EBZ220T 型掘探一体机的设计与应用实践

朱善建

（霍州煤电集团洪洞亿隆煤业有限责任公司，山西 临汾 041612）

洪洞亿隆煤业井田面积为5.941 2 km2，矿井总保有储量为6227 万t，主要开采1#煤层，设计生产能力为60 万t/a。亿隆煤业5 m 大采高采煤工作面结束后，1 煤合并层转入1-2煤近距离煤层开采，但受上覆采空区大量积水影响，必须对1-2煤层顶、帮进行严格的钻探。1-2煤层工作面巷道原采用ZY3200 型探水钻机进行钻探，存在单次探水时间长、巷道掘进单进水平低等问题。因此考虑将液压钻机集成在掘进机上，开发掘探一体机[1-6]，实现掘、探连续作业是非常有实践意义的。

1 1-2 煤层工作面钻探情况分析

1-2煤层工作面原采用ZY3200 型煤矿用全液压坑道钻机进行探放水钻孔钻探，技术参数：转矩3200 N·m，额定转速50～175 r/min，主轴倾角0°～90°，给进/起拔力102/70 kN，钻进深度为300 m，配套钻杆Φ63.5 mm，电动机功率45 kW。

从1-2煤层工作面探放水钻孔钻探的情况来看，钻探效率低下，单进水平降低，主要表现为：工作面单次探水时间从1.5 d 增加到2.5 d，钻探进尺从260 m 增为420 m，单进水平由420 m 降为250 m。分析原因主要为：施工巷道狭窄，ZY3200 型钻机人工搬运过程缓慢，施工安全隐患较多；施工每个钻孔都需要对钻机进行运输、安装、底锚固定、调试方位角和倾角，作业时间长，劳动强度大；钻机停放在巷道内，占用空间位置，影响材料运输。

2 EBZ220T 型掘探一体机的设计

2.1 EBZ200T 型装备研发

结合1-2煤层工作面现场实况，为解决钻机探放水钻孔钻探而降低巷道单进水平的问题，从优化施工工艺及智能化建设的角度考虑，提出将ZY3200型煤矿用全液压坑道钻机和EBZ220 型悬臂式掘进机集成为一体，实现掘探一体化作业。

2.2 结构分析

对EBZ220 型悬臂式掘进机进行改造，将掘进机操作台、电控箱由机身左侧移至右侧，在左侧行走部履带上方安装ZY3200 型钻机，钻机与掘进机共用一套动力源。改造后的EBZ220T 型掘探一体机结构如图1，主要包括截割部、装载部、刮板输送机、机架、行走部、液压钻机、电气系统、液压系统等部件。

图1 EBZ220T 型掘探一体机结构示意图

（1）截割部。切割部由160 kW 的双速水冷动机提供动力，通过轴套传至二级行星减速器，经悬臂段，将动力传给切割头，通过切割头的旋转和履带推进实现钻机运动，通过切割头的旋转和升降以及回转台水平回摆实现径向切割，破碎煤岩。

（2）液压钻机。液压钻机由基座、滑轨组件和钻臂系统组成，布置在机身左侧，液压钻机系统布置情况如图2。物探液压系统与掘进机液压系统集成并相互闭锁，通过操作各机构的动作来实现掘进工作面探孔的前探工作，符合“有掘必探，先探后掘”的煤矿安全施工要求，实现了掘探平行作业，提高了掘进工作面的施工效率。

图2 液压钻机系统布置示意图

2.3 技术参数

EBZ220T 型掘探一体机主要技术参数：机身长×宽×高=11 m×2.8 m×2 m，机重56 t，截割功率220 kW，可截岩石硬度≤80 MPa，适用巷道坡度±18°，可掘最大宽度和高度4.0 m×5.5 m，钻机技术参数同ZY3200 型钻机技术参数一致。

3 工业性试验

3.1 工程概况

亿隆煤业1-2煤层1-2-217 工作面辅运输大巷设计长度1845 m，巷道设计为梯形，掘毛上/下宽为3.75/4.78 m，掘毛高为2.86 m，掘毛断面面积为12.20 m2，掘净上/下宽3.45/4.44 m，掘净高2.69 m，掘净断面面积10.61 m2。巷道为半煤岩巷，4-2煤层为1.1～2.4 m，平均厚度1.8 m，采用锚、网+锚索+架棚+底梁联合支护技术。1-2-217 工作面上覆1-1-203 工作面采空区，两煤层层间距为0.7～3.9 m，为近距离煤层。受上覆1-1-203 工作面采空区大量积水影响，必须做好防治水工作。

3.2 钻探设计

根据亿隆煤业4-2煤层工作面的地质报告情况，确定碛头为探水线，设计钻孔5 个，钻孔孔深80 m，钻孔超前距30 m，允许掘进距离50 m。

根据EBZ220T 型掘探一体机机载探水钻机适用条件，对探放水设计进行优化，探眼调整为偏中眼，本煤层设计钻孔1 个，帮部钻孔2 个，顶板钻孔2 个。探水钻孔设计参数见表1。

表1 探水钻孔设计参数

3.3 工艺流程

3.3.1 掘进工艺

将液压系统切换至掘进液压系统回路，司机开机→由巷道中下部进刀，由浅入深，左右摆动，达到设计截割深度，按路线截割→断面完成截割后，升前探梁，掘进机闭锁→支护作业→下一循环。掘进作业时，液压钻机处于闭锁状态，不影响截割部的正常作业。

3.3.2 钻探工艺

（1）钻探工作的“四到位”。电话、支护、排水系统、迎头水泵全部准备到位。

（2）钻机准备。掘进机截割结束后，将截割头摆到掘进机右侧落地。在主操作台位置，切换三通球阀，切换液压系统回路，操作基座滑动控制手柄，将基座推到滑轨最前端，安装钻杆、钻头和注水器，准备钻探。

（3）钻机位置调整。通过两位三通球阀将钻机液压系统切换到钻架操作位置，根据探孔位置布置，并操纵钻机使其到达合适位置。

（4）钻探通过两位三通球阀将探水钻机液压系统切换到钻机操作位置，通过操纵钻机操作台上各自的控制手柄来实现钻探和起拔。

（5）钻探完成后将基座退回到滑轨组件最后面，将钻臂左摆一定角度，使钻机与左行走支撑板平齐，探水结束。

3.4 应用效果

从EBZ220T 型掘探一体机在1-2-217 工作面辅运输大巷的现场应用情况来看，该掘探一体机与原ZY3200 型煤矿用全液压坑道钻机对比，工作效果较为显著，主要体现在五个方面：

（1）安全。ZY2300 型探水钻机进出钻需要进行人工运输，而掘探一体机采用机械自移，提高了钻机运输过程中的安全系数。

（2）劳动强度。掘探一体机实现了移钻、调钻机械化，节省了钻机、操作台、油泵的人工安装和固定工序，大幅降低了操作人员的劳动强度。

（3）人员工效。使用ZY3200 型探水钻机钻探，防治水队需配备3 名操作工，队组配备4 名职工移钻；使用掘探一体机钻探，防治水队仅需配备1 名操作工，队组配合3 名职工，提高了人员工效。

（4）作业工序。掘探一体机探水作业结束后，通过液压系统的转换，能够直接进行掘进作业，实现掘、探连续作业。

（5）单进水平。每次探水掘探一体机进钻机节省230 min，钻探一根1.5 m 钻杆节省2 min，调钻1 个眼节省15 min，回撤钻机节省175 min，回撒钻杆节省30 min，一循环钻探作业增加约21 h 生产时间。每次探水可节省2.6 个小班，每月探水5 次，节约13 个小班，月进尺可提高45.5 m。

4 结论

（1）通过对EBZ220 型悬臂式掘进机进行改造，开发了掘探一体机能够实现掘、探连续作业，适用于中小断面的掘探一体化作业。

（2）EBZ220T 型掘探一体机安全系数高，设备损耗较小，在提高防治水安全管理和单进水平方面效果显著，具有较好的推广价值。