劉戰(zhàn)新

（晉煤集團(tuán)晉圣公司億欣煤業(yè)有限公司， 山西 沁水 048200）

1 項(xiàng)目概況

晉煤集團(tuán)王臺(tái)鋪煤礦位于山西省晉城市北東10 km 處，1964 年投產(chǎn)，礦井生產(chǎn)能力60 萬(wàn)t/a。王臺(tái)鋪煤礦井下巷道所使用的掘進(jìn)機(jī)為EBZ150 型。EBZ150 型掘進(jìn)機(jī)因服務(wù)年限較長(zhǎng)，其設(shè)計(jì)缺陷逐漸暴露出來(lái)，該掘進(jìn)機(jī)的截割系統(tǒng)和行走系統(tǒng)故障頻繁發(fā)生。主要表現(xiàn)為：

該掘進(jìn)機(jī)在急傾斜工作面作業(yè)時(shí)通過(guò)降低切割效率的措施來(lái)防止掘進(jìn)機(jī)下滑[1]；掘進(jìn)機(jī)行走系統(tǒng)為支重輪式，工作時(shí)履帶板處于懸臂狀態(tài)，容易導(dǎo)致履帶板發(fā)生斷裂，從而導(dǎo)致該掘進(jìn)機(jī)在工作過(guò)程中，常因故障需要進(jìn)行維修，降低了工作效率[2]。因此當(dāng)前必須對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)。

2 EBZ150 掘進(jìn)機(jī)截割系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

2.1 截割系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

1）將以往的伸縮部件改進(jìn)為懸臂結(jié)構(gòu)，掘進(jìn)機(jī)在作業(yè)過(guò)程中，通過(guò)減速器傳遞給花鍵套，再傳遞到截割頭，從而實(shí)現(xiàn)破碎煤巖作用。

2）將截割頭改進(jìn)為錐形平頭的結(jié)構(gòu)，該改進(jìn)措施有效降低了截割頭的尺寸，降低其在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)力矩。

3）改造掘進(jìn)機(jī)內(nèi)置的噴霧降塵系統(tǒng)。將掘進(jìn)機(jī)噴霧系統(tǒng)活塞密封格圈改進(jìn)為自動(dòng)補(bǔ)償裝置，并將其密封在密閉殼體內(nèi)，同時(shí)使用三層螺旋式噴嘴及外噴霧裝置[3]。

2.2 截割系統(tǒng)改進(jìn)的實(shí)施方案

1）截割系統(tǒng)采用懸臂結(jié)構(gòu)，如圖1 所示，主要包括聯(lián)接座、花鍵套、外筒體、注油座、配水盤、接頭座和主軸等部件。懸臂結(jié)構(gòu)臂長(zhǎng)設(shè)計(jì)為1.23 m，聯(lián)接座長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為0.75 m，將懸臂結(jié)構(gòu)代替原來(lái)截割頭中縮部件的炮頭結(jié)構(gòu)。綜合考慮懸臂抗扭強(qiáng)度以及鏟板干涉等因素，將懸臂長(zhǎng)度設(shè)置為1.12 m，連接座一端與截割頭的外筒體連接，一端通過(guò)叉形架進(jìn)行固定[4]。

圖1 截割系統(tǒng)懸臂結(jié)構(gòu)的實(shí)施示意圖

2）將截割頭結(jié)構(gòu)尺寸由860 mm 改進(jìn)調(diào)整為640 mm。同時(shí)將截割頭改為錐形平頭結(jié)構(gòu)來(lái)降低截割頭的扭轉(zhuǎn)力矩。

3）對(duì)掘進(jìn)機(jī)的噴霧系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。采用新型研發(fā)的自動(dòng)補(bǔ)償式的密封系統(tǒng)，將處在主軸位置上的補(bǔ)償裝置進(jìn)行密封，同時(shí)加設(shè)環(huán)形油缸活塞提高密封效果。同時(shí)環(huán)形油缸活塞還可以避免噴霧系統(tǒng)漏水，密封效果理想。

3 掘進(jìn)機(jī)行走系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 行走系統(tǒng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)方案

1）為提高履帶板的抗壓強(qiáng)度，必須提前計(jì)算履帶板的受力情況，掌握履帶板的受力過(guò)程，從履帶的受力過(guò)程出發(fā)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高其抗壓強(qiáng)度，以防止彎曲現(xiàn)象的發(fā)生。

2）針對(duì)掘進(jìn)機(jī)在急傾斜工作面工作時(shí)，需要降低生產(chǎn)效率來(lái)防止因自重而發(fā)生的下滑現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一套液壓助推裝置，主要由推移裝置、導(dǎo)向裝置、彈簧板、導(dǎo)向套錨固裝置及銷軸等組成，裝置采用鉸鏈與掘進(jìn)機(jī)連接，利用泵站壓力推進(jìn)千斤頂運(yùn)動(dòng)，該裝置可以有效增加其在急傾斜工作面的動(dòng)力，從而可以解決大傾角工作面上掘進(jìn)機(jī)爬坡動(dòng)力不足的問(wèn)題。

3.2 行走系統(tǒng)改進(jìn)的實(shí)施方案

1）使用ADAMS 軟件對(duì)履帶板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，在節(jié)距不變的情況下，對(duì)履帶板的尺寸大小及筋板位置進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)調(diào)高履帶板整體強(qiáng)度。

2）在履帶架體上焊接一套輔助支撐裝置，該裝置可以保障履帶板的變形處在彈性變形范圍內(nèi)。

3）設(shè)計(jì)應(yīng)用了一套新的液壓助推裝置，為125 mm 的推移千斤頂，同時(shí)通過(guò)密閉良好的導(dǎo)向套對(duì)千斤頂進(jìn)行密封。

4）在底盤上焊接加強(qiáng)筋，該措施可以增大底盤與底板之間的摩擦力，提高應(yīng)力強(qiáng)度。液壓推進(jìn)裝置通過(guò)鉸鏈和掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行連接，泵站提供的外力作用于液壓推進(jìn)裝置，液壓推進(jìn)裝置促使千斤頂動(dòng)作，最終千斤頂作用于掘進(jìn)機(jī)，促使其向前運(yùn)動(dòng)。行走系統(tǒng)改進(jìn)實(shí)施示意圖如圖2 所示。

圖2 行走系統(tǒng)改進(jìn)的實(shí)施示意圖

3 工業(yè)性試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工作面的條件

3.1.1 工作面的基本概況

王臺(tái)鋪煤礦2318 東運(yùn)輸巷從與十四采東邊界輸送機(jī)運(yùn)輸巷的聯(lián)絡(luò)巷處開(kāi)門，沿S71°30W 方向掘進(jìn)，掘至開(kāi)切眼位置，全長(zhǎng)約2 100 m。巷道服務(wù)年限約1.5 年。該巷道開(kāi)門后前580 m 為實(shí)體煤掘進(jìn)，580 m 后巷道沿2319 工作面采空區(qū)掘進(jìn)，且巷道頂部為原2317 采空區(qū)，為頂空沿空送巷，本巷道進(jìn)入終采線后巷道底板沿3 上煤層底板掘進(jìn)。

巷道東部處于一背斜處，西部處于C6 向斜的軸部，煤層波狀起伏，伴生5 條斷層，落差最大2.1 m，裂隙及小斷層發(fā)育。影響本巷道掘進(jìn)的主要充水水源為2319、2317 采空區(qū)水和3 上煤層頂板砂巖水。工作面最大涌水量約20 m3/h，正常約4 m3/h。

3.1.2 巷道斷面及支護(hù)方式

巷道斷面均為梯形。自開(kāi)掘位置起前160 m 范圍內(nèi)，巷道頂板沿3 上煤層頂板掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)帶支護(hù)；在160～470 m 范圍內(nèi)，巷道下扎到3 上煤層底板，巷道底板沿3 上煤層底板掘進(jìn)，采用錨網(wǎng)帶結(jié)合錨索支護(hù)，巷道掘進(jìn)毛斷面面積為14.62 m2。巷道頂部鋪聯(lián)金屬菱形網(wǎng)，按照700 mm×800 mm 間排距錨固M型鋼帶，每排布置6 根Φ22 mm×2 400 mm錨桿；幫部鋪聯(lián)金屬菱形網(wǎng)，按照900 mm×800 mm間排距每幫布置4 根Φ20 mm×1 800 mm 錨桿。從470 m 處至開(kāi)切眼位置，巷道在二分層掘進(jìn)，頂空沿空，巷道底板沿3 上煤層底板掘進(jìn)，采用12 號(hào)礦工鋼梯形棚結(jié)合幫部錨桿支護(hù)，掘進(jìn)毛斷面面積為14.1 m2。架棚段每循環(huán)架1 棚，棚距為600 mm±50 mm，頂部、幫部鋪聯(lián)金屬菱形網(wǎng)，并且?guī)筒棵績(jī)杉芘镌趦蓭桶凑? 200 mm 排距各打3 根Φ18 mm×1 800 mm 錨桿。

3.2 試驗(yàn)效果

將改進(jìn)后的EBZ150 型掘掘進(jìn)機(jī)于2016 年12月4 日在王臺(tái)鋪煤礦2318 運(yùn)輸巷投入工業(yè)性試驗(yàn)。試驗(yàn)期間該機(jī)運(yùn)行正常，截割效率高，截割系統(tǒng)和行走系統(tǒng)無(wú)故障發(fā)生，巷道截割斷面成形好，掘進(jìn)巷道優(yōu)良品率為100%。截止到2017 年3 月20 日，累計(jì)試驗(yàn)90 個(gè)工作日，掘進(jìn)進(jìn)尺1 582.9 m，折合進(jìn)尺2 256.1 m。其中，第二階段、第三階段實(shí)際月進(jìn)尺分別為573.3 m、657.6 m，折合進(jìn)尺分別達(dá)802.6 m、920.6 m。工業(yè)性應(yīng)用試驗(yàn)表明，改進(jìn)后的EBZ150 型掘進(jìn)機(jī)支護(hù)效果好，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了掘進(jìn)效率，掘進(jìn)速度大幅度提高。