一种新型的全断面煤巷高效掘进机

2015-03-12陈琴亮孙晓鸣郑晓东藏家君

中国新技术新产品 2015年1期

陈琴亮孙晓鸣郑晓东藏家君

（北方重工集团有限公司煤矿机械分公司，辽宁沈阳 110141）

1 前言

为了加速推进我国煤矿井下巷道快速施工工艺的革新进程，使井下掘进施工向着高效、快速、安全的方向健康发展，北方重工集团有限公司根据神东矿区创建世界一流矿井的总体规划要求自主研发设计出一种新型的全断面煤巷高效掘进机，该机截割断面（高×宽）：4.2 m×6 m，月进尺4000m。

2 总体方案的设计

2.1 总体结构布置

全断面高效掘进机的工作装置由双刀盘加上下横滚筒组成，最终切割形成矩形断面。切割下来的物料通过铲板和第一运输机输送至后续的转载机上。为方便调车，双刀盘的刀臂、上下滚筒中的两侧边滚筒、铲板的两侧边铲板均为可伸缩的。具有机载锚杆钻机及机载临时支护，在顶板条件不好时进行锚固作业的同时可保证设备和作业人员的安全。备有机载除尘风机，高效降尘。采用激光导向系统对设备的姿态和巷道的精度进行监测。整机的操作方式为无线遥控操。电气系统采用可编程控制器作为主控制器，可以实现无线遥控和手动操作两种方式。矿用隔爆兼本安一体机具有指示操作或故障自诊及采高自动显示等功能。

2.2 主要技术参数

额定载重量：298000 ㎏

外形尺寸（长×宽×高）：14.842m ×6m×3.95m

截割断面（高×宽）：4.2 m×6 m

装机功率：1809 kW

电源：3300V/50Hz

掘进速度：0～0.2 m/min

调车行走速度：0～4 m/min

最大接地比压：0.40 MPa

3 结构特征与工作原理

全断面高效掘进机由刀盘装置、上滚筒装置、本体、履带行走机构、左右支架、电控系统、第一运输机、液压系统、后临时支护、机载锚杆钻机、前临时支护、铲板、下滚筒装置、水系统、除尘系统、润滑系统构成。总体结构如图1 所示。

3.1 盘装置由两个三臂刀盘、主切割减速机、限矩安全联轴器、刀盘驱动电机组成。电机输出的扭矩通过限矩安全联轴器传至主切割减速机，减速后经输出装置驱动两个三臂刀盘反向同步旋转对物料进行切割，形成了8 字形的横断面。刀盘的刀臂具有伸缩功能，调车时缩回，工作时伸出。

3.2 上、下滚筒装置分别由左右可伸缩切割滚筒、中间滚筒、滚筒减速机、联轴器、滚筒电机、销轴等组成。电机输出的扭矩通过联轴器传至减速机，减速后经输出装置驱动上、下滚筒反向同步旋转对物料进行切割，最终与刀盘切割形成的断面共同形成矩形断面。切割下来的物料通过刀臂、螺旋、铲板和刮板输送机将物料输送至后续的转载机上。上、下切割滚筒分别通过销轴和带位移传感器的举升油缸与主切割减速机相连。上、上切割滚筒两侧的边滚筒具有伸缩功能，同时上、下切滚筒具备升降功能，调车时全部缩回，工作时全部伸出。

3.3 本体的前端面与刀盘装置的主减速机相连，后部通过本体两侧的耳板，本体支撑油缸铰接到行走部上。履带行走机构由液压马达、减速机、履带架、履带链、驱动轮、支重轮、导向轮装置等组成。液压马达通过减速机及驱动轮驱动履带链实现行走。当高效掘进机空载或需要快速调动时可以获得较快的行走速度。当高效掘进机切割断面时行走速度将减慢，以获得较大的牵引力。

3.4 左右支架通过螺栓与履带行走机构相连。电控系统通过螺栓与支架相连。开关箱、控制箱、接线盒、本安键盘、语音报警器、矿用压力传感器、矿用流量开关、隔爆照明灯、隔爆型急停按钮、油温传感器、甲烷传感器、隔爆电磁阀、隔爆位移传感器、遥控发射器、遥控接收器及工作机构的各电机、激光导向组成了高效掘进机的电控系统。高效掘进机电控系统是整机的一大组成部分，与液压系统配合操作，可自如实现整机的各项生产作业，同时对切割、设备姿态和巷道掘进的精度、液压、电缆的绝缘等状况进行监控和保护。

3.5 液压系统由油缸、马达、操纵箱、泵站以及相互联接的胶管等组成。液压系统中比例多路换向阀主要片阀联具有两种控制方式：液压先导控制和电液控制。液压先导控制简单、操作性好，电液控制可根据设定程序实现智能切割，可实现远程控制，安全性好。

3.6 前、后临时支护通过螺栓与支架相连。前、后临时支护具有升降功能，在调车时降到最低位置，工作时升至最高位置，其作用是在设备进行锚护作业、设备维护时保证操作人员和设备的安全。前临时支护还具备有伸缩功能，维修人员进行截齿更换时伸出起到安全保护的作用。

3.7 铲板通过螺栓与下滚筒减速机相连，铲板两侧均具备伸缩功能，调车时缩回，工作时伸出。第一运输机通过连杆和销轴与铲板和支架相连，位于机体中部，双电机经减速机驱动链轮带动中单链刮板链组实现物料运输。

3.8 两台机载锚杆钻机通过螺栓安装在本体两侧，锚杆机靠长、短进给油缸的两级进给和钻箱的旋转实现钻孔和安装锚杆作业。除尘系统由内喷雾、外喷雾和机载除尘风机组成，起到灭尘作用。

3.9 水系统既为内喷雾、外喷雾和机载除尘风机提供水源，起到冷却截齿及灭尘的功能，同时还对水冷电机、减速机、液压系统进行冷却。

3.10 润滑系统主要用于高效掘进机主要部件的润滑，保证机器的正常运转，延长掘进机使用寿命。润滑系统分为集中润滑和分散润滑。

4 关键技术及创新点

4.1 全断面连续掘进：全断面高效掘进机的工作装置为双刀盘加上下横滚筒，切割时能一次成型，履带推进可实现连续掘进。

4.2 可伸缩的双刀盘加上下切割滚筒：工作时双刀盘及上下切割滚筒伸出，达到煤矿巷道需求的断面宽度。掘进机调车、维修、运输时双刀盘及上下左右切割滚筒缩回，避免了掘进机与侧帮锚杆刮碰，方便维修与进出相应的煤矿巷道。

4.3 可伸缩临时支护：前、后临时支护具有升降功能，工作时伸出至最高位置，在调车时缩回到最低位置，前临时支护还具备有伸缩功能，更换截齿时伸出起到安全保护的作用。

4.4 机载湿式除尘系统：系统为长压短抽的混合通风除尘方式，在掘进机工作面压入式通风风筒上增加了附壁风筒同时配合高效湿式除尘器，使之具有高收尘、高除尘效率。

4.5 激光导向：激光全站仪测量掘进机中的棱镜在巷道基准坐标系下的坐标，通过激光接收靶和传感器确定掘进机的姿态参数，控制器计算掘进机切割装置的坐标确定切割装置坐标相对于掘进计划线的轴向偏移量，并控制掘进机进行掘进。激光导向极大地提高了现有控制测量系统的自动化程度和施工效率，并可以极大地节约工程开销。

4.6 无线遥控：操作者通过遥控操作完成掘进机所有操作，并通过监视屏幕随时了解切割状态及位置，观察设备状态、故障分析与诊断。解决了在手动操作情况下的司机劳动强度大、舒适性差、施工安全性差等问题。