低矮型小断面岩巷掘进机的研制

摘 要：提出了一种低矮型岩巷掘进机结构的优化方法，在不改变截割性能的条件下降低掘进机的高度，减小其宽度，使其适用于小断面岩巷的掘进工作中，从而进一步提高劳动效率，解决小断面岩巷掘进机械化开采程度低的问题。

关键词：小断面；岩巷；掘进机；截割性能

中图分类号：TD421.5 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.112

文章编号：2095-6835（2016）11-0112-02

随着煤炭易开采资源的日益减少，现在国内大多数矿井可开采的煤层比较薄，存在所需巷道断面比较小，岩巷掘进比例较高，岩石硬度较大等问题。巷道断面普遍为10～15 m2，大多数为石英砂岩、粉砂岩、泥岩等的全岩巷道，而且硬度较大。另外，我国西南地区，比如重庆、贵州、云南等地也存在类似的情况——煤层较薄、巷道断面小、岩石硬度大等。

受技术因素的限制，目前，小断面全岩巷道主要采取炮掘的方式掘进，机械化程度低，巷道掘进速度慢，工人劳动强度大，生产效率低，安全性差。随着煤矿井下巷道掘进机械化改造力度的加大，适用于小断面全岩巷道的掘进设备市场需求量也越来越大。

1 总体结构

小断面岩巷掘进机是专门为井下小断面全岩巷道的掘进开发研制的设备，它主要适用于巷道岩石硬度小于80 MPa（局部100 MPa），最小断面达8 m2的岩巷掘进工作中。

小断面岩巷掘进机整机由截割部、装载部、刮板输送机、机架及回转台、行走部、液压系统、供水系统、电气系统和防护总成9个部分组成。整机除了截割部外，全部采用液压驱动。装载机构采用的是高速马达加减速器的传动方案，它能使铲板结构薄型化；刮板运输机采用弯曲设计降低整机高度；机架设计为前后分体式，方便生产和井下运输；左右履带行走机构对称布置，为了减小内阻，设计有支重轮；液压系统由1台132 kW的电机提供动力，采用的是恒功率负载敏感加独立流量分配控制系统，由水冷却器为系统降温；电气系统设计采用的是CAN总线控制技术。为了方便操作和维护，可开发掘进机在线状态监测系统，以实时监测掘进机在运行过程中的各种状态参数。

2 截割机构

截割机构是掘进机的工作机构，也是掘进机设计的核心部分。小断面岩巷掘进机主要由截割电机、截割减速器、截割头、悬臂段和护板等元部件组成。如果采用中心内喷雾水道结构，改旋转水封为弹簧石墨密封，即可在无油脂润滑下高速运行，从而有效解决掘进机内喷雾配水故障率高的难题。另外，带流量控制的喷雾齿座的耐磨截割头设计提高了降尘率，抑制了截割火花的产生。EBZ260W型掘进机截割机构如图1所示。

3 新型嵌入式回转机构

传统的回转机构存在体积大、高度高等问题，不适用于小断面岩巷掘进机上。新型回转机构采用“质量体积比”的设计理念，通过结构创新开发了嵌入式结构，将重型岩巷掘进机的机身高度降至1.65 m，顺利完成了小断面全岩巷掘进工作。嵌入式回转机构如图2所示。

4 小角度、薄型、高强度装载机构

传统的装载机构主要是由铲板和左右对称的驱动装置组成的。利用低速大扭矩液压马达直接驱动三爪星轮转动，可以实现装载煤岩的目标。这种液压马达直接驱动的装载机构存在铲板角度大、铲板厚度厚的问题，不适用于小断面岩巷专用掘进机中。因此，用高速马达加减速器的结构代替原来低速大扭矩马达直接驱动的结构，能减小铲板的厚度。

5 弯曲型耐磨刮板运输机

刮板输送机采用边双链刮板，它主要是由机前部、中机架、机后部、驱动装置、边双链刮板和张紧装置等组成的。

在小断面岩巷掘进机中，刮板运输机的拉直设计会增加整机高度。因此，为了降低整机高度，刮板运输机采用弯曲结构。在瓦斯抽排巷全岩掘进时，截割下来的主要是小块岩石物料，极易导致刮板运输机卡链和磨损。如果采用全程压链，则能合理控制链轨间隙，达到防卡、耐磨的目的。

6 液压系统

泵站油箱分别布置在掘进机左右两侧，油箱容积大，有利于液压油散热。泵站电机使用的是水冷电机，它噪声小。另外，整个液压冷却系统使用的是进口高效板翅式冷却器，冷却效率高。在能正常供水的情况下，液压系统可达40 ℃热平衡，为其正常运行提供有力的保障。

操作台采用整体式设计，管路、阀组和仪表布置合理。另外，管路线路短，故障点少，系统反应迅速，所有操作手柄和按钮都在司机视线和操作范围内，便于司机集中控制。这种人性化的操作手柄布置方式，对于司机来说，操作起来非常简单，还减轻了劳动强度。

7 电控系统CAN总线控制技术

小断面岩巷掘进机状态参数实时监测系统主要用于实时监测、采集、运算和分析掘进机在煤矿巷道掘进过程中的各种运行参数，从而有效判断掘进机的工作状态，为掘进机的操作、维护和检修提供参考，为智能控制和故障诊断提供数据分析的依据。

掘进机参数实时监测系统主要是由矿用数据采集器、显示器、不间断电源和直接测量各种参数的传感器等组成。在掘进机开机后，系统会自动运行，并开始监测：①利用相应的传感器测量截割电机的电流、电压、温度，整机的振动加速度，液压系统各个回路的压力、流量、液位、液温、油缸位移等参数，并将测量到的数据转化成电压或电流信号被数据采集器采集。这时，采集器将采集到的数据传送到上位机中进行运算，比如根据液压系统的压力计算出截割牵引力和行走牵引力，根据油缸位移计算出执行机构的牵引速度等。②综合分析直接采集到数据和计算出的数据，可以判断每组数据是否在合理的工作范围内。如果这些数据超出安全范围，要立即提醒相关工作人员或采取报警措施。③将分析结果通过友好的人机界面显示出来，由辅助技术人员对掘进机进行操作、维护和检修。

8 主要技术参数

掘进机总重85 t，长×宽×高为12 m×2.7 m×1.65 m，截割功率为260 kW，经济截割硬度为f9（局部f11）。

9 使用效果

目前，低矮型小断岩岩巷掘进机已经完成了井下工业性试验。2015-04，EBZ260W掘进机在山西省阳泉市阳煤集团新景公司15#煤一区南翼中部80121高抽巷进行井下工业性试验。巷道断面为矩形，面积为12.76 m2，全岩巷道，以石灰岩、中

砂岩为主。工业性试验为期3个月，共进尺550.4 m，平均月进尺183 m，最高月进尺207.6 m，最高日进尺8 m。截齿总计消耗511把，平均截齿消耗为0.07把/m3。相对原月进尺100 m左右的进尺速度，现在的进尺速度有效提高了劳动效率，为使用单位创造了良好的经济效益。

10 结束语

BZ260W型小断面岩巷掘进机性能、参数合理，机身体积小，断面小，截割能力强，重心低，整机振动小，稳定性好，自动化程度高，可靠性高，适用于小断面全岩巷道和瓦斯抽放巷道的机械化掘进工作中。该设备的出现有效推动了我国小断面全岩巷道和高瓦斯矿井瓦斯抽放巷掘进事业的发展，在我国掘进机械的技术进步和煤矿综掘机械化方面发挥了积极的作用，而且还创造了较好的经济效益和社会效益，具有较强的市场竞争力和广阔的市场前景。

参考文献

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[2]杨春海.EBZ300掘进机在平煤八矿的应用[J].煤矿机械，2015（6）：217-218.

[3]王亮，许军，孙永峰，等.基于CAN总线的掘进机无线遥控系统设计[J].煤矿机械，2015（8）：48-49.

作者简介：张常青（1977—），男，山西寿阳人，工程师，主要从事掘进和支护技术方面的研究。

〔编辑：白洁〕