前探梁臨時支護由吊環、前探梁、背板組成。吊環的加工材料選用Ф14mm的圓鋼、10mm厚Q235高強鋼板；前探梁使用型號為11#的工字鋼加工，長度為4m；背板為長3500mm×寬300mm×厚50mm的木板。巷道全斷面共布置兩根前探梁，間距為2000mm；每根前探梁使用2個吊環安裝到頂板上，前探梁上方使用背板、木楔子與頂板剎實。距最前排永久支護錨桿400mm處的前探梁上方放置一塊背板，背板橫放在前探梁上方，在后排的吊環后方前探梁與頂板之間塞入背板、木楔子，使前探梁最前端、前排吊環前方的背板以及后排吊環后方三處全部接頂嚴實。隨巷道掘進，掘進一個循環，前移一次前探梁，前探梁前移步距與掘進循環進尺相同。

2.2 一般的機載前探梁臨時支護

一般的機載臨時支護裝置通過對掘進機的微小地改造而裝配在掘進機的中上部，通過液壓油缸的推動作用使其可以自由伸縮，在進行臨時支護時將支護大架升起支撐頂板，以便進行永久支護；而在掘進機掘巷時又可以將支護裝置收起，不影響掘進機的正常掘進工作。機載前探梁臨時支護作業程序：①割完煤后，對掘進頭進行敲幫問頂，找掉幫頂的活煤矸；②將網片鋼筋梯固定在機載前探梁上；③控制油缸使前探梁升起④將各油缸推進到合理位置，調整網片鋼筋梯，使機載前探梁吃勁。⑤打孔、上錨桿。⑥施工完永久支護，收起機載前探梁。

2.3 現狀比較

相比較吊環式前探梁臨時支護，一般的機載前探梁臨時支護具有以下優點：①實現了巷道臨時支護的機械化，為建設高產高效礦井奠定了基礎。②能夠適應井下現場惡劣環境，提高了掘進工作面安全保障系數。③保障了煤礦巷道錨桿支護時的時支護的需要。

但是一般的機載前探梁也具有以下缺點：①支護面積不足。②遇到有傾角的巷道或者梯形巷道時無法使用。③控頂頂距離不足。

3 可調節式前探梁項目方案

3.1 結構原理

機載可調節式前探梁臨時支護所示：機載可調節式前探梁工作時，用綜掘機的原站供油，打開六聯操作閥連通至支護的油路，關閉綜掘機的油路，把掩護架前伸出、側架展開，伸縮梁伸縮到合適位置，把支護的鋼帶和頂網放在掩護架上，固定好。操控掩護架到所需要的角度和位置再升掩護架，升到巷道頂板，調整支撐油缸，把鋼筋梯和頂網壓緊在巷道頂板上，在確保安全的前提下進行支護作業。錨網-梁作業完畢后，先把掩護架下降到最低位置，人工折合折疊左、右側架，再收回伸縮梁，合攏掩護架趴伏于綜掘機上為止，把六聯操作閥手柄推向的油路，支護油路關閉，支護控制閥不再工作，綜掘機進行下一工作循環。

機載可調節式前探梁主要結構：①支撐架：分為內外支撐，外支撐采用220*220*10mm方鋼,長1.4m，在方鋼一面割掉比固定支撐千斤頂的耳軸略寬的槽，使支撐千斤頂隨著內支撐的伸縮而抬高、降低。外支撐底端焊接耳軸與推移千斤頂耳環連接，隨著推移千斤頂伸縮外支撐升起、降低。外支撐架下端固定在切割減速機兩側銷軸上，使用鎖片固定。內支撐采用190*190*8mm厚方鋼,長1.4m,內支撐內部頂板焊接耳軸與調節千斤頂活塞桿桿端耳環連接，內支撐外部底板焊接耳軸與支撐千斤頂缸體耳環連接。支撐架其主要功能是起穩固作用，防止調斜千斤頂傾倒。②掩護架：采用160*160*8mm方鋼焊接成平面架,掩護架前端長0.4m、寬2m，掩護架后端長1.6m、寬2m.掩護架下端焊接耳軸與支撐千斤頂活塞桿桿端耳環、內支撐外端焊接耳環連接。掩護架在中間方鋼內部焊接耳軸與伸縮千斤頂缸體耳環連接。主要功能是支撐掩護頂板，防止矸石掉落砸傷施工人員。③伸縮梁：伸縮梁采用120*120*8mm方鋼焊接成平面架,長1.6m、寬1.6m。伸縮梁在中間方鋼內部焊接耳軸與伸縮千斤頂活塞桿桿端耳環連接，其可在伸縮千斤頂的作用下伸縮支護，支護范圍為0-950mm。④側架：側架采用120*120*8mm方鋼焊接成梯形平面，長1.6m、寬0.8m。側架和掩護架用銷軸鏈接，軸套內徑50mm，外徑60mm。使用時手動打開。⑤支撐千斤頂：缸蓋結構型式為卡鍵式，缸筒為中部法蘭連接，不帶緩沖，活塞桿為桿端內螺紋，缸徑為Φ63mm，桿徑Φ45mm，最大行程S=800mm。支撐千斤頂缸頭耳環固定在內支撐架外端底部焊接耳軸上，與內支撐架連成一體，可隨著內支撐架的升高和升高，活塞桿桿端固定在掩護架下端耳軸上，隨著支撐千斤頂的升高可使掩護架收縮，主要功能是支撐掩護架和伸縮梁，防止頂板跨落。⑥推移千斤頂：缸蓋結構型式為卡鍵式，缸筒為中部法蘭連接，不帶緩沖，活塞桿為桿端內螺紋，缸徑為Φ80mm，桿徑Φ55mm，最大行程S=950mm。推移千斤頂缸頭固定在綜掘機切割電機銷軸上，使用鎖片固定推移千斤頂；活塞桿桿端耳環固定在外支撐架外端底部耳軸上、鉸軸連接，推移千斤頂主要功能是輔助支撐千斤頂將前探梁展開。⑦調節千斤頂：缸蓋結構型式為卡鍵式，缸筒為中部法蘭連接，不帶緩沖，活塞桿為桿端內螺紋，缸徑為Φ63mm，桿徑Φ45mm，最大行程S=800mm。調節千斤頂活塞桿桿端耳環與內支撐內部頂板焊接耳軸連接，調節千斤頂缸體耳環固定在切割減速機兩側銷軸上。主要功能是輔助支撐千斤頂，將掩護架調斜和頂板一致的角度，使掩護架能夠密實貼緊，增強支護效果。⑧伸縮千斤頂： 缸蓋結構型式為卡鍵式，缸筒為中部法蘭連接，不帶緩沖，活塞桿為桿端內螺紋，缸徑為Φ80mm，桿徑Φ55mm，最大行程S=950mm。伸縮千斤頂缸體耳環與掩護架在中間方鋼內部焊接耳軸連接，伸縮千斤頂活塞桿桿端耳環與伸縮梁在中間方鋼內部焊接耳軸連接。

3.2 技術參數

①平均無故障（不升井維修）的工作時間不小于3000 h；②適用巷道寬度：3.8m～4.5 m ；③支護超出截割頭距離0.8m，展開3.4m；④系統壓力：16Mpa；⑤額定初撐力1t；⑥折疊后高度100～300mm；⑦頂架可傾斜≤20°，上展：45°；⑧展開時間：70s；⑨臨時支護與綜掘機共用一泵站，無需另加動力裝置；⑽臨時支護不超出綜掘機的有效外限尺寸。

3.3 操作流程

①綜掘機正常掘進工作時，該機載臨時支護裝置折疊收縮于綜掘機切割部減速箱背部。當綜掘機掘進進尺達到一個循環進尺時，停止掘進。②將切割頭落地，操縱機載臨時支護裝置控制閥，使折疊架體、折疊架順利翻轉至切割頭上方空頂區（可人工打開折疊左、右架體，增大支護面積）。③采用錨網+梁支護方式對巷道兩幫進行永久支護。④綜掘機停電閉鎖，使用錨桿鉆機透過液壓臨時支護機對頂板進行永久支護。⑤操縱液壓臨時支護機的控制閥，折疊架回收，使折疊架放平支撐于頂板上。⑥進入下一個掘進循環。

4 項目實施效果及經濟效益

（1）全液壓控制操作，機械化程度高，支護快捷，安全可靠

（2）實現了綜掘機與臨時支護有機結合，增加綜掘機的綜合功能，縮短了支護時間，由人工支設前探梁支護6人30min完成的工作量，用機載支護只需要70s，大大的減少了支護時間，提高了巷道掘進效率。

（3）綜掘機掘進作業時將臨時支護折疊收縮至掘進機截割蓋板上面，最大程度縮小外限尺寸，不干擾綜掘機截割、裝載作業及司機的操作視線。

（4）操作簡單，大大減輕了工人勞動強度，減少了現場操作人員數量，提高了工效。

（5）采用油缸對頂板施加一定的初撐力，達到主動受力、主動支撐，使頂板處于安全支護狀態；

（6）綜掘機與支護工作互鎖，確保整機的操作安全性。

（7）采用整體頂架設計與頂板面接觸，支護面積大，能有效地對空頂區進行支護。

（8）前支撐部位屬伸縮式、兩側支撐部位屬折疊式，防止切割巷道時支護碰頂板碰側邦，伸出時保證支護裝置可達到一定的支護高度及支護面積;縮回時減小了體積。

（9）對空頂區支護時，操作人員在安全區操作，避免了人員進入空頂區，增加了安全性。

（10）頂板架部分為框架結構，其結構與錨桿的間距、排距相吻合，方便錨桿、鋼筋梯和頂網的固定。

（11）結構件用高強材料、強度高、承受力大、體積小、使用壽命長。

（12）裝卸、維修、維護方便。

（13）機載臨時支護具有前后左右伸縮折疊、支撐面積調整、高低調整、可調傾斜角度功能，支護時可以適應各種巷道。

5 結語

機載可調節式前探梁，配合綜掘機形成自動支撐臨時支護體系，既縮短了空頂時間，又減輕了職工的勞動強度，更加安全、可靠，有效地起到了對頂板進行預應力支撐作用，避免了空頂作業，縮短了循環作業時間。不僅解決了復雜地質條件下綜掘巷道臨時支護復雜及安全性差的難題，也解決了機載支護不適用于梯形巷道的問題。支護作業時工人有安全保障，消除了頂板事故的安全隱患，其社會效益是十分顯著，值得推廣。