煤礦掘進機大角度拐彎裝備技術研究與應用

范紅斌 畢圣昊

（1.山西潞安環保能源股份有限公司常村礦，山西 長治 046200；2.遼寧工程技術大學 系統工程研究所，遼寧 葫蘆島 125105）

煤礦巷道開口是煤礦巷道掘進過程中一項比較麻煩和復雜的工作[1-5]，煤礦巷道開口常常是大角度或者垂直轉向開口。由于開口施工的非正規性和條件的多變性，通常采用人工開口，開口效率非常低，工人勞動強度大。近幾年，一些煤礦隊組采用掘進機開口轉彎掘進，有效地提高了掘進效率[6]。但目前各種掘進機在設計和制造中，僅考慮直線掘進或拐彎角度較小情況下掘進，在大角度情況下掘進工作困難。因此對煤礦掘進機大角度拐彎設備技術的研究，具有重要的技術價值和良好的經濟效益。

1 礦井掘進情況

常村煤礦掘進工作面瓦斯高，不允許炮掘開口，只能采取人工風鎬開口，煤礦巷道開口存在問題較多，例如開口效率低、安全性差、用人多、工人勞動強度大等。表1 為某巷開口掘進方式及進度情況。

從表1 可得，目前煤礦巷道掘進效率低，特別是人工風鎬開口的效率最低，工人勞動強度較大。常村礦一共有十幾個掘進隊，每個隊月掘進進尺在300 m 左右，年掘進進尺在3000 m 以上，全礦年掘進進尺在萬米以上。在巷道掘進中，常常有很多巷道需要開口，巷道開口的角度也不盡相同，有45°開口，有90°開口，甚至135°開口，開口角度的增大給煤礦巷道開口帶來更多問題和更大難度。

2 掘進機大角度拐彎裝備技術

2.1 相關裝備介紹

為了井下安裝試驗，選擇EBZ160 掘進機為研究配套機型。EBZ160 掘進機刮板輸送機位于掘進機機體中部，為邊雙鏈刮板式運輸機，運輸機分前溜槽、后溜槽，前、后溜槽用M20 高強度螺栓聯接，運輸機前端通過銷軸與鏟板部連，后端與后支撐鉸接。刮板運輸機驅動裝置通過液壓馬達直接驅動鏈輪，帶動刮組實現物料運輸，驅動裝置主要由驅動架、馬達、輸入軸中間軸、馬達座、鏈輪等組成。

與EBZ160機配套的轉載皮帶機為800皮帶機，最大長度約16 m，機頭架與機尾架直接連接的長為4 m，常規中間架長度為3 m，最大總重量3.5 t 左右。其皮帶架內寬990 mm，外寬1090 mm，機尾滾筒直徑200 mm，機尾架高280 mm，機尾連接板為二立板，通過立銷和燕尾架夾頭與掘進機機尾連接柱連接，連接柱上立孔直徑為72 mm，連接銷直徑為70 mm。

本裝備安裝過程為掘進機刮板機通過改進后的連掛裝置與轉載皮帶機相連，其改進連掛裝置如圖1，其中轉載機機架可以一個轉軸為中心上下搖擺，并將水平旋轉的立軸放在轉載機機架下，加大掘進機刮板機與轉載皮帶機的可轉動角度。

圖1 掘進機刮板機與轉載皮帶機的改進連掛裝置

2.2 裝備技術原理

以幾何學理論和運動學理論對該研究設計進行分析，研究出一種實現掘進機大角度拐彎開口掘進的一種基本機理，機理為“后部運輸機機尾以前部運輸機的落煤拋物線的垂直中心為其旋轉中心”，其工作原理如圖2。

圖2 掘進機大角度拐彎裝備工作原理

當掘進機刮板機（一運）在額定速度運行時，以一運機頭煤流落到轉載皮帶機（二運）上的近似長方形中心垂直中心線作為二運機尾水平旋轉的垂直中心線，同時在滿足二運皮帶機接煤皮帶寬度大于一運煤流長方形對角線長度的條件下，當二運與一運相對水平旋轉不發生干涉時，就能夠實現掘進機與二運之間的大角度拐彎與煤炭的正常轉載。通過改進，實現掘進機與轉載皮帶機（二運）之間的正負100°位置拐彎。

3 應用效果及應用效益

該掘進機大角度拐彎裝備在常村煤礦N-3 軌順巷進行了工業性試驗，試驗結果為該設備可正常工作，轉載皮帶機（二運）能夠實現正常拐彎，并能夠與掘進機刮板機（一運）很好地對接，使掘進機截割煤炭后能夠通過一運和二運順利運出。

3.1 經濟效益

經過初步計算，使用該技術裝備進行開口，效率可達到每個小班掘進巷道2～3 排，是人工風鎬開口的4～6 倍。開口15 m 可以減少掘進時間4 d 左右，節省工數40 個左右，按照每個工數工資為400 元計算，開一個口可以節省資金1.6 萬元。我國一年約有10萬個新開口，若該技術應用于我國所有礦井，可節約資金16 億元。

3.2 安全效益

研究和實現掘進機大角度拐彎開口技術和裝備技術，該設備可在正負100°位置拐彎，能夠替代人工風鎬開口和炮掘開口，提高掘進大角度拐彎開口工作效益的同時，也減輕了工人的勞動強度，降低了工人受傷的風險，進一步保證了工人的安全與健康。

4 結論

以往掘進機只能直線掘進或拐彎角度較小情況下掘進，不能在大角度巷道拐彎掘進，具有較大局限性。通過對掘進機大角度拐彎裝備技術的研究，使得掘進機與轉載皮帶機（二運）之間能夠進行正負100°位置拐彎，并在掘進機大角度拐彎開口時，一運機頭煤炭大部分能夠落在轉載皮帶機（二運）皮帶上，滿足轉運生產要求。該裝備技術提升了掘進機拐彎開口的角度，提高了掘進效率，降低生產開支費用，減輕人工勞動強度和減少人員傷亡，為掘進工作安全與高效生產提供了技術保障。