新型迈步式胶带输送机自移机尾的研制及应用

李发泉

(中国煤炭科工集团 太原研究院有限公司，山西 太原 030006)

1 概述

带式输送机机尾延伸是掘进工作面劳动强度大，耗时较多的工序之一。随着综采工作面产能的提高，年消耗回采巷道数量大幅增加，而煤巷掘进技术水平较低，造成采掘比例失调严重，使煤巷掘进在集约化高效矿井生产实践中瓶颈性凸显[1]。实现延尾机械化和煤流连续运输是提高煤巷掘进效率的有效途径。

目前煤巷掘进工作面后配套运输机尾的延伸方式主要有绞车牵引和掘锚机牵引两种。前者通过在掘进机后方打设锚固点，并将绞车固定在带式输送机机尾上，用绞车拖拉锚固点将带式输送机机尾向前拉移，该方式投入人员较多，劳动强度大，并易引发断绳伤人事故；后者通过链条将带式输送机机尾与掘进设备连接，掘进设备前进并拖拽运输机尾至指定位置，这种方式需要设备频繁调动，对底板破坏较大，且机尾容易偏移，需要二次调整带式转载机，故该方式效率较低。另外，为降低带式输送机移动阻力，常需要在刚性架下面铺设临时轨道，这种轨道需要人工搬运，劳动强度大[2-4]。

传统煤巷后配运输主要采用普通带式转载机与带式输送机机尾重叠搭接，这种配套方式的优点是设备投资较少，设备机身轻，缺点是受限于带式转载机机身刚性，重叠搭接较短，一般为25m左右[5]。

由掘锚机、八臂锚杆钻车、胶带转载机、迈步式自移机尾等设备组成的世界首套煤矿快速掘进系统于2013年在大柳塔矿首次应用，该系统通过带式转载机和迈步式自移机尾的平行搭接，实现了连续运输和延尾机械化[6-9]。

采用可弯曲带式转载机和迈步式自移机尾上下重叠搭接可进一步提高运输效率，增加后配套重叠搭接行程。为此研制了集缆线存储、调偏、自移等功能于一体的新型迈步式自移机尾，满足快速掘进工作面配套要求。

2 迈步式自移机尾的研制

2.1 布置和特点

迈步式自移机尾主要用于快速掘进工作面的煤炭转运，如图1所示，其布置方式的主要特点是：

1—掘锚机；2—破碎转载机；3—十臂锚杆机；4—可弯曲带式转载机；5—迈步式自移机尾；6—自移动力站图1 迈步式自移机尾在快速掘进工作面布置

(1)该机可将来自可弯曲带式转载机的煤炭转运至巷道胶带上，实现煤流连续运输。

(2)该机与可弯曲带式转载机采用重叠式搭接方式，增加辅助运输宽度。与传统的后配套系统相比，新型迈步式自移机尾后配套运输重叠搭接行程更长，最长可达100余米，满足快速掘进的快速移架、长距离搭接的要求，避免了传统带式输送机机尾后配套重叠搭接行程受限的缺陷。新型迈步式自移机尾专门为可弯曲带式转载机配套使用，在刚性架设计有销排轨道，自移动力站通过销齿驱动可牵引可弯曲带式转载机实现退机作业。

(3)迈步式自移机尾的刚性架可作为设备列车，将移变、馈电开关、材料车、除尘系统等固定在刚性架上实现同步前移。

(4)迈步式自移机尾的刚性架侧面集成电缆槽，电缆槽内可储存电缆和管路，生产班不需要频繁调整电缆、水管。

2.2 组成和工作原理

如图2所示，迈步式自移机尾主要由尾架、底盘主体、刚性架等组成，尾架由前端头、后端头、连接主梁、铲板连接为一体。水平推移油缸连接前端头和底盘主体。前端头和后端头下部均安装有端头举升油缸，端头举升油缸下部安装有滑轮，且滑轮可沿着底盘主体的滑轨上滑动。

图2 迈步式自移机尾结构简图

如图3所示，刚性架采用提升臂+导轨结构，导轨前部通过连杆与底盘主体连接，刚性架主体与后端头连接。

图3 刚性架结构简图

迈步式自移机尾的工作原理采用迈步交替运动原理，其运动过程分两部分，第一部分为底盘主体部分不动，移动尾架和刚性架，第二部分为尾架和刚性架不动，移动底盘主体。

移刚性架时，第一步为底盘中的举升油缸伸出，底盘主体“顶天立地”；第二步为尾架中的举升油缸将整个尾架举起，同时刚性架举升油缸伸出作用提升臂，将刚性架主体举起；第三步为在水平推移油缸作用下，尾架在底盘主体的滑轨上整体前移，同时刚性架受尾架拖拽沿着自身的导轨前移。

移动底盘主体时，第一步为底盘上的举升油缸收回，底盘主体离顶；第二步为尾架中的举升油缸收缩令前后端头接地，底盘主体离地，同时刚性架举升油缸收回，刚性架主体落下，刚性架导轨抬起；第三步为水平推移油缸拉动底盘主体前移，同时刚性架导轨受底盘主体拖拽前移。

2.3 主要技术参数及参数计算

适应巷道高度2800～4500mm；宽度2900mm；自移行程：1500mm/2000mm；支护强度：0.84MPa；底板平均比压0.43MPa；泵站功率45kW；适应胶带宽度1000mm；操纵方式：手动/遥控。

2.3.1 自移行程的计算

自移行程需要满足每天生产班进尺要求，尽量缩短移架时间。自移行程可按式(1)计算。

L=St/Ty

(1)

式中，S为每天达到的最高进尺或迈步移动机尾和可弯曲带式转载机搭接行程；t为机尾每步移架所需时间；Ty为检修班要求的移架时间。

2.3.2 最大推移力的计算

机尾移架时，底盘主体需要克服包括刚性架、前端头、可弯曲带式转载机等重力负载，推移油缸最大推移力为：

F=μ1·G·g

(2)

式中，μ1为滑轮和滑轨之间的滚动摩擦因素；G为底盘主体上负重，主要包括前端头、后端头、刚性架、可弯曲带式转载机在迈步式自移机尾上的部分、材料框、自移动力站等。

2.3.3 底盘举升油缸举升力的计算

机尾移架时，底盘举升油缸需要提供足够的举升力，保持底盘主体在移架时静止。单根底盘举升油缸举升力为：

T=F/(2μ2)

(3)

式中，μ2为支架顶梁与顶板的摩擦因素(底盘主体与底板的摩擦因素按等同选取)。

2.3.4 支护强度的计算

p1=2T/S1

(4)

式中,S1为顶梁的接顶面积。

2.3.5 底盘平均必压的计算

p2=2T/S2

(5)

式中,S2为底盘主体与底板的接触面积。

2.3.6 泵站功率的计算

(6)

式中，qv为系统最大流量；Δp为在系统最大流量时液压泵压力油口压差；ηt为液压泵总效率。

2.4 主要结构强度校核

根据上面所述的参数边界条件，对提升臂、底盘主体、导轨进行有限元分析，如图4～6所示，提升臂的最大应力为196.25MPa，底盘主体的最大变形约为1.25,导轨的最大变形约为0.68，均满足材料的强度或刚度要求。

图4 提升臂应力

图5 底盘主体变形

图6 导轨变形

2.5 设备主要特点

(1)该机的移动步距为2m或1.5m，自移行程大。

(2)稳定支架采用顶天立地的结构，工作稳定性好，极大满足牵引力的附着要求。

(3)采用油缸拉动端头和刚性架移动。刚性架的推移采用提升臂+导轨机构，安全可靠，移架速度快。

(4)迈步式自移机尾的动作均实现远程遥控操纵，并实现了自动化迈步，减人增效。

(5)前后端头设置导向装置，防止可弯曲带式转载机与迈步式自移机尾运动别卡。

(6)前端头前部设计有铲板结构，可根据底板起伏调整可弯曲带式转载机胶轮落地姿态，保证了可弯曲带式转载机行走稳定性。

3 应用情况与改进

工程概况：由掘锚机、十臂锚杆钻车、破碎转载机、可弯曲带式转载机和迈步式自移机尾组成的快速掘进系统应用在神东大柳塔5-2煤进行单巷掘进，5-2煤层厚度7.31～7.8m，为稳定煤层。煤层直接顶厚0～2.8m，以泥岩为主，靠近切眼变为粉砂岩，直接底以粉砂岩、泥岩为主。顶底板总体属于半坚硬岩石，局部区域遇水易软化[10-11]。

新型迈步式自移机尾于2014年7月在神东大柳塔矿5-2煤与掘锚机等装备配套使用，在52501回风巷、52502运输巷、52501运输巷和52300回风巷中作业，截止2015年8月，掘进巷道近20000m，平均月进尺2400m，每班最高进尺85m，每天最高进尺158m，月最高进尺3088m[10-11]。

在应用过程中，存在的主要问题是迈步式自移机尾的泵站供液距离长，压力损耗大，油缸伸缩速度慢，导致延伸胶带用时过长。通过增加一组泵站，增加系统流量输出，使油缸动作加快，将延伸胶带时间缩小至3h以内，满足了快速掘进工作面高产高效的配套要求。

4 结束语

新型迈步式自移机尾专门为可弯曲带式转载机配套使用，解决了传统迈步式自移机尾后配套搭接行程短、无法满足快速掘进进尺要求的难题，提高了煤巷掘进运输效率，实现延尾机械化作业，降低

工人作业强度，实现了工作面高产高效。新型迈步式自移机尾先后在神东煤炭集团、阳煤集团得到了推广和应用，对国内煤巷掘进连续运输技术和机械化延尾技术有一定参考价值。

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