EBZ前配套研究与应用

EBZ-150掘进机前配套技术研究与应用赵学雷，屈小兵，李卫涛（潞安矿业集团王庄煤矿,山西长治046031）摘要：综采、综掘技术的不断发展，是我国的煤炭生产水平得以长足发展的主要动力。而随着矿井产量的大幅提升，综掘速度慢已经成为制约矿井生产的主要因素。如何在影响煤矿生产这一瓶颈中有所突破，王庄煤矿先后在EBJ-120掘进机和EBZ-150掘进机上进行了大胆的探索，尤其是EBZ-150掘进机前配套在使用过程中具有更强的适应性，有较高的推广和应用价值。关键词：王庄煤矿悬臂掘进机掘进机前配套ResearchandapplicationaboutthetechnologyofEBZ-150RoadheaderwithboltingsystemZHAOXue-lei,QUXiao-bing,LIWei-tao(WangZhuangCoalMineofLu’anMineIndustryGroupcompany,ChangZhi046031,China)Abstract:ThedevelopingofminingtechnologyisthemainimpetusaboutthelongdevelopingofmineproducinglevelinChina.ButwiththeincreaseproductionintheCoalmine,theslowlyroadheadingisbecamethemainreasontorestrictthemineproducing.Howtosolvethisproblem,WhangZhuangCoalminedidtheresearchofEBJ-120andEBZ-150Roadheaderwithboltingsysteminturn,particularlytheEBZ-150Roadheaderboltingsystemhasthemorestronglyadaptionandhighvalueofapplication.Keywords:WangZhuangCoalMineCantileverRoadheaderRoadheaderwithBoltingSystem我国大多数矿井煤巷综掘施工一般采用悬臂掘进机配单体锚杆钻机的作业方式，这种作业方式存在的主要问题是综掘机开进退出非常频繁，锚杆机依靠人工频繁移动，造成辅助作业时间长、占用人员多、掘进效率低、工人劳动强度大。国外在发展快速掘进技术过程中，掘进装备多采用连续采煤机组，在同一台设备上实现了掘进与锚杆支护的一体化作业，但该机型体积相对较大，适应于巷道断面大，空顶距大的地质条件较好矿井，只在我国神华等部分矿井得到应用，还不能得到推广和使用。研发真正适应我国煤巷地质条件的掘进装备成为发展快速掘进技术的内在要求。1王庄煤矿掘锚技术发展历程鉴于王庄煤矿与国外相比在煤层条件、开采深度、巷道布置、巷道断面、护巷方式等方面有着明显的差异，因此，必须根据王庄矿的具体生产地质条件和使用要求研制开发与悬臂式掘进机配套的锚杆钻臂系统。该矿在2007年参与研发和使用了EBJ-120前配套机型，在进行工业性试验的基础上，针对该机型在实际使用过程中所存在的问题和不足，又随即开展了EBZ-150掘进机前配套的研发和使用工作，并于2008年8月份在该矿6207运巷再次成功进行了工业性试验，掘进工效有了明显的提高。2EBZ-150掘进机前配套研发应考虑的主要问题2.1悬臂式掘进机上加装前配套主要解决的难点1）加装的前配套锚杆钻机需要和掘进机配套工作，需要解决两者空间位置的布置；2）加装的前配套锚杆钻机有一定的调节适应性，能进行顶板和侧帮的锚钻作业，即立体式锚钻作业。3）加装的前配套要有可靠的临时支护系统，能够满足巷道临时支护需求。2.2前配套要满足的几个方面根据我矿井下的生产地质条件及150掘进机自身的要求，前配套要满足以下几个方面：1）掘进机加装钻臂后，左右两套钻臂操作阀的安装位置必须在永久支护下进行，并且不得超出掘进机的宽度和影响操作人员的视线。2）掘进机加装的钻臂道轨要有一定距离相互错开的交叉空间，力争实现中部锚杆或锚索的打设。3）临时支护系统的支撑力要满足临时支护需求，保证安全可靠。4）该锚杆机必须考虑每根锚杆两支药卷是否可以搅拌动，扭矩不小于150Nm。5）钻臂机架与窝头煤壁间距不低于2米，防止割煤时损坏。6）钻机钻箱的伸缩行程不得低于2.6米，便于顶帮锚眼的一次性打设，以加快钻机的打眼速度。7）钻臂支护高度高于3.5米，保证巷道高顶后锚杆的打设。8）研发的锚杆钻臂加上掘进机处的宽度，总宽度不得大于掘进机机身的宽度。2.3掘进机在校核方面应做到的几个方面1）在加装前配套钻臂后，掘进机油泵将始终处于工作状态，油温必将升高，要对掘进机的各部油路的密封垫的强度及耐高温的性能进行重新考虑。2）掘进机加装前配套钻臂时需对掘进机的冷却系统进行综合考虑，要满足对液压系统油温的控制要求。3）掘进机加装前配套钻臂后（钻臂重达4吨多），必须对掘进机行走部、回转台和截割头等的连接螺栓、升降油缸、左右回转油缸及各部关节的支撑性能和强度进行重新的核算。3结构介绍EBZ-150掘进机前配套在设计时，充分考虑到以上问题，注重提高采煤效率和安全措施，并增强掘进机前配套的适应性和灵活性，在结构上有如下特点：3.1EBZ-150掘进机前配套二级液压伸缩钻臂系统要实现掘锚联合支护，首要问题是解决掘进机和前配套的相互配合问题。在进行掘进时，前配套需安置在掘进机截割部的后方，使掘进机有足够的空间进行割煤作业；在进行打锚杆作业中，掘进机前配套需布置在巷道前端。为此采用二级液压伸缩钻臂系统将前配套安装在掘进机上，如图3-1所示。在（a）图中，前配套位于掘进机截割部后方，此时掘进机截割头可自由运动，进行正常的掘进工作，前配套对其不会产生干扰激荡。需要进行锚护作业时，如图（b）所示，前配套通过一套二级液压伸缩钻臂系统移动至掘进机前端，来进行锚护作业。(a)(b)图3-1EBZ-150C掘进机机载锚杆钻机掘进及钻锚位置两级液压伸缩钻臂系统是一套由液压缸驱动的伸缩装置，考虑到空间布置，采用二级伸缩来实现锚杆钻机的前后移动。伸缩装置安装在掘进机截割部的两侧，采用同步液压缸进行驱动。在前配套的伸缩过程中，考虑到掘进机铲头的空间位置会和锚杆钻机相干涉，同时为了避免影响钻机前移时操作人员的视线，整个EBZ-150A掘进机前配套的二级伸缩采用倾斜设计。该设计可以使锚杆钻机向上倾斜一定角度，使其避过掘进机铲头，如图3-2所示。图3-2EBZ-150C掘进机机载锚杆钻机倾斜设计3.2EBZ-150掘进机前配套立体锚钻系统如图3-3所示，EBZ-150掘进机前配套位于前端。在前端设有上下临时顶板支撑，实现锚杆钻机的稳定。锚杆钻机设计为左右各一个，这样方便进行顶板和侧帮的打锚杆作业。图3-3EBZ-150C掘进机前配套布置图两组锚杆钻机都具有横向轨道，可实现打锚杆时横向移动。同时，该滑轨还可以在侧帮打锚杆时调节锚杆钻机与侧帮的距离。两组锚杆钻机各有一套独立的翻转机构，可使钻机前后翻转，这个功能在打低帮锚杆时非常有效，能完成距底板600MM帮锚杆的打设，真正实现全锚支护。左右锚杆钻机有两组控制阀单独控制，操作工人可单独进行操作，操作阀安装在掘进机机身两侧，操作人员可站在两帮同时作业。3.3EBZ-150掘进机前配套临时支护系统在掘进支护作业过程中，快速可靠的临时支护是保证整个永久支护作业安全进行的基础和前提。如图3-3所示，EBZ-150掘进机前配套系统的顶板支撑和底板支撑分别由2个液压油缸撑柱组成，四个支撑圆盘采用球形连接的方式与油缸活塞杆连为一体，保证了与顶底板的充分接触。经实测，该顶板支撑能够承受30T以上的工作压力，充分保障了临时支护的可靠，液压伸缩方式也使得支撑快速高效，整个临时支护系统能够快速可靠的完成临时支护作业。4使用效果4.1使用巷道情况BZ150掘进机前配套在我矿6207运巷进行了工业性试验，断面采用目前国内大断面设计5×3.5m全锚网支护。4.1.1顶板支护锚杆长度为2.4m，锚杆间排距为1150×1000mm，每排采用φ22的高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆5根，树脂药卷加长锚固。巷道顶板采用锚索加强支护，每3排锚杆打一排2根锚索，锚索参数为φ17.8mm×8300mm。4.1.2两帮支护锚杆长度2000mm，锚杆间排距为900×1000mm，每排采用φ22的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆8根，左右帮各4根，两帮均铺设金属网和两根φ14mm长3300mm圆钢焊制的钢筋梯子梁。4.2工业性试验效果在工业性试验期间，最高日进尺达26m，平均日进尺达21m，最高月进尺达618m；相对于人工单体锚杆作业来说，工作面用人由原来的每班10人减少到6人，每班减少4人，进尺由原来的10m/天提高到21m/天，平均掘进工效由0.4m/工提高到1.2m/工，同时工人的劳动强度大大降低，安全系数也得到进一步的提高。5前配套锚杆钻臂系统结构特点研制的新型悬臂式掘进机前配套掘锚系统，是对EBZ-150掘进机进行的前端改造。使其可以完成掘锚联合作业，使掘进机能与锚护操作并行作业，完成顶板和侧帮的锚钻工作。与目前大多数掘进机机载锚杆机的设计思路有所不同，新型伸缩式立体掘进机前配套掘锚系统具有如下特点：1)在前配套和掘进机的空间布置上，采用二级液压伸缩装置使其互不干扰又能相互配合工作，完成掘锚作业。该布置模式，可以将前配套安装在掘进机上，使其与掘进机共同进退，无需再设计独立的行走装置；同时，在需要进行锚钻作业时，伸缩装置又能将前配套伸至掘进机前端进行作业。2)在锚钻设计上，将前配套设计成多自由度立体模式，以充分适应巷道环境，两个锚杆钻机能进行水平横移和旋转倾斜，可进行顶板和侧帮的锚杆、锚索支护作业。3)前配套临时支撑系统采用四个液压缸体支撑，每个钻臂还有自身的临时支护，这样打造的四点一面支护系统可承受的工作压力大，临时支护快速可靠。4）钻机扭矩大，钻进速度快，可满足不同煤岩硬度下的支护需求。5）前配套钻臂系统以150掘进机的变量液压系统为动力源，动力输出有保证，且整机的各种工作模式下，液压系统的油温可以得到有效控制。6结束语王庄煤矿在EBZ150掘进机前配套掘锚机组上所进行的新的实践和应用，是对我国目前采掘技术改进所进行的大胆尝试，为研制真正适应当前中国多数地区煤巷条件的掘锚机组积累了新的经验，有着较高的推广和应用价值。参考文献：[1]赵学雷，徐向东，王进堂.国产EBJ-120型掘进机实施掘锚一体化技术[J].煤矿机械,2008(2)作者简介:赵学雷(1967-),河南灵宝人,高级工程师,王庄煤矿机电矿长,1990年毕业于焦作矿院机制专业,从事煤矿机电管理和机电技术工作.联系人：李卫涛联系地址：山西省长治市郊区故县王庄煤矿机电中心设备科邮编：046031联系电话：0355-593211613453596543