煤矿掘进机大角度拐弯装备技术研究与应用

范红斌 毕圣昊

（1.山西潞安环保能源股份有限公司常村矿，山西 长治 046200；2.辽宁工程技术大学 系统工程研究所，辽宁 葫芦岛 125105）

煤矿巷道开口是煤矿巷道掘进过程中一项比较麻烦和复杂的工作[1-5]，煤矿巷道开口常常是大角度或者垂直转向开口。由于开口施工的非正规性和条件的多变性，通常采用人工开口，开口效率非常低，工人劳动强度大。近几年，一些煤矿队组采用掘进机开口转弯掘进，有效地提高了掘进效率[6]。但目前各种掘进机在设计和制造中，仅考虑直线掘进或拐弯角度较小情况下掘进，在大角度情况下掘进工作困难。因此对煤矿掘进机大角度拐弯设备技术的研究，具有重要的技术价值和良好的经济效益。

1 矿井掘进情况

常村煤矿掘进工作面瓦斯高，不允许炮掘开口，只能采取人工风镐开口，煤矿巷道开口存在问题较多，例如开口效率低、安全性差、用人多、工人劳动强度大等。表1 为某巷开口掘进方式及进度情况。

从表1 可得，目前煤矿巷道掘进效率低，特别是人工风镐开口的效率最低，工人劳动强度较大。常村矿一共有十几个掘进队，每个队月掘进进尺在300 m 左右，年掘进进尺在3000 m 以上，全矿年掘进进尺在万米以上。在巷道掘进中，常常有很多巷道需要开口，巷道开口的角度也不尽相同，有45°开口，有90°开口，甚至135°开口，开口角度的增大给煤矿巷道开口带来更多问题和更大难度。

2 掘进机大角度拐弯装备技术

2.1 相关装备介绍

为了井下安装试验，选择EBZ160 掘进机为研究配套机型。EBZ160 掘进机刮板输送机位于掘进机机体中部，为边双链刮板式运输机，运输机分前溜槽、后溜槽，前、后溜槽用M20 高强度螺栓联接，运输机前端通过销轴与铲板部连，后端与后支撑铰接。刮板运输机驱动装置通过液压马达直接驱动链轮，带动刮组实现物料运输，驱动装置主要由驱动架、马达、输入轴中间轴、马达座、链轮等组成。

与EBZ160机配套的转载皮带机为800皮带机，最大长度约16 m，机头架与机尾架直接连接的长为4 m，常规中间架长度为3 m，最大总重量3.5 t 左右。其皮带架内宽990 mm，外宽1090 mm，机尾滚筒直径200 mm，机尾架高280 mm，机尾连接板为二立板，通过立销和燕尾架夹头与掘进机机尾连接柱连接，连接柱上立孔直径为72 mm，连接销直径为70 mm。

本装备安装过程为掘进机刮板机通过改进后的连挂装置与转载皮带机相连，其改进连挂装置如图1，其中转载机机架可以一个转轴为中心上下摇摆，并将水平旋转的立轴放在转载机机架下，加大掘进机刮板机与转载皮带机的可转动角度。

图1 掘进机刮板机与转载皮带机的改进连挂装置

2.2 装备技术原理

以几何学理论和运动学理论对该研究设计进行分析，研究出一种实现掘进机大角度拐弯开口掘进的一种基本机理，机理为“后部运输机机尾以前部运输机的落煤抛物线的垂直中心为其旋转中心”，其工作原理如图2。

图2 掘进机大角度拐弯装备工作原理

当掘进机刮板机（一运）在额定速度运行时，以一运机头煤流落到转载皮带机（二运）上的近似长方形中心垂直中心线作为二运机尾水平旋转的垂直中心线，同时在满足二运皮带机接煤皮带宽度大于一运煤流长方形对角线长度的条件下，当二运与一运相对水平旋转不发生干涉时，就能够实现掘进机与二运之间的大角度拐弯与煤炭的正常转载。通过改进，实现掘进机与转载皮带机（二运）之间的正负100°位置拐弯。

3 应用效果及应用效益

该掘进机大角度拐弯装备在常村煤矿N-3 轨顺巷进行了工业性试验，试验结果为该设备可正常工作，转载皮带机（二运）能够实现正常拐弯，并能够与掘进机刮板机（一运）很好地对接，使掘进机截割煤炭后能够通过一运和二运顺利运出。

3.1 经济效益

经过初步计算，使用该技术装备进行开口，效率可达到每个小班掘进巷道2～3 排，是人工风镐开口的4～6 倍。开口15 m 可以减少掘进时间4 d 左右，节省工数40 个左右，按照每个工数工资为400 元计算，开一个口可以节省资金1.6 万元。我国一年约有10万个新开口，若该技术应用于我国所有矿井，可节约资金16 亿元。

3.2 安全效益

研究和实现掘进机大角度拐弯开口技术和装备技术，该设备可在正负100°位置拐弯，能够替代人工风镐开口和炮掘开口，提高掘进大角度拐弯开口工作效益的同时，也减轻了工人的劳动强度，降低了工人受伤的风险，进一步保证了工人的安全与健康。

4 结论

以往掘进机只能直线掘进或拐弯角度较小情况下掘进，不能在大角度巷道拐弯掘进，具有较大局限性。通过对掘进机大角度拐弯装备技术的研究，使得掘进机与转载皮带机（二运）之间能够进行正负100°位置拐弯，并在掘进机大角度拐弯开口时，一运机头煤炭大部分能够落在转载皮带机（二运）皮带上，满足转运生产要求。该装备技术提升了掘进机拐弯开口的角度，提高了掘进效率，降低生产开支费用，减轻人工劳动强度和减少人员伤亡，为掘进工作安全与高效生产提供了技术保障。