張曉東
佳木斯煤礦機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)研究院
掘錨機(jī)技術(shù)初步研究
張曉東
佳木斯煤礦機(jī)械有限公司設(shè)計(jì)研究院
本文描敘了掘錨機(jī)的內(nèi)在含義,介紹了國(guó)外掘錨機(jī)的最新使用情況,從煤礦掘進(jìn)裝備領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步、煤炭行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步及提高回采率等三個(gè)方面論述發(fā)展掘錨機(jī)技術(shù)的重大意義,從切割、支護(hù)、除塵等方面論述了掘錨機(jī)的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù),論述了掘錨機(jī)技術(shù)先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)。
掘錨機(jī)技術(shù);先進(jìn)性;創(chuàng)新性
掘錨機(jī)技術(shù)成熟于上世期90年代,它成功地把橫滾筒全寬截割機(jī)構(gòu)、裝載運(yùn)輸機(jī)構(gòu)、多臺(tái)錨桿機(jī)、履帶行走機(jī)構(gòu)和臨時(shí)支護(hù)頂梁組合成一臺(tái)機(jī)器,可以安全地連續(xù)不斷進(jìn)行掘進(jìn)或房柱式采煤作業(yè),為長(zhǎng)臂綜采工作面單巷或多巷快速掘進(jìn)創(chuàng)造了良好條件,是高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化礦井的理想配套設(shè)備。
1 促進(jìn)煤礦掘進(jìn)裝備領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步
二十多年來(lái)我國(guó)掘進(jìn)設(shè)備由簡(jiǎn)單的打眼放炮發(fā)展為煤巷、半煤巖巷道懸臂式掘進(jìn)機(jī)系列約十幾種機(jī)型,有力地推動(dòng)了采掘機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展,但是,我國(guó)煤礦掘進(jìn)裝備發(fā)展的技術(shù)途徑基本是增加裝機(jī)功率和機(jī)重,技術(shù)趨于單一,煤礦掘進(jìn)裝備技術(shù)沒(méi)有質(zhì)的變化,基本處于上世期80年代末國(guó)外同行業(yè)水平。掘錨機(jī)的研制將通過(guò)消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù),使我國(guó)現(xiàn)有掘進(jìn)裝備的技術(shù)水平有新的飛躍,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,并趕上國(guó)際先進(jìn)水平。
2 推動(dòng)煤炭行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步
①提高掘進(jìn)速度,緩解采、掘比例失調(diào)的矛盾,保證采區(qū)正常接替。
目前,隨著大功率采煤機(jī)的不斷推廣使用,大中型礦井正在積極發(fā)展高產(chǎn)高效、一礦一面的集約化生產(chǎn)匕模式。提高掘進(jìn)速度,使掘進(jìn)、采媒速度協(xié)調(diào),降低巷道維護(hù)費(fèi)用和掘進(jìn)成本愈發(fā)重要。據(jù)統(tǒng)計(jì),一個(gè)日產(chǎn)萬(wàn)噸工作面,煤層厚為3m,每天所需的巷道平均推進(jìn)速度為27m,每月為810m,按照掘進(jìn)超前采煤的要求,現(xiàn)有的懸臂式掘進(jìn)機(jī)的作業(yè)方式是無(wú)法實(shí)現(xiàn)掘錨高效聯(lián)合作業(yè),嚴(yán)重影響掘進(jìn)效率,不能滿(mǎn)足掘進(jìn)超前采煤的要求,從而影響采面接替和煤礦生產(chǎn)。
②掘錨機(jī)可促進(jìn)采煤方式的多樣化
目前我國(guó)許多礦區(qū)已開(kāi)始學(xué)習(xí)世界上先進(jìn)采煤國(guó)家的經(jīng)驗(yàn),在開(kāi)采方法上實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壁和房柱的聯(lián)合、掘進(jìn)和回采的統(tǒng)一,在長(zhǎng)壁工作面兩側(cè)各布置3—4條巷道??捎镁蝈^機(jī)進(jìn)行房柱式開(kāi)采,然后再進(jìn)行長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采。
③國(guó)內(nèi)急需掘錨機(jī)提高回采率,有效回收煤炭資源。
國(guó)內(nèi)普遍采用長(zhǎng)壁開(kāi)采方式,三下煤、邊角煤均無(wú)法有效開(kāi)采,使用掘錨機(jī)可以進(jìn)行房柱式開(kāi)采,對(duì)提高回采率、資源利用率,直接為煤礦產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益具有積極作用。除使用連續(xù)采煤機(jī)成功的神華礦區(qū)外,以?xún)贾莸V區(qū)南屯礦為例,采用房柱式開(kāi)采月進(jìn)尺達(dá)2000m,同時(shí)回收了”邊角煤和”三下煤”約兩千萬(wàn)噸。因此,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的眼光來(lái)看,該機(jī)組在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)前景十分廣闊。
掘錨機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)主要圍繞實(shí)現(xiàn)截割、錨桿支護(hù)聯(lián)合作業(yè)展開(kāi),結(jié)合國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),進(jìn)行攻關(guān)研究。可采用連續(xù)采煤機(jī)的擺臂截割形式,機(jī)載2臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)和2臺(tái)側(cè)幫錨桿鉆機(jī),一臺(tái)機(jī)載濕式除塵風(fēng)機(jī),一套臨時(shí)支護(hù)安全梁,使整個(gè)掘錨聯(lián)合裝備在進(jìn)行截割的同時(shí),進(jìn)行鉆孔,錨桿的安裝等作業(yè)。主要內(nèi)容如下:
1 掘進(jìn)和錨桿支護(hù)聯(lián)合作監(jiān)的機(jī)型總體設(shè)計(jì)
①優(yōu)化、確定高效掘錨機(jī)總體技術(shù)參數(shù);主要包括整機(jī)外形尺寸、總重量、總功率、切割功率及巷道斷面大小等;
②針對(duì)截割傳動(dòng)方式、升降臂最大抬起角度及最大截割高度、裝載部的結(jié)構(gòu),確定2臺(tái)頂錨桿鉆機(jī)在整機(jī)上的布置方式、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力匹配;
③根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用條件、機(jī)身高度及有效空間確定機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)的布置、固定方式,確定吸風(fēng)口的形式;
④操縱臺(tái)和材料庫(kù)的數(shù)量確定及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).
2 一次截割成形的橫滾筒全寬截割機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
掘錨機(jī)的截割傳動(dòng)系統(tǒng)不同于懸臂式掘進(jìn)機(jī)(包括縱軸、橫軸),在截割滾筒(或截鏈)驅(qū)動(dòng)方式和支承方式上有一定的技術(shù)難度,主要內(nèi)容如下:
①雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫滾筒式截割頭優(yōu)化設(shè)計(jì)(齒座、截齒及布置形式);
②雙驅(qū)動(dòng)截割減速器及傳動(dòng)方式設(shè)計(jì);
③截割滾筒伸縮機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì);
3 具有聯(lián)合作業(yè)功能的頂板、側(cè)幫錨桿鉆機(jī)作業(yè)方式和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
①比較二臺(tái)錨桿鉆機(jī)和四臺(tái)錨桿鉆機(jī)同時(shí)支護(hù)作業(yè)的可行性,確定最佳方案;
②二臺(tái)或四臺(tái)錨桿鉆機(jī)的功率匹配、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4 高效機(jī)載除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)
①針對(duì)機(jī)器最大截割斷面對(duì)通風(fēng)、除塵的要求,確定機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)處理風(fēng)量、與主機(jī)的動(dòng)力匹配;
②機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)的混流式風(fēng)機(jī)、振弦柵、噴霧除塵裝置等結(jié)構(gòu)和吸風(fēng)口位置的設(shè)計(jì);濕式除塵機(jī),能有效吸收巷道掘進(jìn)時(shí)的粉塵,粉塵經(jīng)風(fēng)機(jī)中的濕式除塵系統(tǒng)隨截割下來(lái)的煤巖運(yùn)走,凈化巷道空氣,保障工人身體健康。同時(shí),設(shè)備操作簡(jiǎn)單,大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。
5 高效掘錨聯(lián)合裝備比連續(xù)采煤機(jī)的功能更加完善
掘錨機(jī)是連續(xù)式采煤機(jī)與錨桿支護(hù)兩用機(jī),其設(shè)計(jì)宗旨是讓錨桿裝置靠近截割滾筒,使機(jī)器同時(shí)進(jìn)行截割、支護(hù)和除塵。通常,連續(xù)式采煤機(jī)沒(méi)有機(jī)載錨桿鉆機(jī),裝錨桿不能和掘進(jìn)聯(lián)合作業(yè),一次采全寬的巷道不能及時(shí)支護(hù),對(duì)于巷道頂板條件不好的巷道,影響作業(yè)安全,需停機(jī)進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè),影響掘進(jìn)(采煤)進(jìn)度,且不能實(shí)現(xiàn)單巷掘進(jìn)。
目前,掘錨機(jī)的代表產(chǎn)品有奧地利奧鋼聯(lián)公司生產(chǎn)的ABM20型、ABM12型、ABM14型、ABM30型掘錨機(jī),喬伊公司生產(chǎn)的12ED15掘錨機(jī),德國(guó)Paurat公司生產(chǎn)的E230型掘錨機(jī)。
l 通過(guò)對(duì)機(jī)型的總體設(shè)計(jì),使掘錨機(jī)的連采部件與機(jī)載錨桿鉆機(jī)、機(jī)載除塵風(fēng)機(jī)之間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理,動(dòng)作協(xié)調(diào),不干涉,實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)、錨桿支護(hù)聯(lián)合作業(yè)。該技術(shù)是我國(guó)煤巷掘進(jìn)設(shè)備中尚未采用的技術(shù)。
2 結(jié)合我國(guó)煤巷掘進(jìn)和錨桿支護(hù)施工工藝,對(duì)寬截割機(jī)構(gòu)、裝運(yùn)機(jī)構(gòu)、以及截割滾筒支承和推進(jìn)機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì),具有獨(dú)特設(shè)計(jì)原理和技術(shù)。
3 高效機(jī)載除塵技術(shù),包括大風(fēng)量濕式除塵機(jī)和高效外噴霧技術(shù),具有技術(shù)獨(dú)占性。
4 掘錨機(jī)研制成功,將大幅度提高掘進(jìn)速度,平均月進(jìn)可達(dá)1000米,年成巷10000米以上,具有相當(dāng)高的技術(shù)創(chuàng)新性。