池中鋒

（潞安集團(tuán)余吾煤業(yè)公司，山西 長(zhǎng)治 046100）

1 常用前探方式

目前，我國(guó)煤礦安全開(kāi)采規(guī)定，在進(jìn)行挖掘開(kāi)采的過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照“有掘必探，先抽后掘”的原則。當(dāng)前，在前探設(shè)備上面設(shè)置的煤礦用液壓鉆機(jī)主要采用獨(dú)立形式的機(jī)器[1-2]。如圖1 所示。在實(shí)施鉆探時(shí)，工作人員可以在迎頭中組裝各個(gè)子單元，當(dāng)完成組裝之后進(jìn)行檢測(cè)。完成探測(cè)后，需要把液壓鉆機(jī)拆除，同時(shí)將其搬運(yùn)到掘進(jìn)機(jī)的后方。通過(guò)對(duì)整個(gè)過(guò)程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，鉆探工作比較復(fù)雜，反復(fù)拆卸嚴(yán)重制約工作效率，同時(shí)大大增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而制約掘進(jìn)機(jī)工作面的進(jìn)尺速度。

圖1 煤礦用液壓鉆機(jī)

2 EBZ160T 型掘探一體機(jī)的設(shè)計(jì)

在實(shí)施掘進(jìn)機(jī)與前探鉆機(jī)交替工作時(shí)，往往伴隨著一些運(yùn)行問(wèn)題，為此應(yīng)對(duì)工藝以及裝備進(jìn)行升級(jí)處理。以EBZ160 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)為基礎(chǔ)，構(gòu)思一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)掘與探的設(shè)備。在對(duì)現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行全面的探究之后發(fā)現(xiàn)，可以將ZY-750 型液壓鉆機(jī)以及相應(yīng)的EBZ160 型懸臂式掘機(jī)進(jìn)行結(jié)合，得到EBZ160T 型掘探一體化集成裝備，從而能夠在煤巷以及相應(yīng)的半煤巖巷道實(shí)現(xiàn)快速掘進(jìn)，同時(shí)能夠在迎頭、兩幫以及頂板位置實(shí)現(xiàn)超前探測(cè)。

2.1 總體設(shè)計(jì)

在實(shí)施設(shè)計(jì)的過(guò)程中，把液壓前探鉆機(jī)設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)的左側(cè)，其作業(yè)工作臺(tái)是以掘進(jìn)機(jī)履帶支撐裝置為基礎(chǔ)，通常BZ160T 型掘探一體機(jī)包括截割單元、裝載單元、刮板輸送機(jī)單元、機(jī)架單元、行走單元、液壓?jiǎn)卧?、電氣單元和液壓鉆機(jī)單元等，見(jiàn)圖2。

圖2 EBZ160T 型掘探一體機(jī)總體布置

1）截割單元。對(duì)于截割單元而言，所選用的電機(jī)為160 kW 恒功率的雙速截割機(jī)。在進(jìn)行截割時(shí)，通常將電截割電機(jī)轉(zhuǎn)速的參考依據(jù)為劃分煤巖硬度的參考，并將其劃分為高度與低速。當(dāng)處于低速狀態(tài)其扭矩比較大，因此能夠滿(mǎn)足硬巖截割。當(dāng)處于高速狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的輸出扭矩比較小，因此能夠滿(mǎn)足軟巖層。對(duì)于EBZ160T 型掘探的總體設(shè)計(jì)，其能夠有效地適應(yīng)挖掘環(huán)境，而且能夠節(jié)約時(shí)間以及極大地提高截割效率。

2）裝載單元。在探究裝載單元時(shí)，三爪星輪的驅(qū)動(dòng)方式為低速大扭矩液壓馬達(dá)，進(jìn)而能夠極大地優(yōu)化機(jī)構(gòu)的可靠性，并且可以有效地優(yōu)化鏟板星輪，從而實(shí)現(xiàn)裝載煤巖的目的。

3）刮板輸送機(jī)單元。對(duì)于刮板輸送機(jī)而言，其選擇低速大扭液壓馬達(dá)對(duì)鏈輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。通?？梢栽谝簤汗艿乐性O(shè)置溢流閥。當(dāng)較大的巖石下落時(shí)，通常會(huì)卡在龍門(mén)上面，因此對(duì)刮板鏈以及驅(qū)動(dòng)裝置不會(huì)帶來(lái)?yè)p壞的現(xiàn)象。一般可以選用液壓缸來(lái)控制刮板鏈條的張緊情況，從而能夠有效地優(yōu)化勞動(dòng)強(qiáng)度。

4）機(jī)架單元。在設(shè)計(jì)機(jī)架單元時(shí)，一般可以將其設(shè)計(jì)成為分體式結(jié)構(gòu)，可以便于其他部件安全下井，該結(jié)構(gòu)包括回轉(zhuǎn)臺(tái)、前機(jī)架、中機(jī)架、后機(jī)架、后支撐架等。其中后支撐架主要實(shí)現(xiàn)如下功能：當(dāng)處于臥機(jī)狀態(tài)時(shí)，能夠便于在履帶板下面設(shè)置枕木實(shí)現(xiàn)自救；設(shè)置撐緊底板能夠有效地提高機(jī)器的截割位置的穩(wěn)定性；在履帶鏈斷鏈的過(guò)程中使用該結(jié)構(gòu)，能夠優(yōu)化操作流程；當(dāng)抬起機(jī)器后端時(shí)，能夠有效地提高臥底的深度。

5）行走部單元。在設(shè)計(jì)行走單元的過(guò)程中，可以將其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為無(wú)支重輪履帶式，這樣不僅可以有效地提高機(jī)器的穩(wěn)定性，而且能夠極大地降低機(jī)器故障。其中行走單元包括導(dǎo)向張緊裝置、履帶鏈、履帶架、行走減速器、制動(dòng)器和液壓馬達(dá)等。

6）液壓系統(tǒng)單元。在設(shè)計(jì)液壓主泵時(shí)，將其工作過(guò)程設(shè)計(jì)成為電機(jī)驅(qū)動(dòng)兩聯(lián)柱塞泵，這時(shí)油缸行走回路實(shí)現(xiàn)給裝在輸送機(jī)回路供油，同時(shí)將主系統(tǒng)設(shè)計(jì)成為兩個(gè)獨(dú)立的開(kāi)始系統(tǒng)。通常泵站油箱選用一體化的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，在油箱中設(shè)置油溫溫度計(jì)，這樣能夠便于對(duì)油壓的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)液壓油缸均設(shè)置有安全閥。

7）液壓鉆機(jī)單元。圖3 表示相應(yīng)的液壓鉆機(jī)裝置，將其設(shè)置在機(jī)身左側(cè)，鉆機(jī)液壓系統(tǒng)和掘進(jìn)機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行集成，同時(shí)形成相互閉鎖的狀態(tài)，通常可以借助該操作對(duì)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作進(jìn)行控制，進(jìn)而完成工作面的探孔探測(cè)。

8）供水系統(tǒng)單元。在設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)時(shí)，其功能為滅塵以及冷卻，同時(shí)給液壓鉆機(jī)鉆供水。一般供水系統(tǒng)在進(jìn)行供水時(shí)，在輸水管道和總進(jìn)液球閥位置設(shè)置粗過(guò)濾器，最后可以借助減壓閥將壓強(qiáng)降低到1.5 MPa 后，給冷卻油箱、截割機(jī)以及泵站電機(jī)供水。

9）電氣系統(tǒng)單元。對(duì)于電氣系統(tǒng)而言，其主要包括前級(jí)饋電開(kāi)關(guān)、礦用隔爆型操作箱、隔爆型掘進(jìn)機(jī)LED、礦用車(chē)載式甲烷斷電儀和掘進(jìn)機(jī)用礦用隔爆控制柜等。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

圖3 液壓鉆機(jī)系統(tǒng)布置

EBZ160T 掘探一體機(jī)主要技術(shù)參數(shù)為，機(jī)身長(zhǎng)11 m，機(jī)身寬2.8 m，機(jī)身高2 m，機(jī)重56 t，接地比壓0.145 MPa，截割功率160 kW，適應(yīng)巷道坡度±18°，定位可掘最大高度4.0 m，定位可掘最大寬度5.5 m，供電電壓1 140 V。鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)矩750～280 N·m，額定轉(zhuǎn)速105～270 r/min，最大給進(jìn)力40 kN，最大起拔力30 kN，給進(jìn)/起拔行程850 mm，鉆桿直徑準(zhǔn)50 mm，馬達(dá)排量160 mL/r。

3 EBZ160T 型掘探一體機(jī)掘、探工藝

EBZ160 型掘探一體機(jī)設(shè)置有兩個(gè)工作狀態(tài)：掘進(jìn)狀態(tài)和鉆探狀態(tài)。在工作的過(guò)程中可以借助液壓系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互鎖。為了能夠保證機(jī)器的操作安全性，掘進(jìn)機(jī)所對(duì)應(yīng)的執(zhí)行結(jié)構(gòu)和液壓鉆機(jī)機(jī)構(gòu)之間能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)作互鎖，從而可以有效地提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性以安全性。

3.1 掘進(jìn)狀態(tài)

當(dāng)設(shè)備需要從液壓系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成為掘進(jìn)狀態(tài)時(shí)，設(shè)備的操作步驟為：點(diǎn)擊電機(jī)油泵電機(jī)啟動(dòng)按鈕→啟動(dòng)輸送帶裝載機(jī)→開(kāi)啟刮板機(jī)→啟動(dòng)裝載機(jī)→截割頭動(dòng)作。掘進(jìn)設(shè)備會(huì)依據(jù)煤層的相關(guān)參數(shù)完成截割斷面諸如：斷面的大小、調(diào)整截割線路以及截割深度等。

3.2 鉆探狀態(tài)

1）準(zhǔn)備。在鉆探之前應(yīng)該做好準(zhǔn)備工作，其中首先把截割頭設(shè)置在掘進(jìn)機(jī)右側(cè)，因此能夠保證截割機(jī)停止時(shí)，掘進(jìn)機(jī)處于工作狀態(tài)。

2）鉆探。對(duì)主控制臺(tái)進(jìn)行分析，能夠?qū)崿F(xiàn)掘進(jìn)機(jī)液壓與前探鉆機(jī)液壓之間的切換。在把液壓鉆機(jī)輸送給迎頭時(shí)，基座往往可以借助定位裝置將其固定，從而能夠有效地優(yōu)化鉆探機(jī)的穩(wěn)定性。在對(duì)前探鉆孔布局進(jìn)行分析，可以在鉆機(jī)操作臺(tái)操作設(shè)在鉆臂上的如下機(jī)構(gòu)：升降油缸、推進(jìn)油缸、擺動(dòng)油缸等，這樣能夠保證鉆機(jī)達(dá)到鉆探的位置，如圖4 所示。

對(duì)于前探鉆機(jī)而言，其鉆探功能顯得尤為重要，包括回轉(zhuǎn)器馬達(dá)正反轉(zhuǎn)、起下鉆轉(zhuǎn)換和鉆機(jī)給進(jìn)起拔。這樣可以借助操作鉆機(jī)上設(shè)置的手柄起到鉆探功能，因此能夠起到前探能力。

4 EBZ160T 型掘探一體機(jī)的特點(diǎn)

1）設(shè)計(jì)出懸臂式掘進(jìn)機(jī)與鉆探液壓鉆機(jī)為一體的設(shè)備；

2）實(shí)現(xiàn)掘探的交替工作，因此能夠優(yōu)化掘與探的工作效率，與此同時(shí)可以提高掘進(jìn)進(jìn)尺尺度；

圖4 鉆探狀態(tài)

3）設(shè)計(jì)滑軌式驅(qū)動(dòng)裝置，其包括馬達(dá)、減速器以及鏈條等機(jī)構(gòu)，這樣能夠保證鉆機(jī)平穩(wěn)的運(yùn)作。

5 應(yīng)用效果

在2018 年，潞安集團(tuán)某礦首次安裝了EBZ160T型掘探一體機(jī)并在2206 運(yùn)輸巷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)配合由掘進(jìn)支護(hù)裝置、錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組以及相應(yīng)的除塵系統(tǒng)。在進(jìn)行前探工作時(shí)，配置2 名工人，其鉆探深度達(dá)到100 m，所用時(shí)間為120 min，經(jīng)過(guò)工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)機(jī)載鉆機(jī)性能穩(wěn)定，不僅減少了工作時(shí)間，而且能夠極大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)能夠優(yōu)化鉆探效率，大大提高了進(jìn)尺效率，為鉆探工作實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制做出貢獻(xiàn)。