范 愷

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦，山西 晉城 048200）

引言

在煤礦開(kāi)采過(guò)程中，我國(guó)一直非常重視煤礦瓦斯突出的防治工作，并制定了一系列防突措施，在煤與瓦斯突出礦井，通常采取工作面預(yù)測(cè)的方法來(lái)完成局部防突工作。晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦是一座千萬(wàn)噸高瓦斯突出礦井，除區(qū)域防突措施外，工作面預(yù)測(cè)為最主要的瓦斯突出防治手段，工作面預(yù)測(cè)前為避免迎頭片幫傷人，必須將工作面迎頭封好，才能進(jìn)行工作面預(yù)測(cè)[1]。目前寺河礦封迎頭主要依靠人工來(lái)完成，在封迎頭過(guò)程中勞動(dòng)強(qiáng)度大、時(shí)間長(zhǎng)，容易造成安全事故。為了優(yōu)化和改進(jìn)工作面封迎頭工藝，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全作業(yè)效率，急需對(duì)瓦斯突礦井工作面機(jī)械化封迎頭設(shè)備進(jìn)行研究，進(jìn)而保證有效提高巷道掘進(jìn)速度、迎頭作業(yè)的安全性以及自動(dòng)化程度。

1 寺河礦現(xiàn)狀

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦現(xiàn)采用EBZ220型掘進(jìn)機(jī)及其配套設(shè)備掘進(jìn)。使用EBZ220型掘進(jìn)機(jī)割煤，配備SGW-40T型溜子、DSP-1070/1000型膠帶出煤。采用錨桿機(jī)支護(hù)頂部錨桿和錨索，采用ZQS-50/1.6S-0.4-0.63MPa-320rpm手持式風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)完成巷幫的錨桿支護(hù)工作。割煤循環(huán)完成后，采用手持風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行封迎頭，采用ZQS系列鉆機(jī)和螺旋麻花鉆桿完成工作面預(yù)測(cè)。

在掘進(jìn)工作面防突準(zhǔn)掘距離為零時(shí)，按照規(guī)定需停止掘進(jìn)，進(jìn)行工作面防突預(yù)測(cè)，待預(yù)測(cè)達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)行下一循環(huán)掘進(jìn)。防突預(yù)測(cè)前需對(duì)工作面迎頭進(jìn)行支護(hù)，當(dāng)巷道支護(hù)空頂剩余最后一排時(shí)，需使用長(zhǎng)釬桿對(duì)迎頭煤體進(jìn)行敲幫問(wèn)頂，當(dāng)最后一排支護(hù)完成后，需人工在裸露煤體下使用手持風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)施工錨桿，錨桿施工完成后掛迎頭護(hù)網(wǎng)（高分子塑料網(wǎng)）并緊固錨桿。在對(duì)迎頭進(jìn)行支護(hù)的整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，需安排專(zhuān)人監(jiān)管，人員在作業(yè)過(guò)程中一直都暴露于空幫下，存在安全隱患。

2 機(jī)械化封迎頭裝備的研究

2.1 研究目標(biāo)

本課題針對(duì)掘進(jìn)工作面巷道斷面寬度6.6 m、高度5.5 m，需要研制一種可保護(hù)迎頭的多功能的現(xiàn)代化裝備，主要解決工作面迎頭防護(hù)、迎頭釋放孔、探測(cè)孔及錨桿錨索支護(hù)作業(yè)。經(jīng)過(guò)對(duì)裝備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)械化封迎頭設(shè)備主要配備兩套鉆臂及可伸展的護(hù)迎頭裝置、機(jī)械鉆孔裝置，整機(jī)液壓控制裝置、電氣控制裝置，收放自如調(diào)整方便，能夠滿(mǎn)足不同地質(zhì)條件和巷道斷面的使用要求，如圖1所示。

圖1 機(jī)械化封迎頭設(shè)備結(jié)構(gòu)圖

2.2 主要結(jié)構(gòu)

2.2.1 行走機(jī)構(gòu)

封迎頭設(shè)備的行走是由油泵提供動(dòng)力給液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈輪將動(dòng)力傳遞給履帶實(shí)現(xiàn)行走，兩條履帶各由一臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，履帶張緊機(jī)構(gòu)由前部惰輪、后部張緊輪組、張緊油缸組成，給張緊油缸供液、泄液使得張緊油缸伸縮運(yùn)動(dòng)，油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)使得張緊輪組前后運(yùn)動(dòng)，這樣可調(diào)整履帶的張緊程度，固定履帶的支撐架通常稱(chēng)作為履帶架，機(jī)體兩側(cè)履帶架通過(guò)定位槽及8個(gè)M24高強(qiáng)度螺栓固定，在履帶的兩側(cè)面分別開(kāi)有一個(gè)方槽，以便張緊油缸更換時(shí)的拆卸，兩側(cè)履帶的行走減速機(jī)分別使用8個(gè)高強(qiáng)度螺栓與履帶架聯(lián)接。行走由操作臺(tái)操縱十聯(lián)閥控制，將控制行走的兩個(gè)手柄同時(shí)向前推動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)該封迎頭設(shè)備的向前行走；將兩個(gè)手柄同時(shí)向后拉，即實(shí)現(xiàn)該封迎頭設(shè)備的向后行走；當(dāng)操作鉆車(chē)進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí)，要根據(jù)彎道的轉(zhuǎn)向及角度，將一個(gè)手柄向前推的同時(shí)向后拉另一個(gè)手柄或一個(gè)手柄向后拉的同時(shí)向前推另一個(gè)手柄，如圖2所示。

圖2 設(shè)備行走機(jī)構(gòu)

2.2.2 封迎頭支護(hù)

封迎頭支護(hù)是本裝備進(jìn)行巷道支護(hù)作業(yè)的重要部件，封迎頭裝置設(shè)置在機(jī)組最上方，采用油缸+機(jī)械的結(jié)構(gòu)，通過(guò)油缸伸縮向上抬起及向前伸縮，護(hù)網(wǎng)可靈活伸出收回，最高施工高度可達(dá)5.5 m，如圖3所示。當(dāng)進(jìn)行迎頭防護(hù)時(shí)，操縱操作閥手柄，通過(guò)支護(hù)升降油缸及支護(hù)回轉(zhuǎn)油缸整體調(diào)整封迎頭裝置，將伸縮臂向前伸出，將前防護(hù)網(wǎng)及側(cè)防護(hù)網(wǎng)伸出，擋梁伸出，橫梁升起，對(duì)迎頭、頂板、側(cè)幫實(shí)施防護(hù)，如圖4所示。

圖3 封迎頭支護(hù)裝置收起

圖4 封迎頭支護(hù)裝置展開(kāi)

2.2.3 前部支撐機(jī)構(gòu)

前部支撐機(jī)構(gòu)裝于機(jī)體前部位置，與左右鉆臂可整體滑動(dòng)到鉆車(chē)前方。鉆孔施工前，前部支撐伸出，與地面接觸，穩(wěn)定整車(chē)，如圖5、圖6所示。

圖5 前部支撐收回圖

圖6 前部支撐伸出圖

2.2.4 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是由泵站、油箱、液壓馬達(dá)、油缸、閥組、操作臺(tái)及相互聯(lián)接的高壓管路組成[2]。液壓系統(tǒng)主要提供設(shè)備的動(dòng)力，鉆車(chē)的前后行走、行走履帶的張緊、鉆臂機(jī)構(gòu)的各種動(dòng)作、推進(jìn)機(jī)構(gòu)的各種動(dòng)作、封迎頭支護(hù)裝置的伸縮及其他各種動(dòng)作、前部支撐機(jī)構(gòu)的升降以及提供設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中所需的動(dòng)力。泵站是由一臺(tái)防爆電機(jī)（45 kW），驅(qū)動(dòng)一臺(tái)負(fù)載敏感雙聯(lián)泵，經(jīng)四組比例換向閥，將由泵體輸出的壓力油分別送給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)完成封印頭設(shè)備各部件的動(dòng)作。在控制臺(tái)上各裝有一組（共兩組）十聯(lián)換向閥，通過(guò)操作十聯(lián)換向閥上的手柄來(lái)實(shí)現(xiàn)各油缸及液壓馬達(dá)的動(dòng)作，并通過(guò)操作手柄還能實(shí)現(xiàn)各油缸及液壓馬達(dá)的無(wú)級(jí)調(diào)速；其中，行走機(jī)構(gòu)由操作者操縱十聯(lián)閥上的手柄，控制十聯(lián)閥向行走液壓馬達(dá)供油，通過(guò)液壓馬達(dá)上的換向閥來(lái)控制行走馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆車(chē)的前進(jìn)、后退。系統(tǒng)的壓力值可通過(guò)操作臺(tái)的一個(gè)壓力表顯示。

2.2.5 電氣部分

該封迎頭設(shè)備的電氣系統(tǒng)主要是由一臺(tái)礦用隔爆電機(jī)（45 kW）和礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動(dòng)器等兩大部分組成[3]。使用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的起、停及各種保護(hù)和報(bào)警功能。電氣附件包括：甲烷傳感器，機(jī)身前后照明燈，工作臺(tái)電機(jī)啟停按鈕，機(jī)身左、右工作臺(tái)急停按鈕，電機(jī)起動(dòng)電鈴。主控電氣系統(tǒng)主要包括主回路部分、電源部分、保護(hù)部分、控制部分及顯示部分等幾部分。

本裝備使用礦用隔爆兼本質(zhì)安全型真空電磁起動(dòng)器，性能達(dá)到國(guó)內(nèi)先進(jìn)技術(shù)水平，可替代進(jìn)口市場(chǎng)，前景廣闊，并選用了多功能綜合保護(hù)器，采用了先進(jìn)的微處理器高精度的數(shù)據(jù)處理及先進(jìn)的保護(hù)算法、保護(hù)精度高，反應(yīng)速度快。本系列本質(zhì)安全型真空電磁起動(dòng)器符合在煤礦井下介質(zhì)中有瓦斯、爆炸性煤塵等可燃性、爆炸性混合物氣體、煤塵的環(huán)境中使用，在交流電壓1 140 V，額定電流至120 A、200 A的電路中，可以實(shí)現(xiàn)直接或遠(yuǎn)距離控制礦用隔爆型三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)、停止之用，還可以在被控電動(dòng)機(jī)停止時(shí)進(jìn)行換向。

3 應(yīng)用

該裝備在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦掘進(jìn)工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。在工作面最后一排支護(hù)完成后，需對(duì)工作面迎頭進(jìn)行支護(hù)時(shí)，將該機(jī)器迅速開(kāi)至工作面迎頭，通過(guò)支護(hù)升降油缸及支護(hù)回轉(zhuǎn)油缸整體調(diào)整封迎頭裝置，將伸縮臂向前伸出，將前防護(hù)網(wǎng)及側(cè)防護(hù)網(wǎng)伸出，擋梁伸出，橫梁升起，對(duì)迎頭、頂板、側(cè)幫實(shí)施防護(hù)，再使用該機(jī)器上的鉆臂機(jī)構(gòu)對(duì)迎頭進(jìn)行支護(hù)工作。根據(jù)為期一個(gè)月的現(xiàn)場(chǎng)使用效果及統(tǒng)計(jì)，使用過(guò)程中節(jié)約了一半的勞動(dòng)力，縮短了工作時(shí)間，并且安全得到了更好的保障，應(yīng)用前后對(duì)比統(tǒng)計(jì)如下頁(yè)表1所示。

4 結(jié)語(yǔ)

該裝備以晉能控股煤業(yè)集團(tuán)寺河礦井下生產(chǎn)過(guò)程中包迎頭工藝存在不足為背景進(jìn)行研究。本人結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，通過(guò)對(duì)護(hù)迎頭裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)職工作業(yè)環(huán)境的安全；通過(guò)對(duì)機(jī)械鉆孔裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)來(lái)降低職工的勞動(dòng)強(qiáng)度；通過(guò)對(duì)前部支撐機(jī)構(gòu)的研究使得設(shè)備在運(yùn)行中保持平穩(wěn)；通過(guò)對(duì)裝備總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使該裝備機(jī)構(gòu)緊湊，操作方便，能夠方便快捷地對(duì)迎頭進(jìn)行快速安全封護(hù)，并且在輔助工序施工完畢后又能安全高效地進(jìn)行撤離。通過(guò)對(duì)該設(shè)備的研究，既促進(jìn)了礦井高效率的生產(chǎn)，又保證了職工在生產(chǎn)過(guò)程中的生命安全，進(jìn)一步為礦井的安全生產(chǎn)保駕護(hù)航。

表1 使用效果對(duì)比表