矿用EBZ160T 型掘探一体机的设计研究

池中锋

（潞安集团余吾煤业公司，山西 长治 046100）

1 常用前探方式

目前，我国煤矿安全开采规定，在进行挖掘开采的过程中，必须严格按照“有掘必探，先抽后掘”的原则。当前，在前探设备上面设置的煤矿用液压钻机主要采用独立形式的机器[1-2]。如图1 所示。在实施钻探时，工作人员可以在迎头中组装各个子单元，当完成组装之后进行检测。完成探测后，需要把液压钻机拆除，同时将其搬运到掘进机的后方。通过对整个过程进行分析发现，钻探工作比较复杂，反复拆卸严重制约工作效率，同时大大增加了工人的劳动强度，从而制约掘进机工作面的进尺速度。

图1 煤矿用液压钻机

2 EBZ160T 型掘探一体机的设计

在实施掘进机与前探钻机交替工作时，往往伴随着一些运行问题，为此应对工艺以及装备进行升级处理。以EBZ160 型悬臂式掘进机为基础，构思一种能够同时实现掘与探的设备。在对现有的设备进行全面的探究之后发现，可以将ZY-750 型液压钻机以及相应的EBZ160 型悬臂式掘机进行结合，得到EBZ160T 型掘探一体化集成装备，从而能够在煤巷以及相应的半煤岩巷道实现快速掘进，同时能够在迎头、两帮以及顶板位置实现超前探测。

2.1 总体设计

在实施设计的过程中，把液压前探钻机设置在掘进机的左侧，其作业工作台是以掘进机履带支撑装置为基础，通常BZ160T 型掘探一体机包括截割单元、装载单元、刮板输送机单元、机架单元、行走单元、液压单元、电气单元和液压钻机单元等，见图2。

图2 EBZ160T 型掘探一体机总体布置

1）截割单元。对于截割单元而言，所选用的电机为160 kW 恒功率的双速截割机。在进行截割时，通常将电截割电机转速的参考依据为划分煤岩硬度的参考，并将其划分为高度与低速。当处于低速状态其扭矩比较大，因此能够满足硬岩截割。当处于高速状态时，其相应的输出扭矩比较小，因此能够满足软岩层。对于EBZ160T 型掘探的总体设计，其能够有效地适应挖掘环境，而且能够节约时间以及极大地提高截割效率。

2）装载单元。在探究装载单元时，三爪星轮的驱动方式为低速大扭矩液压马达，进而能够极大地优化机构的可靠性，并且可以有效地优化铲板星轮，从而实现装载煤岩的目的。

3）刮板输送机单元。对于刮板输送机而言，其选择低速大扭液压马达对链轮进行驱动。通常可以在液压管道中设置溢流阀。当较大的岩石下落时，通常会卡在龙门上面，因此对刮板链以及驱动装置不会带来损坏的现象。一般可以选用液压缸来控制刮板链条的张紧情况，从而能够有效地优化劳动强度。

4）机架单元。在设计机架单元时，一般可以将其设计成为分体式结构，可以便于其他部件安全下井，该结构包括回转台、前机架、中机架、后机架、后支撑架等。其中后支撑架主要实现如下功能：当处于卧机状态时，能够便于在履带板下面设置枕木实现自救；设置撑紧底板能够有效地提高机器的截割位置的稳定性；在履带链断链的过程中使用该结构，能够优化操作流程；当抬起机器后端时，能够有效地提高卧底的深度。

5）行走部单元。在设计行走单元的过程中，可以将其结构设计成为无支重轮履带式，这样不仅可以有效地提高机器的稳定性，而且能够极大地降低机器故障。其中行走单元包括导向张紧装置、履带链、履带架、行走减速器、制动器和液压马达等。

6）液压系统单元。在设计液压主泵时，将其工作过程设计成为电机驱动两联柱塞泵，这时油缸行走回路实现给装在输送机回路供油，同时将主系统设计成为两个独立的开始系统。通常泵站油箱选用一体化的形式进行设计，在油箱中设置油温温度计，这样能够便于对油压的状态进行监测，同时液压油缸均设置有安全阀。

7）液压钻机单元。图3 表示相应的液压钻机装置，将其设置在机身左侧，钻机液压系统和掘进机液压系统进行集成，同时形成相互闭锁的状态，通常可以借助该操作对机构的动作进行控制，进而完成工作面的探孔探测。

8）供水系统单元。在设计供水系统时，其功能为灭尘以及冷却，同时给液压钻机钻供水。一般供水系统在进行供水时，在输水管道和总进液球阀位置设置粗过滤器，最后可以借助减压阀将压强降低到1.5 MPa 后，给冷却油箱、截割机以及泵站电机供水。

9）电气系统单元。对于电气系统而言，其主要包括前级馈电开关、矿用隔爆型操作箱、隔爆型掘进机LED、矿用车载式甲烷断电仪和掘进机用矿用隔爆控制柜等。

2.2 主要技术参数

图3 液压钻机系统布置

EBZ160T 掘探一体机主要技术参数为，机身长11 m，机身宽2.8 m，机身高2 m，机重56 t，接地比压0.145 MPa，截割功率160 kW，适应巷道坡度±18°，定位可掘最大高度4.0 m，定位可掘最大宽度5.5 m，供电电压1 140 V。钻机技术参数为：额定转矩750～280 N·m，额定转速105～270 r/min，最大给进力40 kN，最大起拔力30 kN，给进/起拔行程850 mm，钻杆直径准50 mm，马达排量160 mL/r。

3 EBZ160T 型掘探一体机掘、探工艺

EBZ160 型掘探一体机设置有两个工作状态：掘进状态和钻探状态。在工作的过程中可以借助液压系统以及电气控制系统实现互锁。为了能够保证机器的操作安全性，掘进机所对应的执行结构和液压钻机机构之间能够实现动作互锁，从而可以有效地提高系统工作的稳定性以安全性。

3.1 掘进状态

当设备需要从液压系统转化成为掘进状态时，设备的操作步骤为：点击电机油泵电机启动按钮→启动输送带装载机→开启刮板机→启动装载机→截割头动作。掘进设备会依据煤层的相关参数完成截割断面诸如：断面的大小、调整截割线路以及截割深度等。

3.2 钻探状态

1）准备。在钻探之前应该做好准备工作，其中首先把截割头设置在掘进机右侧，因此能够保证截割机停止时，掘进机处于工作状态。

2）钻探。对主控制台进行分析，能够实现掘进机液压与前探钻机液压之间的切换。在把液压钻机输送给迎头时，基座往往可以借助定位装置将其固定，从而能够有效地优化钻探机的稳定性。在对前探钻孔布局进行分析，可以在钻机操作台操作设在钻臂上的如下机构：升降油缸、推进油缸、摆动油缸等，这样能够保证钻机达到钻探的位置，如图4 所示。

对于前探钻机而言，其钻探功能显得尤为重要，包括回转器马达正反转、起下钻转换和钻机给进起拔。这样可以借助操作钻机上设置的手柄起到钻探功能，因此能够起到前探能力。

4 EBZ160T 型掘探一体机的特点

1）设计出悬臂式掘进机与钻探液压钻机为一体的设备；

2）实现掘探的交替工作，因此能够优化掘与探的工作效率，与此同时可以提高掘进进尺尺度；

图4 钻探状态

3）设计滑轨式驱动装置，其包括马达、减速器以及链条等机构，这样能够保证钻机平稳的运作。

5 应用效果

在2018 年，潞安集团某矿首次安装了EBZ160T型掘探一体机并在2206 运输巷进行实验，同时配合由掘进支护装置、锚杆转载机组以及相应的除尘系统。在进行前探工作时，配置2 名工人，其钻探深度达到100 m，所用时间为120 min，经过工程实践发现机载钻机性能稳定，不仅减少了工作时间，而且能够极大地降低劳动强度。同时能够优化钻探效率，大大提高了进尺效率，为钻探工作实现自动化控制做出贡献。