煤矿用多功能巷道修复机的研究开发

阎立哲，刘混举

(1.太原理工大学 机械工程学院，山西 太原 030024；2.山西西山中煤机械制造有限公司，山西 太原 030053)

0 引言

长期以来，巷道底鼓就一直是我国煤矿井下巷道围岩控制维护的一大难点。目前，山西焦煤西山煤电集团所属各矿控制治理巷道底鼓大都采用起底法、卸压法、支护加固法等多种措施。但是，对于巷道底鼓，无论采用何种方法来控制起底始终是主要任务。我国当前对底鼓的清理方式一般采用人工或者用挖掘机、装载机等非专用设备，既费时又低效，还会存在起底成型差、围岩损伤严重的问题。同时，随着我国部分生产矿井巷道的施工深度不断增加，围岩损伤严重、破碎岩体增加，巷道破坏程度不断增加，煤矿每年投入大量人力物力用于巷道维护工作，造成大量的人力和物力的浪费。在煤矿现代化生产技术不断进步的今天，西山煤电集团井下开采的主要生产设备已基本机械化。但采矿辅助作业如隧道和清洁开采沟、巷道维修材料及配件的吊装运输等仍采用人工体力劳动，生产效率很低，存在很大的安全隐患。因此，大力开展煤矿防爆多功能巷道修复机的研发迫在眉睫。

山西焦煤西山煤电中煤公司抓住契机，抓住市场，积极研制一种集卧底、修帮、挑顶、挖装、运输、锚护及打眼一体化作业的矿用防爆多功能巷道修复机，以尽快改变我国煤矿巷道修复生产效率低、人工劳动强度大的局面，更好地满足我国煤矿巷道修复作业的需要，真正实现井下巷道修复的机械化作业。

1 WPZ-45/80L型煤矿用巷道修复机概况

WPZ-45/80L型煤矿用防爆多功能巷道修复机(以下简称煤矿用巷道修复机)是以矿用防爆电机为动力、液压传动、履带驱动的煤矿井下移动挖掘、吊装的多功能机械设备，主要用于清除井下巷道的底鼓，并具有破碎、挖掘、清煤、清渣、平整卧底、修帮、挑顶、挖装、运输、锚护及打眼一体化作业的功能。煤矿用防爆多功能巷道修复机主要用于煤矿巷道修复作业，可真正实现井下巷道修复的机械化作业。

2 煤矿用巷道修复机的结构和工作原理

WPZ-45 /80 L型煤矿用巷道修复机具有机型小、机动灵活的特点，2人～3人即可操作。该设备爬坡能力强、功率大、作业时动力充沛，适用于井下恶劣环境、狭小空间，特别对巷道卧底进行修复时更能发挥其优势；本机靠履带行走，三节臂(可切换挖斗、破碎锤、铣挖头)清理修复巷道，同时尾部机载锚杆钻机，可对修复成型的钻孔支护；本机使用电机进行驱动，全液压传动，结构紧凑，推进力大，工作范围广，适应全断面装岩，工作面无死角覆盖，不用人工辅助清理。

WPZ-45/80 L煤矿用巷道修复机如图1所示，它主要由三节臂工作机构、液压系统、司机室、机架总成、电气系统、驾驶棚、电机油泵总成、机载锚杆钻机、机架和履带行走机构等部分组成。其工作过程是先由履带行进，可切换式三节臂清理修复先导，尾部机载锚杆钻机钻孔支护。

1-三节臂工作机构;2-司机室;3-电机油泵总成;4-运输机构;5-机载锚杆钻机;6-履带行走;7-机架;8-液压系统

2.1 柴电双动力系统

该多功能巷道修复机提供双动力系统(柴电两用)，在巷道内转场方便，无需拖着电缆行走，工作时接电工作，又保证了巷道内无烟雾污染，切换原理框图如图2所示。

启动开关按钮后，电机工作，柱塞泵带动油路开始工作，油压压迫油路中的闭合开关关闭柴油机连接的管路；反之，柴油机工作时，齿轮泵带动的油压压迫闭合开关关闭电机连接的管路。双动力系统各自工作，职能切换。

图2 双动力系统切换原理框图

行走由柴油机提供动力，设备机动性强，便于转场，适用于转场频繁及远距离巷道。

2.2 可切换式三节臂工作机构

图3为切换式三节臂工作机构，主要由大臂座1、大臂2、大臂油缸3、中臂4、小臂油缸5、小臂6、铣挖头7、挖斗及挖斗油缸8、破碎锤9、回转油缸10、中臂油缸11等部件构成。操作回转油缸伸缩可使大臂做左右旋转，操作大臂油缸伸缩可使大臂作上下运动，操作小臂油缸伸缩可使小臂作前后运动，操作中臂油缸可使中臂展开收拢，操作挖斗油缸伸缩可使挖斗翻转。挖斗上装有斗齿，磨损后可以更换新斗齿。控制快换器油缸可在挖斗、破碎锤和铣挖头之间切换。

1-大臂座; 2-大臂;3-大臂油缸;4-中臂;5-小臂油缸;6-小臂;7-铣挖头;8-挖斗及挖斗油缸;9-破碎锤;10-回转油缸;11-中臂油缸

2.3 履带式行走总成

履带行走总成主要由履带梁、驱动链轮、导向轮、支重轮、托轮、履带板、张紧装置、行走减速箱和行走液压马达等零部件组成。

为确保该总成的行驶功能，在液压马达启动后，经过行走减速箱减速，由驱动链轮驱动履带运行。有引导轮可以支承链轨节并引导履带正常运动，避免履带横向滑脱。支重轮左右分别有5只，它将机体的重量传递至履带，并使机体沿导轨节运动，它还用来夹持履带，使其不横向滑脱。在转向时，迫使履带在地面上横向滑移。托轮用来承担上部履带的自重，使它不至下垂过多。缓冲弹簧可减轻履带带来的冲击。张紧油缸可使履带适度张紧，但履带太紧会增加推进阻力，加速磨损，减少履带使用寿命，而履带太松则容易脱落。

2.4 机载锚杆钻机

图4为机载锚杆钻机总成，由伸缩油缸1、垂直油缸2、旋转油缸3、滑架油缸4、滑架5、链条油缸6和液压马达7等部分组成。

1-伸缩油缸；2-垂直油缸；3-旋转油缸；4-滑架油缸;5-滑架；6-链条油缸；7-液压马达

控制伸缩油缸可使整个钻臂部分伸出；控制垂直油缸可使滑架垂直，控制旋转油缸可使滑架旋转，控制滑架油缸可使滑架伸缩，控制链条油缸可补偿钻孔行程。

3 结语

本文对机载锚杆钻机的结构设计做了阐述,该机具有结构紧凑、轻便、机动、灵活等特点，其行走机构可推广应用于井下狭小巷道内，提高了整机的适应性和产品的先进性。一体式多功能修复机使用了双锚杆锚护，结构紧凑，实现了完全闭锁、互不干扰作业功能，连接件强度高，操作方便，使用快捷,最大限度地降低了工人的劳动强度。此外，该机能够适应井下复杂环境，拥有“破、铲、装、运”四大功能，并且可以在较短时间内现场装换，大大减少了人力劳动，可以处理煤矿巷道维护、修整的难题，实现了井下巷道修复的机械化作业。

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