十三臂掘錨一體機研發(fā)與設(shè)計

孟超杰

(大同煤礦集團(tuán) 同家梁礦，山西 大同 037003)

掘錨一體機是煤機研發(fā)領(lǐng)域中難度最大的設(shè)備之一。十三臂掘錨一體機是以掘錨一體化設(shè)計理念為核心，將掘進(jìn)裝備、臨時護(hù)架、錨桿鉆機群、自動托送網(wǎng)和上鋼帶等系統(tǒng)進(jìn)行一體化設(shè)計。將整機分為截割區(qū)、支護(hù)區(qū)、及時錨固區(qū)、穩(wěn)定補支區(qū)、控制區(qū)和后勤補給區(qū)，使掘進(jìn)裝備既可以完成割煤、清煤的工序，又具備臨時支護(hù)，鉆孔，安裝緊固錨桿，自動托送網(wǎng)和上鋼帶的功能，實現(xiàn)了截割與支護(hù)協(xié)同作業(yè)。本文主要就十三臂掘錨一體機的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析[1-3]。

1 分區(qū)設(shè)計

十三臂掘錨一體機的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 整體結(jié)構(gòu)

1.1 截割區(qū)

截割區(qū)由全斷面可伸縮截割系統(tǒng)和全斷面可伸縮犁式鏟板兩部分組成。整機采用橫向可伸縮截割滾筒，全斷面一次截割成巷，截面為標(biāo)準(zhǔn)矩形，截割電機功率為2×170 kW，截割滾筒直徑1 120 mm，最大截割寬度為5 400 mm(4 800 mm+2×300 mm可伸縮部)，截割高度3 500～3 900 mm，截割硬度f=2～6，每循環(huán)進(jìn)尺1 m(分兩次截割，每次進(jìn)刀400～500 mm)，作業(yè)速度6 min/m。截割滾動定位伸縮采用遙控模式，模式切換簡單，可根據(jù)巷道規(guī)格進(jìn)行選擇。清煤采用可伸縮犁式鏟板，掘進(jìn)作業(yè)時，在截割部上下擺動割煤的同時，犁形收集頭和螺旋滾筒同步完成落煤和收煤。

1.2 支護(hù)區(qū)

支護(hù)區(qū)由臨時護(hù)架、4臺錨桿鉆機、自動托送網(wǎng)和上鋼帶裝置三部分組成。

1) 臨時護(hù)架可以有效防止頂板塌落或落石，起到臨時控頂作用。頂護(hù)板采用高強度鋼板制成，臨時支護(hù)長度4 m，寬度0.9 m，護(hù)頂面積4.32 m2，支撐強度大于21 kN/m2，升限3 800 mm。由4根支頂油缸、2個支護(hù)架體、4個支地油缸和滑靴構(gòu)成整體結(jié)構(gòu)，支護(hù)架體固定在鏟板兩側(cè)，上下兩端分別連接支頂油缸和支地油缸，支頂油缸上鉸接頂護(hù)板，支地油缸上鉸接滑靴。錨護(hù)作業(yè)時，支地油缸伸出，滑靴受力觸底、支頂油缸伸出，拖動頂護(hù)板護(hù)住巷道頂板，起支護(hù)和輔助支撐的作用。

2) 當(dāng)掘錨機截割完成及臨時護(hù)架升起后，前排的4臺頂錨桿鉆機同時鉆眼、安裝、緊固錨桿。4根頂錨桿，配合臨時護(hù)架可達(dá)到大于500 kN的支護(hù)強度，能夠有效控制圍巖變形量，對頂板起到及時支護(hù)作用。

3) 自動托送網(wǎng)和上鋼帶裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)自動送網(wǎng)、托網(wǎng)和上鋼帶的功能，支護(hù)作業(yè)時，將鋼帶和金屬網(wǎng)自動送到錨桿鉆孔位置，可以有效減輕工人勞動強度，大幅縮短后勤輔助占用時間。該裝置由高強度支架、托網(wǎng)骨架、導(dǎo)向管、滑道、驅(qū)動馬達(dá)和連接座等部件組成，固定在機組本體上。當(dāng)支護(hù)作業(yè)時，人工將鋼帶和金屬網(wǎng)放置在拖網(wǎng)架上，馬達(dá)驅(qū)動座上的驅(qū)動馬達(dá)將拖網(wǎng)架由零位通過齒輪齒條的驅(qū)動方式向前運動，當(dāng)末位接近開關(guān)檢測信號時馬達(dá)停止運動，拖網(wǎng)架停止在拖網(wǎng)機構(gòu)托盤座上方，由拖網(wǎng)機構(gòu)頂起拖網(wǎng)架進(jìn)行錨護(hù)作業(yè)，拖網(wǎng)架上安裝導(dǎo)向桿起導(dǎo)向作用；當(dāng)錨護(hù)作業(yè)結(jié)束后，拖網(wǎng)機構(gòu)下降，驅(qū)動馬達(dá)將拖網(wǎng)架由末位通過齒輪齒條驅(qū)動向后運動，當(dāng)零位接近開關(guān)檢測到信號時馬達(dá)停止運動，拖網(wǎng)架停止在零位位置。

1.3 及時錨固區(qū)和穩(wěn)定補打區(qū)鉆機群布置方式

為提高支護(hù)效率，縮短支護(hù)循環(huán)平均用時，根據(jù)巷道支護(hù)設(shè)計，重新設(shè)計錨桿鉆機群，按照4-2-3-2-2布置方式共布置5排13臺鉆機，將一次支護(hù)分解成分段分布支護(hù)。即及時支護(hù)由支護(hù)區(qū)內(nèi)的第一排4臺頂錨桿鉆機完成，及時錨支區(qū)由第二排2臺側(cè)幫錨桿鉆機、第三排3臺頂錨桿鉆機完成，穩(wěn)定補打區(qū)由第四排2臺側(cè)幫錨桿鉆機和第五排2臺側(cè)幫鉆機完成。采用這種布置方式，配合先進(jìn)的液壓控制系統(tǒng)可同時完成13根錨桿的鉆眼、安裝、緊固作業(yè)，每臺錨桿鉆機均可以按照一定高度和角度進(jìn)行調(diào)節(jié)，采用遙控和手動兩種方式操作，操作靈活。

1.4 控制區(qū)

整機采用CAN總線控制技術(shù)，電氣系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)均采購國際先進(jìn)原件，配合智能化電液控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了液壓系統(tǒng)壓力智能分配自動切斷功能。通過安全互鎖控制實現(xiàn)液壓系統(tǒng)在截割和支護(hù)間互鎖功能，達(dá)到截割與行走閉環(huán)控制，保障了人員的安全操作和設(shè)備的平穩(wěn)運行。

2 掘進(jìn)工藝操作流程

開工前準(zhǔn)備、安全檢查、設(shè)備檢修(30 min)—第一次截割、清煤(6 min)—臨時護(hù)架升起，同步鋪網(wǎng)送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機同時完成4根頂錨桿的鉆眼、安裝緊固錨桿(15 min)—第二次截割、清煤(6 min)—臨時護(hù)架升起，同步鋪網(wǎng)送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機對第二次進(jìn)刀后的區(qū)域進(jìn)行及時支護(hù)，第二排幫錨桿鉆機和第三排頂錨桿鉆機開始施工第一次進(jìn)刀后剩余永久支護(hù)(15 min)—第三次截割、清煤(6 min)—臨時護(hù)架升起，同步鋪網(wǎng)送鋼帶(2 min)—第一排4臺錨桿鉆機對第三次進(jìn)刀后的區(qū)域進(jìn)行及時支護(hù)，第二排幫錨桿鉆機和第三排頂錨桿鉆機開始施工第二次進(jìn)刀后剩余永久支護(hù)，第四排、第五排幫錨桿鉆機開始施工第一次進(jìn)刀后剩余護(hù)幫錨桿(16 min)—循環(huán)結(jié)束。一個正規(guī)作業(yè)循環(huán)可掘進(jìn)3 m，用時100 min，按“四六制”組織生產(chǎn)，每日可施工10.8個循環(huán)，進(jìn)尺32.4 m，每月按30 d組織生產(chǎn)，月進(jìn)可達(dá)972 m。

3 結(jié) 語

十三臂掘錨一體機的研制是對國內(nèi)外掘錨一體機的一次創(chuàng)新，通過安裝臨時支護(hù)、錨桿鉆機群、自動托送網(wǎng)和上鋼帶裝置等，初步解決了掘錨平行作業(yè)的問題，提高了掘進(jìn)效率和單進(jìn)水平，減輕了工人勞動強度，達(dá)到提升煤炭開采效率的目的。