EBZ150 型掘进机的改进及应用研究

刘战新

（晋煤集团晋圣公司亿欣煤业有限公司， 山西 沁水 048200）

1 项目概况

晋煤集团王台铺煤矿位于山西省晋城市北东10 km 处，1964 年投产，矿井生产能力60 万t/a。王台铺煤矿井下巷道所使用的掘进机为EBZ150 型。EBZ150 型掘进机因服务年限较长，其设计缺陷逐渐暴露出来，该掘进机的截割系统和行走系统故障频繁发生。主要表现为：

该掘进机在急倾斜工作面作业时通过降低切割效率的措施来防止掘进机下滑[1]；掘进机行走系统为支重轮式，工作时履带板处于悬臂状态，容易导致履带板发生断裂，从而导致该掘进机在工作过程中，常因故障需要进行维修，降低了工作效率[2]。因此当前必须对其进行改造设计。

2 EBZ150 掘进机截割系统的改进设计

2.1 截割系统的改进设计方案

1）将以往的伸缩部件改进为悬臂结构，掘进机在作业过程中，通过减速器传递给花键套，再传递到截割头，从而实现破碎煤岩作用。

2）将截割头改进为锥形平头的结构，该改进措施有效降低了截割头的尺寸，降低其在转动时产生的扭转力矩。

3）改造掘进机内置的喷雾降尘系统。将掘进机喷雾系统活塞密封格圈改进为自动补偿装置，并将其密封在密闭壳体内，同时使用三层螺旋式喷嘴及外喷雾装置[3]。

2.2 截割系统改进的实施方案

1）截割系统采用悬臂结构，如图1 所示，主要包括联接座、花键套、外筒体、注油座、配水盘、接头座和主轴等部件。悬臂结构臂长设计为1.23 m，联接座长度设计为0.75 m，将悬臂结构代替原来截割头中缩部件的炮头结构。综合考虑悬臂抗扭强度以及铲板干涉等因素，将悬臂长度设置为1.12 m，连接座一端与截割头的外筒体连接，一端通过叉形架进行固定[4]。

图1 截割系统悬臂结构的实施示意图

2）将截割头结构尺寸由860 mm 改进调整为640 mm。同时将截割头改为锥形平头结构来降低截割头的扭转力矩。

3）对掘进机的喷雾系统结构进行改进。采用新型研发的自动补偿式的密封系统，将处在主轴位置上的补偿装置进行密封，同时加设环形油缸活塞提高密封效果。同时环形油缸活塞还可以避免喷雾系统漏水，密封效果理想。

3 掘进机行走系统的改进设计

3.1 行走系统的改进设计方案

1）为提高履带板的抗压强度，必须提前计算履带板的受力情况，掌握履带板的受力过程，从履带的受力过程出发进行改进设计，提高其抗压强度，以防止弯曲现象的发生。

2）针对掘进机在急倾斜工作面工作时，需要降低生产效率来防止因自重而发生的下滑现象，设计了一套液压助推装置，主要由推移装置、导向装置、弹簧板、导向套锚固装置及销轴等组成，装置采用铰链与掘进机连接，利用泵站压力推进千斤顶运动，该装置可以有效增加其在急倾斜工作面的动力，从而可以解决大倾角工作面上掘进机爬坡动力不足的问题。

3.2 行走系统改进的实施方案

1）使用ADAMS 软件对履带板进行重新设计，在节距不变的情况下，对履带板的尺寸大小及筋板位置进行调整，同时调高履带板整体强度。

2）在履带架体上焊接一套辅助支撑装置，该装置可以保障履带板的变形处在弹性变形范围内。

3）设计应用了一套新的液压助推装置，为125 mm 的推移千斤顶，同时通过密闭良好的导向套对千斤顶进行密封。

4）在底盘上焊接加强筋，该措施可以增大底盘与底板之间的摩擦力，提高应力强度。液压推进装置通过铰链和掘进机进行连接，泵站提供的外力作用于液压推进装置，液压推进装置促使千斤顶动作，最终千斤顶作用于掘进机，促使其向前运动。行走系统改进实施示意图如图2 所示。

图2 行走系统改进的实施示意图

3 工业性试验

3.1 试验工作面的条件

3.1.1 工作面的基本概况

王台铺煤矿2318 东运输巷从与十四采东边界输送机运输巷的联络巷处开门，沿S71°30W 方向掘进，掘至开切眼位置，全长约2 100 m。巷道服务年限约1.5 年。该巷道开门后前580 m 为实体煤掘进，580 m 后巷道沿2319 工作面采空区掘进，且巷道顶部为原2317 采空区，为顶空沿空送巷，本巷道进入终采线后巷道底板沿3 上煤层底板掘进。

巷道东部处于一背斜处，西部处于C6 向斜的轴部，煤层波状起伏，伴生5 条断层，落差最大2.1 m，裂隙及小断层发育。影响本巷道掘进的主要充水水源为2319、2317 采空区水和3 上煤层顶板砂岩水。工作面最大涌水量约20 m3/h，正常约4 m3/h。

3.1.2 巷道断面及支护方式

巷道断面均为梯形。自开掘位置起前160 m 范围内，巷道顶板沿3 上煤层顶板掘进，采用锚网带支护；在160～470 m 范围内，巷道下扎到3 上煤层底板，巷道底板沿3 上煤层底板掘进，采用锚网带结合锚索支护，巷道掘进毛断面面积为14.62 m2。巷道顶部铺联金属菱形网，按照700 mm×800 mm 间排距锚固M型钢带，每排布置6 根Φ22 mm×2 400 mm锚杆；帮部铺联金属菱形网，按照900 mm×800 mm间排距每帮布置4 根Φ20 mm×1 800 mm 锚杆。从470 m 处至开切眼位置，巷道在二分层掘进，顶空沿空，巷道底板沿3 上煤层底板掘进，采用12 号矿工钢梯形棚结合帮部锚杆支护，掘进毛断面面积为14.1 m2。架棚段每循环架1 棚，棚距为600 mm±50 mm，顶部、帮部铺联金属菱形网，并且帮部每两架棚在两帮按照1 200 mm 排距各打3 根Φ18 mm×1 800 mm 锚杆。

3.2 试验效果

将改进后的EBZ150 型掘掘进机于2016 年12月4 日在王台铺煤矿2318 运输巷投入工业性试验。试验期间该机运行正常，截割效率高，截割系统和行走系统无故障发生，巷道截割断面成形好，掘进巷道优良品率为100%。截止到2017 年3 月20 日，累计试验90 个工作日，掘进进尺1 582.9 m，折合进尺2 256.1 m。其中，第二阶段、第三阶段实际月进尺分别为573.3 m、657.6 m，折合进尺分别达802.6 m、920.6 m。工业性应用试验表明，改进后的EBZ150 型掘进机支护效果好，降低了工人的劳动强度，提高了掘进效率，掘进速度大幅度提高。