掘进机下行掘进施工辅助推移装置的设计研究

牛田瑞 王 鹏

（鄂托克前旗长城五号矿业有限公司，内蒙古 鄂托克前旗 016200）

长城五号煤矿掘进机额定角度为±16°，在大倾角大断面下行掘进作业时掘进机无法实现自行后退。下行掘进作业结束需后撤时主要采用JH 回柱绞车作为辅助牵引设备提供动力源，在实际生产过程中JH 回柱绞车采用钢丝绳进行牵引时常发生崩绳伤人事故，安全风险较大。该矿曾设计将综掘方式调整为炮掘方式，存在掘进效率低下、火工品存放安全隐患等问题。针对上述情况，长城五号煤矿对掘进机大倾角大断面下行掘进后撤辅助推移装置进行设计研究[1-5]，并进行了实践应用。

1 工程概况

1.1 工作面概况

长城五号煤矿矿区面积13.659 5 km2，煤炭资源量18 041 万t，设计可采储量为11 880 万t，矿井设计规模180 万t/a，服务年限50.8 a。

长城五号煤矿1303S 工作面切眼全长240.3 m，掘宽6.2 m，巷道沿煤层掘进，掘进高度2.7 m，煤层厚度1.45～2.04 m，煤层倾角20° ～34°。1303S 工作面切眼掘进截割作业时直接顶是厚度为0.53～18.87 m的粉砂岩和细砂岩，直接底为0.38～9.33 m 的粉砂岩。1303S 工作面切眼采用EBZ260W 纵轴式型掘进机施工作业。

1.2 掘进机作业时存在的问题分析

EBZ260W 纵轴式型掘进机在对1303S 工作面切眼下行巷道截割作业时存在以下问题：

1）EBZ260W 纵轴式型掘进机为履带式综掘机，其额定爬坡角度最大为16°，在掘进机下行作业过程中无法实现自行后退，以往采用JH 回柱绞车作为掘进机后退的辅助牵引设备为其提供动力源。当掘进机在后退过程中遇到巷道起坡或硬坎时，牵引钢丝绳会因为瞬间受牵力过大出现钢丝绳崩人事故；当切眼顶板出现淋水、底板出现积水时，无法对安全隐患进行有效排查，牵引后退时存在安全风险。

2）1303S 工作面切眼采用大断面一次成巷掘进技术，掘宽6.2 m，掘高2.7 m，煤层厚度1.45～2.04 m，煤层倾角20°～34°。当1303S 工作面切眼巷道掘进至35 m 时揭露1 条逆断层F8，H=1.6 m，影响范围21 m；切眼巷道掘进至97 m 时揭露1 条逆断层F10，H=2.4 m，影响范围26 m；切眼巷道掘进至166 m 处揭露1 处构造破碎带，影响范围9 m。因1303S 工作面切眼地质条件复杂，受断层影响较大，掘进机作业完成后必须及时后撤，并及时进行切眼巷道支护，否则可能发生巷道冒顶安全事故。掘进机在高倾斜切眼巷道下行作业过程中，矸石下滑导致其在溜槽内堆积，堆积的矸石会使得JH 回柱绞车牵引钢丝绳埋绳，存在安全风险。

2 掘进机后撤辅助推移装置设计技术方案

2.1 掘进机后撤辅助推移装置方案分析

针对1303S 工作面切眼大断面高倾斜巷道EBZ260W 纵轴式型掘进机以往后退采用JH 回柱绞车作为辅助牵引动力源存在的问题，设计采用一种新型的“液压单体+推移液压缸+连环辅助牵引装置”作为掘进机下行后退后撤辅助推移装置牵引动力源，其结构如图1，新型后撤辅助推移装置主要有稳固装置、液压动力系统、辅助连接装置三大部分。

图1 新型掘进机下行作业后撤辅助推移装置结构示意图

后撤辅助推移装置稳固装置部件采用“4压3戗”共7 个液压单体立柱，其作用是对推移液压缸底座进行有效固定。戗柱主要是提供稳固点，防止稳固装置发生滑移；液压动力系统部件主要采用推移液压油缸/千斤顶为掘进机后撤提供辅助牵引动力源，推移液压油缸前端固定在掘进机后支撑销轴上，后端固定在底座上；辅助连接装置链条与推移千斤顶两者之间采用连接扣进行连接，链条与掘进机之间采用连接板进行连接，保障各连接部件完好，强度满足正常使用。

2.2 稳固装置的设计

稳固装置底座示意图如图2，主要是对牵引稳固底座进行加工，在加工中利用t=20 基础钢板、11#工字钢夹板、Φ108 mm 厚壁钢管、t=20 肋板等进行焊接加工而成。

图2 稳固装置底座设计示意图（mm）

稳固装置底座焊接加工完后，运输至1303S 工作面切眼绞车硐室内，采用DW28-300/100 型单体液压支柱进行有效固定，如图3 所示。牵引底座采用“4 压3 戗”固定方式进行固定，DW28-300/100型单体液压支柱采用油绳捆绑固定在顶板锚杆上，必须用8#铁丝固定在顶板上，可防止单体液压支柱因卸压或其他原因引起的支柱卸载歪倒事故。

图3 压柱和戗柱的结构位置

3 液压动力系统选型

3.1 液压油缸选型

当前长城五号煤矿现有ZY2700 型自移机尾液压油缸和SZZ1000/525 型转载机5YG 型千斤顶，基于降本减耗的原则从上述两种液压油缸中选择确定设计的后撤辅助推移装置液压动力系统，同时需要对强度进行计算分析，保证满足设备运行。

1）EBZ260W 型掘进机技术参数：外形尺寸9.3 m×2.9 m×1.6 m，电机功率75 kW，截割硬度70 MPa，行走速度0～6 m/min，最大行走坡度16°。

2）ZY2700 型自移机尾液压油缸技术参数：外 形 尺 寸（长× 宽× 高）13 530 mm×2708 mm×1520 mm，机器总质量40 277 kg，推移液压缸推拉力（单缸）631 kN/385 kN（推/拉），推移液压缸行程2700 mm，额定供液压力31.4 MPa。

3）SZZ1000/525 型转载机5YG 型千斤顶技术参数：推移千斤顶推拉力（单缸）985.95 kN/633.39 kN（推/拉），推移液压缸行程为1100 mm。

经计算，ZY2700 型自移机尾液压油缸其推移千斤顶最大拉力比为2.0，SZZ1000/525 型转载机5YG型千斤顶其推移千斤顶最大拉力比为3.3，两者的推移千斤顶最大拉力比均大于1，可见两者拉力均满足液压动力系统。但是考虑到ZY2700 型自移机尾液压油缸推移液压缸行程为2700 mm，而SZZ1000/525型转载机5YG 型千斤顶推移液压缸行程仅为1100 mm，确定选择ZY2700 型自移机尾液压油缸作为新型后撤辅助推移装置推移千斤顶的动力。

3.2 泵站动力选型

新型后撤辅助推移装置泵站供液系统如图4。该泵站供液系统主要包括有BRW80/31.5乳化液泵、乳化液箱、高压液压管、两联阀、左联阀等部件。BRW80/31.5 乳化液泵为推移千斤顶提供动力源，乳化液通过液压管经过两联阀，进而给推移油缸和固定立柱、戗柱供液。

图4 新型后撤辅助推移装置泵站供液系统示意图

3.3 辅助连接装置

新型后撤辅助推移装置辅助连接装置采用δ20 mm 钢板加工成连接板，把Φ34 mm×126 mm 链条与掘进机牵引环连接，采用50T 连接扣把链条与推移千斤顶连接，采用M36×150 型螺栓锁紧链条，结构如图5。

图5 新型后撤辅助推移装置辅助连接装置结构图

采用刮板输送机SGZ800/1050 型矿用刮板机34×126 型刮板链，工作荷载为320 kN，破断负荷为1250 kN。当采用ZY2700 型自移机尾液压油缸时，计算得到链条安全系数为3.7～8.1，其链条安全系数满足生产要求。采用Φ12.5 mm 钢丝绳作为保护绳，与34×126 型刮板链相伴缠绕作为二道保护，可有效防止掘进机后撤牵引时因受力不均导致的链条崩断伤人事故发生。

4 应用效果分析

长城五号煤矿1303S 工作面切眼EBZ260W 纵轴式型掘进机在1303S 工作面切眼下行掘进作业后撤时采用新型后撤辅助推移装置，该掘进机在1303S 大倾角大断面下山掘进中的后撤行走问题得到有效解决，切眼下行掘进进度大大提高，1303S工作面切眼整长240.3 m，用时55 d，平均进尺效率达到4.37 m/d，掘进过程无一起轻伤及以上安全事故发生。新型后撤辅助推移装置在长城五号煤矿EBZ260W 型掘进机作业中的应用，有效提高掘进生产效率，降低了工人的劳动强度，保障了1303S工作面的安全回采。