辅助助推装置在大坡度综掘中的应用

丁希阳 吴士全 张经龙

（汶上义桥煤矿有限责任公司，山东 汶上 272500）

通常情况下掘进机爬坡能力不大于18°，在大坡度上山掘进时，掘进机受限于爬坡能力，容易出现爬不动、履带打滑、机身失稳等问题，影响掘进提质提效又因反复退机、调机而威胁安全生产。汶上义桥煤矿有限责任公司通过使用大坡度掘进机辅助装置助推掘进机爬坡，极大地提高了大坡度上山掘进工效。

1 概况

汶上义桥煤矿有限责任公司3301 工作面轨道顺槽按289°方位角沿煤层底板掘进，煤层倾角6°～18°，平均倾角12°，因揭露断层局部区段倾角达到22°～25°，远远超过掘进机的最大爬坡能力，需安装并使用大坡度掘进机辅助装置。

1.1 巷道断面

巷道设计断面：矩形，净宽4000 mm，净高3500 mm，荒宽4200 mm，荒高3600 mm。为满足大坡度掘进机辅助装置空间需求，巷道净宽调整至4200 mm，荒宽调整至4400 mm。

1.2 设备配置

（1）巷道掘进期间使用EBZ160 型悬臂式掘进机破煤，破碎的煤矸通过铲板、双边链刮板式第一运输机搭接桥式皮带转载第二运输机向外运输。掘进机性能参数见表1。

表1 掘进机性能参数表

（2） 在EBZ160 掘 进 机 后， 安 装 使 用DPD25/200 大坡度掘进机辅助装置，通过辅助装置伸缩油缸助推掘进机爬坡。该辅助装置可以实现爬坡、拉移跑道、行走等功能，能够助推掘进机在±25°巷道中行走和进行截割作业。大坡度辅助装置性能参数见表2。

表2 大坡度辅助装置性能参数表

（3）大坡度掘进机辅助装置主要由主体框架、支撑梁、行走机构、底撑组件、推拉油缸、后拉油缸和液压系统组成，由液压执行元件和机械机构实现上推和下拉动作，从而实现掘进机的前进和后退。大坡度辅助装置结构示意图如图1。

图1 大坡度辅助装置结构布置示意图

2 大坡度掘进施工工艺

2.1 安装辅助装置

（1）设备入井前将辅助装置拆解为主机架、左右行走机构、底撑组件等11 分部。该辅助装置最大不可拆件为支撑架组，尺寸为3490 mm×1765 mm×1411 mm，质量为584 kg。

（2）辅助装置在井下组装的顺序：主机架、左右行走机构、底撑组件→连接架组焊、推拉油缸→支撑架组焊、上夹板组焊→立柱组件、浮动支撑→顶撑框架、中间框架。

2.2 操作前的准备工作

（1）前移或后退前先查看附近顶板情况，确定顶板在辅助装置撑顶状态下不会出现顶板垮落、煤矸掉落等情况。

（2）撤离辅助装置工作区域前后10 m 范围的作业人员，并在辅助装置10 m 外设置警戒。

（3）开动掘进机前，确保辅助装置手柄全部处在中位。

（4）检查推拉油缸位移，若推拉油缸处在最大行程时，不得强行开动掘进机拖拽辅助装置。

2.3 辅助装置操作措施

（1）掘进机固定，辅助装置向前行走跟进

首先操作阀组收起立柱油缸和底撑油缸，期间如果辅助装置相对巷道偏向一侧，可通过调整油缸伸出调整辅助装置至巷道中间位置；再操作辅助装置行走机构，向前行走，直到推拉油缸接近于最短位置；最后将底撑油缸撑底至履带悬空，伸出立柱油缸加压稳固撑住顶板。

（2）辅助装置跟进、稳固支撑后，辅助掘进机掏槽、切割、装运

辅助装置推拉油缸向前推动掘进机进行掏槽，掏槽深度一般以800～1000 mm 为宜。此时推拉油缸处于行程中间位置，且对掘进机保持恒定的推力（上山）或拉力（下山），从而保证掘进机可以在一定范围前后、左右自由移动，完成截割一排锚杆的作业。截割完成一排锚杆后，若辅助装置推拉油缸行程处于中间位置，可直接助推掘进机向前行走进行下一循环的作业；若辅助装置推拉油缸剩余行程不足一排距，则需向前移动辅助装置。

（3）掘进机、辅助装置长距离（超过推拉油缸行程距离）前、后移动

如果坡度较大，在巷道坡度超过掘进机爬坡能力时，采取迈步式移动，即掘进机移动时辅助装置必须稳固支撑，辅助装置移动时，掘进机必须停止移动，每次移动距离不得大于推拉油缸行程。如果坡度较小，无设备下滑风险，可同时操作掘进机、辅助装置长距离行走。

（4）拖动皮带机尾跑道

先稳固并撑紧辅助装置，伸出后拉油缸，通过绳索连接皮带机尾；再收缩后拉油缸，向前反复循环拖动皮带机尾，直至将皮带机尾拉至合适位置。

（5）掘进机向后退时，辅助装置辅助后拉掘进机

因巷道起伏不定，需后退掘进机时，将辅助装置推拉油缸伸出长度调至最长状态，再将辅助装置底撑油缸撑底至履带悬空，辅助装置立柱油缸伸出撑顶。掘进机后退期间，辅助装置同时收缩推拉油缸辅助向外拉掘进机。

2.4 操作流程

掘进机开机、启动油泵→收回上支柱→收回下支柱→操作左右履带前进把手→收回油缸、辅助装置向前移动→松开左右履带前进把手→松开推拉油缸、收回把手→下支柱上升、履带悬空→上支柱上升撑紧顶底板→上下支柱达到初撑力、履带悬空→拨动辅助装置推拉油缸操作把手→油缸伸出、提供恒定推力→辅助掘进机爬坡前行。

2.5 安全注意事项

（1）底撑油缸未将行走机构撑起至离开地面前，立柱油缸撑顶至溢流阀未溢流前，不得伸出或缩回推拉油缸用于辅助掘进机上坡或下坡，不得用于上山作业辅助掘进机切割，不得用于上坡拉运输机。

（2）底撑油缸和立柱油缸未完全缩回前，不得移动辅助装置。

（3）不使用辅助装置时，需将手柄恢复至中位。

（4）当掘进机后退至油缸最短位置，会触发保护，自动停止掘进机后退。掘进机向前至油缸最长位置，无此功能。

（5）在放下和收起底撑油缸之前，应确保无人员在履带和底撑油缸下面和边缘。

3 应用效果分析

3.1 辅助装置的优点

（1）工效进尺显著提高。使用辅助装置前，因掘进机爬不动或机身失稳不便截割等原因，一个班次均进尺只有1 排锚杆0.9 m。使用辅助装置后可以向前助推并提供稳定的推力，保证了掘进机的正常截割，班均进尺提高至3 排锚杆2.7 m。

（2）劳动强度显著降低。因掘进机爬不动需反复垫煤降低机身坡度，而掘进机前进后又不能退机铲地，以致掘进机后留有大量的积煤，拉移皮带前需人工清理浮煤，工人劳动强度极大。使用辅助装置后，有效避免了积煤现象，从而降低了职工劳动强度。

（3）安全系数大幅度提升。未使用辅助装置前，受限于掘进机爬坡能力，掘进机向前爬坡时需安排专人在机身两侧垫枕木等物料结实履带于底板，而掘进机机身与帮壁间隙较小，人员在此作业安全风险极大。使用辅助装置后，由液压油缸向前助推掘进机，安全性能高。

（4）工序简单，能保证掘进机性能发挥。使用耙装机辅助施工时，耙装机与掘进机之间可以作为临时储矸仓，能够柔性储存煤矸，实现集中出矸，但是操作耙装机和不连续出煤工序繁琐，使用大坡度辅助装置不影响掘进机的连续出煤效能。

3.2 存在的问题及改进方向

（1）支撑梁撑紧顶板时，压力达21～25 MPa，支撑梁顶梁框架接触顶板会破坏顶板支护锚杆，因此需加工使用“凹槽”木墩接顶，在顶板起伏不定时要在木墩中间掏槽让出锚杆空间，防止顶梁加压时破坏顶板锚杆。

（2）推拉油缸行程只有2 m，在保证每个班次3 排锚杆的前提下，每个班次平均需要前移2 次辅助装置，耗费有效掘进工时，若适当更换油缸加长行程至3 m，在一定程度上可以提高掘进工效。

4 结语

汶上义桥煤矿有限责任公司在大坡度煤巷掘进期间，安装并使用大坡度辅助装置助推掘进机行走和截割，经过实践检验，相较于垫枕木、施工底板凹槽、打锚索牵引以及使用耙装机辅助等传统方案，掘进工效可提高2～3 倍。该工艺工序简单、掘进工效显著、职工劳动强度低且提高了安全系数，为综掘大坡度施工提供了参考经验。