EBZ-160掘进机机载可调节式前探梁设计与应用

田 波

（北京天地华泰矿业管理股份有限公司，北京 100000）

1949年第一台悬臂式掘进机在匈牙利问世，经过几十年不断改进、发展的历程。现在世界上掘进机使用已超过几千台。有10多个国家、20多家公司和厂商从事悬臂式掘进机设计研究和制造。我国悬臂式掘进机研制，从1965年对HK—3仿制开始，之后经过设计、制造、使用三个单位结合进行多种小型掘进机研制。并定型生产了几种掘进机。对我国煤矿掘进煤和半煤岩巷道起到重要作用。

1 可调节式前探梁研究的目的和意义

《煤矿安全规程》规定，巷道掘进过程中，必须使用临时支护。传统的临时支护方式一般采用吊环式前探梁沿巷道方向悬挂于顶板处前探空顶区，防止顶板冒顶造成人身伤害事故。这种前探梁支护缺陷为：支撑力不够，且被动受力，安全可靠性差，不能对空顶区顶板进行支撑力度保护，操作过程复杂，工人劳动强度大等。随着机械化程度的提高，综掘机机载前探梁临时支护也逐渐得到普及。EBZ-160型综掘机也进行了前探梁设计。通过机载前探梁的使用，优化了临时支护的工艺，增强了临时支护的安全性和可靠性，同时极大程度的减小了人的劳动强度。

但是，由于综掘机机载前探梁设计的缺陷，原EBZ-160型综掘机机载前探梁具有使用的局限性，仅适用于顶板水平的矩形巷道的掘进，多适用于陕北，内蒙古南部鄂尔多斯地区的进水平煤层。新疆地区煤层赋存多是缓倾斜，倾斜煤层，原机载前探梁并不适用于新疆地区的顶板倾斜或者底板倾斜的梯形巷道，使用时不能起到良好的临时支护效果。为了解决这一问题，本文将结合实际生产过程中的经验，对原机载前探梁进行优化升级，增强前探梁的适用性，扩大适用范围，使其能够满足顶板倾斜的矩形巷道的掘进。在新疆地区的倾斜/缓倾斜煤层掘进过程中，起到良好的机械临时支护效果。

2 可调节式前探梁项目研究现状

2.1 吊环式前探梁临时支护

吊环式前探梁临时支护由吊环、前探梁、背板组成。吊环的加工材料选用Ф14mm的圆钢、10mm厚Q235高强钢板；前探梁使用型号为11#的工字钢加工，长度为4m；背板为长3500mm×宽300mm×厚50mm的木板。巷道全断面共布置两根前探梁，间距为2000mm；每根前探梁使用2个吊环安装到顶板上，前探梁上方使用背板、木楔子与顶板刹实。距最前排永久支护锚杆400mm处的前探梁上方放置一块背板，背板横放在前探梁上方，在后排的吊环后方前探梁与顶板之间塞入背板、木楔子，使前探梁最前端、前排吊环前方的背板以及后排吊环后方三处全部接顶严实。随巷道掘进，掘进一个循环，前移一次前探梁，前探梁前移步距与掘进循环进尺相同。

2.2 一般的机载前探梁临时支护

一般的机载临时支护装置通过对掘进机的微小地改造而装配在掘进机的中上部，通过液压油缸的推动作用使其可以自由伸缩，在进行临时支护时将支护大架升起支撑顶板，以便进行永久支护；而在掘进机掘巷时又可以将支护装置收起，不影响掘进机的正常掘进工作。机载前探梁临时支护作业程序：①割完煤后，对掘进头进行敲帮问顶，找掉帮顶的活煤矸；②将网片钢筋梯固定在机载前探梁上；③控制油缸使前探梁升起④将各油缸推进到合理位置，调整网片钢筋梯，使机载前探梁吃劲。⑤打孔、上锚杆。⑥施工完永久支护，收起机载前探梁。

2.3 现状比较

相比较吊环式前探梁临时支护，一般的机载前探梁临时支护具有以下优点：①实现了巷道临时支护的机械化，为建设高产高效矿井奠定了基础。②能够适应井下现场恶劣环境，提高了掘进工作面安全保障系数。③保障了煤矿巷道锚杆支护时的时支护的需要。

但是一般的机载前探梁也具有以下缺点：①支护面积不足。②遇到有倾角的巷道或者梯形巷道时无法使用。③控顶顶距离不足。

3 可调节式前探梁项目方案

3.1 结构原理

机载可调节式前探梁临时支护所示：机载可调节式前探梁工作时，用综掘机的原站供油，打开六联操作阀连通至支护的油路，关闭综掘机的油路，把掩护架前伸出、侧架展开，伸缩梁伸缩到合适位置，把支护的钢带和顶网放在掩护架上，固定好。操控掩护架到所需要的角度和位置再升掩护架，升到巷道顶板，调整支撑油缸，把钢筋梯和顶网压紧在巷道顶板上，在确保安全的前提下进行支护作业。锚网-梁作业完毕后，先把掩护架下降到最低位置，人工折合折叠左、右侧架，再收回伸缩梁，合拢掩护架趴伏于综掘机上为止，把六联操作阀手柄推向的油路，支护油路关闭，支护控制阀不再工作，综掘机进行下一工作循环。

机载可调节式前探梁主要结构：①支撑架：分为内外支撑，外支撑采用220*220*10mm方钢,长1.4m，在方钢一面割掉比固定支撑千斤顶的耳轴略宽的槽，使支撑千斤顶随着内支撑的伸缩而抬高、降低。外支撑底端焊接耳轴与推移千斤顶耳环连接，随着推移千斤顶伸缩外支撑升起、降低。外支撑架下端固定在切割减速机两侧销轴上，使用锁片固定。内支撑采用190*190*8mm厚方钢,长1.4m,内支撑内部顶板焊接耳轴与调节千斤顶活塞杆杆端耳环连接，内支撑外部底板焊接耳轴与支撑千斤顶缸体耳环连接。支撑架其主要功能是起稳固作用，防止调斜千斤顶倾倒。②掩护架：采用160*160*8mm方钢焊接成平面架,掩护架前端长0.4m、宽2m，掩护架后端长1.6m、宽2m.掩护架下端焊接耳轴与支撑千斤顶活塞杆杆端耳环、内支撑外端焊接耳环连接。掩护架在中间方钢内部焊接耳轴与伸缩千斤顶缸体耳环连接。主要功能是支撑掩护顶板，防止矸石掉落砸伤施工人员。③伸缩梁：伸缩梁采用120*120*8mm方钢焊接成平面架,长1.6m、宽1.6m。伸缩梁在中间方钢内部焊接耳轴与伸缩千斤顶活塞杆杆端耳环连接，其可在伸缩千斤顶的作用下伸缩支护，支护范围为0-950mm。④侧架：侧架采用120*120*8mm方钢焊接成梯形平面，长1.6m、宽0.8m。侧架和掩护架用销轴链接，轴套内径50mm，外径60mm。使用时手动打开。⑤支撑千斤顶：缸盖结构型式为卡键式，缸筒为中部法兰连接，不带缓冲，活塞杆为杆端内螺纹，缸径为Φ63mm，杆径Φ45mm，最大行程S=800mm。支撑千斤顶缸头耳环固定在内支撑架外端底部焊接耳轴上，与内支撑架连成一体，可随着内支撑架的升高和升高，活塞杆杆端固定在掩护架下端耳轴上，随着支撑千斤顶的升高可使掩护架收缩，主要功能是支撑掩护架和伸缩梁，防止顶板跨落。⑥推移千斤顶：缸盖结构型式为卡键式，缸筒为中部法兰连接，不带缓冲，活塞杆为杆端内螺纹，缸径为Φ80mm，杆径Φ55mm，最大行程S=950mm。推移千斤顶缸头固定在综掘机切割电机销轴上，使用锁片固定推移千斤顶；活塞杆杆端耳环固定在外支撑架外端底部耳轴上、铰轴连接，推移千斤顶主要功能是辅助支撑千斤顶将前探梁展开。⑦调节千斤顶：缸盖结构型式为卡键式，缸筒为中部法兰连接，不带缓冲，活塞杆为杆端内螺纹，缸径为Φ63mm，杆径Φ45mm，最大行程S=800mm。调节千斤顶活塞杆杆端耳环与内支撑内部顶板焊接耳轴连接，调节千斤顶缸体耳环固定在切割减速机两侧销轴上。主要功能是辅助支撑千斤顶，将掩护架调斜和顶板一致的角度，使掩护架能够密实贴紧，增强支护效果。⑧伸缩千斤顶： 缸盖结构型式为卡键式，缸筒为中部法兰连接，不带缓冲，活塞杆为杆端内螺纹，缸径为Φ80mm，杆径Φ55mm，最大行程S=950mm。伸缩千斤顶缸体耳环与掩护架在中间方钢内部焊接耳轴连接，伸缩千斤顶活塞杆杆端耳环与伸缩梁在中间方钢内部焊接耳轴连接。

3.2 技术参数

①平均无故障（不升井维修）的工作时间不小于3000 h；②适用巷道宽度：3.8m～4.5 m ；③支护超出截割头距离0.8m，展开3.4m；④系统压力：16Mpa；⑤额定初撑力1t；⑥折叠后高度100～300mm；⑦顶架可倾斜≤20°，上展：45°；⑧展开时间：70s；⑨临时支护与综掘机共用一泵站，无需另加动力装置；⑽临时支护不超出综掘机的有效外限尺寸。

3.3 操作流程

①综掘机正常掘进工作时，该机载临时支护装置折叠收缩于综掘机切割部减速箱背部。当综掘机掘进进尺达到一个循环进尺时，停止掘进。②将切割头落地，操纵机载临时支护装置控制阀，使折叠架体、折叠架顺利翻转至切割头上方空顶区（可人工打开折叠左、右架体，增大支护面积）。③采用锚网+梁支护方式对巷道两帮进行永久支护。④综掘机停电闭锁，使用锚杆钻机透过液压临时支护机对顶板进行永久支护。⑤操纵液压临时支护机的控制阀，折叠架回收，使折叠架放平支撑于顶板上。⑥进入下一个掘进循环。

4 项目实施效果及经济效益

（1）全液压控制操作，机械化程度高，支护快捷，安全可靠

（2）实现了综掘机与临时支护有机结合，增加综掘机的综合功能，缩短了支护时间，由人工支设前探梁支护6人30min完成的工作量，用机载支护只需要70s，大大的减少了支护时间，提高了巷道掘进效率。

（3）综掘机掘进作业时将临时支护折叠收缩至掘进机截割盖板上面，最大程度缩小外限尺寸，不干扰综掘机截割、装载作业及司机的操作视线。

（4）操作简单，大大减轻了工人劳动强度，减少了现场操作人员数量，提高了工效。

（5）采用油缸对顶板施加一定的初撑力，达到主动受力、主动支撑，使顶板处于安全支护状态；

（6）综掘机与支护工作互锁，确保整机的操作安全性。

（7）采用整体顶架设计与顶板面接触，支护面积大，能有效地对空顶区进行支护。

（8）前支撑部位属伸缩式、两侧支撑部位属折叠式，防止切割巷道时支护碰顶板碰侧邦，伸出时保证支护装置可达到一定的支护高度及支护面积;缩回时减小了体积。

（9）对空顶区支护时，操作人员在安全区操作，避免了人员进入空顶区，增加了安全性。

（10）顶板架部分为框架结构，其结构与锚杆的间距、排距相吻合，方便锚杆、钢筋梯和顶网的固定。

（11）结构件用高强材料、强度高、承受力大、体积小、使用寿命长。

（12）装卸、维修、维护方便。

（13）机载临时支护具有前后左右伸缩折叠、支撑面积调整、高低调整、可调倾斜角度功能，支护时可以适应各种巷道。

5 结语

机载可调节式前探梁，配合综掘机形成自动支撑临时支护体系，既缩短了空顶时间，又减轻了职工的劳动强度，更加安全、可靠，有效地起到了对顶板进行预应力支撑作用，避免了空顶作业，缩短了循环作业时间。不仅解决了复杂地质条件下综掘巷道临时支护复杂及安全性差的难题，也解决了机载支护不适用于梯形巷道的问题。支护作业时工人有安全保障，消除了顶板事故的安全隐患，其社会效益是十分显著，值得推广。