基于掘锚一体化技术的山特维克掘锚机应用研究

刘鹏飞

(山特维克矿山工程机械贸易有限公司,北京市朝阳区,100027)

★煤炭科技·机电与信息化 ★

基于掘锚一体化技术的山特维克掘锚机应用研究

刘鹏飞

(山特维克矿山工程机械贸易有限公司,北京市朝阳区,100027)

分析山特维克掘锚机在国内应用现状及其电气、液压、水系统特点和其他机械特征,得出山特维克掘锚机在技术层面的优势;根据当前我国矿井开采条件,分析掘锚机在我国的广阔应用前景。

掘锚一体化 掘锚机 山特维克 快速掘进

AbstractWith domestic application status of SANDVIK bolter miner introduced,it becomes clearer that SANDVIK bolter miner based on cutting and bolting integration technology is effective and wide applicability.Moreover,the electrical,hydraulic,cooling water spray system and other mechanical features are also analyzed.It can thus be seen that SANDVIK bolter miner provides obvious technical advantages.It is concluded that SANDVIK bolter miner will have a bright future in China on account of the mining conditions in coal mines of this country.

Key wordscutting and bolting integration technology,bolter miner,SANDVIK,highspeed heading

随着现代煤矿开采技术的不断发展,对采煤设备也提出了越来越高的要求,一方面要采用高速高效的掘进技术来保证生产能满足实际需求,另一方面要保证工作人员的安全与良好的工作环境。这样的要求在很大程度上决定于所采用的掘锚设备。纵观国内外掘锚技术的应用,不难发现,掘锚一体化技术已是现代采煤技术发展的必然趋势。而山特维克公司推出的集机、电、液技术于一体化的MB650、MB670等掘锚机恰恰符合这种应用需求,其自动化程度能满足现代矿井快速掘进要求。图1为山特维克掘锚机外形。

图1 山特维克掘锚机外形

1 应用现状

山特维克掘锚机在全球应用广泛,主要销于澳大利亚,英国,美国,波兰,德国以及南非等地区。在我国山特维克掘锚机应用已相当成熟,并已取得煤矿安全 (MA)认证。目前我国已有山特维克掘锚机近40台,使用情况如图2所示,主要应用于神华集团、宁煤集团、鲁能集团、兖矿集团、陕煤集团、淮南矿业集团等。

图2 山特维克掘锚机在国内使用情况

从目前使用情况来看,由于采用掘锚一体化施工,成巷速度可提高60%以上,掘锚一体化施工循环时间一般在30 min以内,可实现日进尺40～50 m,平均月进尺1000～1200 m。另外,由于掘锚机可及时锚护暴露顶板的,可以大幅提高锚护质量,改善井下作业环境,对井下作业的安全性系数有很大提高。除此之外,山特维克可根据客户要求,在保持机器原有性能的基础上来设计掘锚机的截割宽度和高度,使其能够符合相应的巷道掘进要求。同时,用户可以根据现场条件,定制掘锚机的使用件。例如MB670-170配有一套可将截割宽度为5 m的截割部件转换为5.4 m的备件,只要用户需要,可随时更换。另外,在维护良好的情况下,山特维克掘锚机可保持较低的故障率,使得其符合煤矿行业连续性开采的作业要求。这些使得山特维克掘锚机在国内应用愈来愈广。

2 技术特点

山特维克掘锚机集截割、装载运输以及打锚杆功能于一体,并采用了可伸缩截割头式的截割滚筒。为实现掘锚一体化,在截割滚筒连同运输机向前推进割煤的同时,4台顶锚杆机与2台帮锚杆机可实现全方位的锚杆支护。同时,为了最大程度的改善工作环境,掘锚机配有机载除尘系统与水喷雾系统。另外,机电液一体化技术的应用,使掘锚机可以实现最大程度的自动化作业。

2.1 掘锚机电控系统

掘锚机电气系统负责监控机器的运转情况,并配有相应的安全保护回路,实现井下作业的最大安全保证。掘锚机电气系统具有如下特点。

(1)专家系统与故障诊断。掘锚机通过自身安装的精确传感控制系统,包括掏槽、截割位移传感器,压力流量开关,油温油位传感器等对系统进行实时监测,并通过CAN总线实现数据高速传输,经过处理器对数据的处理,专家系统可以将系统运行参数与机器标准数据以及以往维修使用情况相比较,从而对机器的健康状况进行诊断,也可以对特定错误、系统方案作出风险评估。

(2)远程遥控系统。无线遥控系统主要由接收监控单元与无线遥控器单元组成。接收监控单元集成于机载控制系统中,用于接收遥控器发出的无线信号并对其进行解码,进而传输到处理器单元。无线遥控单元发出的无线电信号经过处理,来控制电磁阀以及继电器的动作,进而实现掘锚机的各种功能。远程遥控系统不仅易于实现控制,而且可最大程度地保证操作人员的安全。

(3)负载控制系统。系统通过对掏槽和截割电流的监测,根据工作面情况调整掏槽和截割速度,使掘锚机在不同工况下以最优化参数进行工作。并通过位置传感器监测截割头位置,从而实现安全控制并实时支护。

(4)外围安全保护系统。由于各部分工作装置均采用大功率电机驱动,系统采用高压供电,因此需要有安全可靠的外围保护系统确保系统与维护操作人员的安全。系统各级电压都安装有漏电保护装置。各个电机回路均配有过热保护、过载保护以及漏电保护装置。系统通过监测电机回路状态,对各回路实现实时控制。

2.2 液压系统

掘锚机液压系统由执行油缸控制回路、行走与锚护控制回路以及旁通过滤回路组成。执行油缸控制回路主要负责控制截割臂系统、各个油缸运动以及润滑泵。行走驱动控制回路主要负责行走、顶支护以及锚杆系统,此回路可进行两种功率切换来实现给锚杆和行走系统提供动力。旁通过滤回路用来过滤和冷却整个系统。

图3 负载敏感控制回路

(1)负载敏感控制系统。负载敏感系统使用的变量柱塞泵的排量和压力是可控的。负载敏感控制装置通过负载压力来驱动流量调节装置并使泵的输出流量与执行装置要求的流量相匹配,这意味着系统仅产生执行装置所要求的液压驱动力-负载敏感原则。图3为负载敏感控制回路模型。系统所要求的压力区间可以通过流量调节装置来设置。压力控制装置使控制压力与液压系统中泵的控制压力范围一致。

(2)电液比例控制系统。为实现低延时、高精度的稳定控制,掘锚机截割头与行走马达的功能操作采用了电液比例先导控制。控制原理为通过电流比例控制先导阀来实现对主阀芯的比例控制,控制电流通过比例电磁阀转变为控制压差,从而决定阀的流量。

(3)液压安全系统。为防止由于系统故障而紧急关闭液压泵后可能出现的意外,保证在液压马达完全停止运转前停止所有机械运动。每台泵的回路都包含安全控制阀,用于在出现紧急停止状态时切断泵的负载敏感信号。机器的任何功能只能在同时开启了相关阀芯和安全回路的情况下才能开启。从而提高了机器功能部件紧急关闭情况下的安全标准。另外,为实现负载安全控制,系统安装有反平衡阀,用于控制负载在泵动作之前的运动。它们锁定负载在任意位置而不自行移动,并打开中央控制阀提供静态过载释放和热膨胀释放。

2.3 除尘及冷却系统

掘锚机采用开式水冷却喷雾系统,液压系统可以通过液控水阀实现对水系统的控制。水系统通过压力开关和流量开关来实现水压力和流量的控制,一方面足够的水喷雾保证良好的工作环境,最大程度地降低空气中的粉尘;另一方面保证有足够的水来实现电机和液压系统的冷却,保证系统的正常工作。另外,除尘系统增设了结合矿山机械技术规范而设计的湿式除尘风机,实现含尘空气的清洁,极大地提高了煤矿环境安全标准,保障了工作人员的健康,MB670机载除尘系统如图4所示。

图4 MB670湿式除尘系统

2.4 掘锚机其他技术特征

除以上具有良好性能的3大控制系统外,掘锚机自身还具有如下特点:

掘锚机截割齿轮箱采用直齿轮-圆锥齿轮-行星轮驱动装置,可实现大功率低转速截割,可将截割过程的粉尘降到最低,也可保证较快地截割进度,一次掏槽深度可达1000 mm。另外,掘锚机利用掏槽油缸实现掏槽,故不需要移动履带,所以不会对地板造成破坏。在截割滚筒之后临时支护装置对顶板及时支护,此时锚杆机工作平台完全处于液压顶篷安全保护之下,可有效保护操作人员安全。而且,系统带有全自动润滑系统,可对不方便人工润滑的地方实现自动润滑,大大减小了维护工作量。

3 掘锚机应用趋势

我国许多煤矿顶板管理较为困难,存在煤层深、压力大、岩石突出等问题,因此巷道掘进时需保持较小的空顶距,以保证作业安全。山特维克掘锚机在煤巷及半煤岩巷道快速掘进,提高锚杆支护效果以及改善作业环境等方面具有很大的技术优势,尤其是在顶板条件不太好的单巷道掘进过程中,更能体现其良好的应用性能。因为采用掘锚一体化施工,可保证空顶距在0.75～1.4 m,锚杆在顶板暴露后及时安装,使锚杆支护质量大幅提高,支护效果显著改善。采用掘锚机施工,巷道成型好且能够改善锚杆支护作业环境和安全。随着矿井开采的深入,采掘深度会越来越深,掘进条件也会越来越差,根据掘锚机目前的使用情况以及技术特点,不难发现其将具有更广阔的应用前景。

总结近几年掘锚机在我国的应用情况,掘锚一体化成为煤巷快速掘进的发展方向,而山特维克掘锚机的技术特点很大程度上可满足这种发展趋势,随着采煤技术的继续发展,以掘锚机为核心的快速掘进技术必将为推广现代化矿井安全、高效、集约化生产模式起到巨大的推动作用。

[1]高英,李志强,杨保良.掘锚一体化技术在我国煤巷快速掘进中的应用 [J].巷道掘进,2007

[2]李掌印.奥钢联掘锚一体机在中国煤矿的应用 [J].中国煤炭,2005(9)

[3]苏晓辉,付建卓.掘锚机在矿井煤巷快速掘进中的应用 [J].煤矿机械,2007(7)

(责任编辑 张艳华)

An application research on SANDVIKbolter miner based on cutting and bolting integration

Liu Pengfei
(Sandvik Mining and Construction Co Ltd,Underground Mining Segment,Chaoyang District,Beijing 100027,China)

TD421.24

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刘鹏飞 (1984-),男,硕士学历,2009年毕业于中南大学机械电子工程专业,现任山特维克售后服务工程师。