悬臂式综掘机干涉问题分析及解决措施

靳小蕾

(霍州煤电集团汾河焦煤股份有限公司回坡底煤矿，山西 临汾 041600)

0 引言

近些年来，随着科学技术的不断前进，我国煤炭开采行业机械化、自动化程度不断提升，与煤炭开采相关的机械行业也取得了长足的发展[1-3]。随着煤炭开采机械化普及程度不断提高，矿井回采工作面的推进速度越来越快，越来越多的工作面日产超万吨，然后巷道掘进由于受到诸多因素影响，速度较为缓慢[4-7]。很大一部分矿井采掘接替紧张，甚至有些矿井生产面临无面可采，生产出现停滞。为了缓解矿井采掘矛盾，实现矿井巷道的快速掘进，大力发展综掘机械是矿井的必然选择。

悬臂式综掘机由于可以实现煤岩的破碎、装料、行走，同时还具有喷雾、降尘等功能，在煤矿井下的应用日趋广泛，悬臂掘进机出现故障会影响矿井的正常工作安排，甚至可以直接影响矿井的生产[8-9]。山西某矿采用的EBZ-120C悬臂综掘机，该设备经常出现的干涉问题，影响矿井巷道掘进进度，基于此，笔者对悬臂综掘机干涉问题展开研究，以期能更好地促进悬臂式综掘机在矿井中的应用，提升矿井生产效率。

1 悬臂综掘机结构组成

悬臂综掘机主要由机头的截割部、机械润滑系统、铲板部、运输机、行走部、后支撑部、电气及控制系统、液压及控制系统、水系统及其他附属部件构成，其结构组成如图1所示。综掘机工作时，专职操作司机在操作台上操作相关的按钮，实现悬臂综掘机各个液压元件的运转，通过改变液压元件中的流量及压力，来实现液压缸前进进尺的控制，达到控制悬臂综掘机进尺及上下移动的目的，悬臂综掘机截割部按照预先设计的工艺线路进行运动，经过多次作业最终切割出了预先设计的巷道断面。

图1 悬臂综掘机结构组成

2 悬臂综掘机干涉问题分析

2.1 理论分析

EBZ-120悬臂综掘机在井下施工过程中，发现综掘机的切割部容易与铲板部出现干涉，从而时常造成综掘机的截割部与铲板部局部地方出现损坏，综掘机出现故障的频次增加，掘进工作面需要多次井下电焊作业，设备维修工作量大，同时综掘机的井下运行效率低，月平均进尺仅约300 m，达不到综合机械化掘机施工的平均水准，而且综掘机配件费用支出较大。悬臂综掘机干涉问题给矿井巷道正常掘进及巷道掘进安全带来严重不利影响。图2为悬臂综掘机截割头尺寸示意图。

图2 悬臂综掘机截割头尺寸示意图

图2中l1表示为掘进机截割壁长度；l2表示铲板的长度；l3表示干涉长度；l4表示为转载装置长度；B1、B2分别表示截割壁厚度以及装置的厚度；H、H1、H2分别表示为截割头卧底的深度、截割壁安装高度、装置安装高度；φ1以及φ2分别表示为截割壁以及铲板的最大运动范围。正常工作状态时，综掘机截割部A′与铲板A″之间不发生干涉，也就是说A′与A″两点之间的距离D大于0。A′与A″两点之间的距离D可以由下述公式计算求得。

(1)

2.2 原因分析

通过对悬臂式综掘机工作原理及井下干涉情况的综合分析，综掘机截割部与铲板部发生干涉的主要原因有如下几点。

设计缺陷：井下使用的悬臂综掘机切割部限位装置机铲板部均不同程度的存在设计缺陷，在对悬臂综掘机切割部及铲板部设计时仅仅考虑了各自单独运行时的运转特性及运动范围，忽视了切割部与铲板部同时工作中存在轨迹重叠的情况，而且悬臂综掘机切割部安设的防干涉设备起不到相应的防干涉作用，切割部防干涉装置与铲板部限位模块错位，限位装置不能起到相应的保护作用，引起切割部与铲板部时常发生干涉。

控制精度：悬臂式综掘机截割部及铲板部均采用传统的液压油缸设备调减设备对其的伸缩量进行控制，传统的液压油缸在具体的工作过程中无法实现运行速度和运动位移的精准控制，这些控制出现的误差也容易导致设备的截割部与铲板部出现干涉现象。

限位匹配：悬臂综掘机的铲板部安装的限位装置尺寸设计与铲板不匹配，导致挡板与截割部出现干涉。在综合掘进机具体工作过程中，挡板部在预先设计的范围内正常的进行上下移动，截割机在垂直方向的最下部进行卧底切割的同时铲板部缓慢的开始向前进行移动，并达到卧底最大深度处。在井下对切割部及铲板部在这个阶段运动的情况进行仔细观察，并测量切割部液压油缸随卧底切割的变化、铲板部液压油缸随铲板运动的变化情况，经过现场多次的重复观测测量，最终发现铲板液压油缸伸出0～70 mm范围、截割部液压油缸伸出80～250 mm范围时，截割部可以实现最大范围的垂直和水平移动，铲板部及截割部未出现干涉现象。当铲板液压油缸伸出至70～80 mm范围内时，铲板与截割部发生干涉现象，影响综掘机的正常运行，且截割部与铲板发生干涉后，截割部及铲板均出现不同程度的磨损，当多次干涉后，截割部截割头或者铲板会出现不同程度的损坏，给矿井巷道的正常掘进及井下的安全生产带来严重的不利影响。表1为综掘机截割部与铲板部干涉情况。

表1 综掘机截割部与铲板部干涉情况

3 解决措施与效果分析

3.1 悬臂截割部与铲板部干涉解决措施

根据井下实际条件，在对悬臂干涉出现原因分析的基础上，根据现场截割部与铲板部液压油缸伸出不同距离干涉发生情况，提出如下干涉措施。

数字油缸控制措施:采用更为先进的具有能够精准控制油缸行程、速度的数字化油缸替换原有的传统油缸，数字油缸的工作原理与传统油缸相似，但数字油缸可以实现油缸扭矩按照一定的比例进行扩大，从而达到数字油缸在一定负荷状态下的运转，采用计算机控制的数字油缸代替传统油缸后可以对各运动单元实现精准控制，从而实现综掘机各运动单元精准动作的目的，设备如图3所示。

图3 数字油缸控制示意图

铲板结构的优化设计：对综掘机铲板结构后面的挡煤板限位装置的尺寸进行更为合理的优化设计，根据截割部与铲板出现干涉的原因及挡煤板设计的缺陷，将原挡煤板限位装置的高度降低50 mm，宽度增加50 mm，从而既能达到限位又能实现截割部与挡板不干涉的目的。

3.2 效果分析

通过对综掘机进行技术改造后，综掘机的运行效率明显提高，设备的故障率明显降低，通过一段时间的统计数据分析，综掘机的单月掘进速度较改造前提高了将近50%，设备的故障率降低了约40%，综掘机的平均检修时间较改造前缩短了将近26%，综掘机月配件消耗的金额下降了30%。

通过对综掘机进行改造，解决了综掘机干涉问题，为保证巷道的安全快速掘进创造了有利的条件。效果指标见表2。

表2 效果指标

4 结语

悬臂式综掘机的使用，增强了矿井巷道的掘进效率，使用的综掘机若出现干涉问题，则会制约巷道的高效掘进，同时增加生产投入。文中对该矿采用的EBZ-120悬臂综掘机干涉产生原因进行分析，并制定了合理的改造措施，有效地保证了矿井巷道的高效掘进。