煤礦掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置優(yōu)化改進(jìn)

時(shí)晉軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽煤礦，山西 晉城 048000）

引言

目前，在煤礦井下進(jìn)行采礦的過程中，需通過掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行隧道挖掘，掘進(jìn)機(jī)隨機(jī)電纜在掘進(jìn)過程中需要不斷移動(dòng)，造成隨機(jī)電纜管理難度大，常出現(xiàn)大煤塊從皮帶上掉落而沖砸電纜，電纜因潮濕、淋水而絕緣值降低，電纜因拖地摩擦、彎曲、擠壓而漏電等現(xiàn)象，造成電纜易損壞，加大了檢修時(shí)間，降低了掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)速度，影響了采礦效率，同時(shí)也給安全生產(chǎn)帶來隱患。針對(duì)以上情況，部分掘進(jìn)隊(duì)組根據(jù)巷道實(shí)際情況制作并使用了各種掘進(jìn)機(jī)隨機(jī)電纜拖移裝置，但多數(shù)裝置在使用過程中存在以下問題：電纜在拖拽時(shí)會(huì)左右擺動(dòng)，擺動(dòng)的慣性帶動(dòng)吊掛電纜的滑軌擺動(dòng)，使得與滑軌固定的支撐架易變形損壞，進(jìn)而使得電纜下墜到皮帶機(jī)上，影響相關(guān)設(shè)備正常工作，引發(fā)安全事故；電纜回縮時(shí)，將滑軌上吊掛電纜的滑輪相互滑動(dòng)靠近，兩個(gè)滑輪之間的電纜下垂呈下垂端，下垂端過長會(huì)與下方的皮帶機(jī)碰觸，造成相關(guān)設(shè)備損壞，進(jìn)而引發(fā)安全隱患[1-6]。

1 15102 運(yùn)輸順槽概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽煤礦15102 運(yùn)輸順槽，布置在15 號(hào)煤層中，水平標(biāo)高+657～+660 m，沿頂板破底掘進(jìn)，15102 運(yùn)輸順槽在井下位于一采區(qū)西部，北部為井田邊界，南部為三條采區(qū)大巷，西部為15101 采煤工作面，東部為原常莊煤礦老巷舊巷。

15102 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長度1 300 m，工程量19 110 m3，預(yù)計(jì)巷道平均坡度為-2°～0，服務(wù)年限1 年。采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，預(yù)計(jì)2021 年3 月開工，2021年12 月竣工。15102 運(yùn)輸順槽煤層走向NE，傾向NW，傾角0～7°，呈南高北低、西低東高趨勢，煤層厚度2.25～3.25 m，平均2.78 m，煤層厚度變化不大，含0～5 層夾矸，屬結(jié)構(gòu)簡單至復(fù)雜、穩(wěn)定可采的中厚煤層。堅(jiān)固性系數(shù)為2。15 號(hào)煤層位于太原組下部K2灰?guī)r下，上距9 號(hào)煤層底板28 m，下距K1 砂巖頂5 m。15102 運(yùn)輸順槽沿15 號(hào)煤層頂板破底掘進(jìn)，頂板為K2 灰?guī)r；底板為粉砂巖、泥巖、鋁土泥巖。

15102 運(yùn)輸順槽采用EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)，掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)過程中距掘進(jìn)機(jī)尾部30 m 處安裝一個(gè)電纜框，為了保證掘進(jìn)機(jī)可以在過渡軌道上自由前進(jìn)后退，在電纜框與掘進(jìn)機(jī)尾部之間吊掛一根拖纜裝置，該拖纜裝置可隨著掘進(jìn)機(jī)移動(dòng)，但是由于傳統(tǒng)拖纜裝置主要采用鉛絲進(jìn)行吊掛，掘進(jìn)機(jī)在前移、后退過程中電纜很容易被擠壓、磨損，導(dǎo)致高壓電纜損壞嚴(yán)重，嚴(yán)重威脅著巷道安全快速掘進(jìn)。為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)拖纜裝置不足，提高掘進(jìn)效率，降低電纜磨損現(xiàn)象，決定對(duì)15102 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

2 掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置優(yōu)化改進(jìn)

2.1 優(yōu)化后拖纜裝置結(jié)構(gòu)

1）優(yōu)化改進(jìn)的掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置主要由皮帶機(jī)尾載重架、支撐架、鋼絲繩、調(diào)節(jié)裝置、滑輪、電纜抱箍、測力油缸、調(diào)節(jié)彈簧、電纜防墜裝置、電纜防墜抱箍、收縮彈簧、電纜等部分組成，如圖1 所示。

圖1 優(yōu)化后掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置結(jié)構(gòu)示意圖

2）支撐架共計(jì)兩個(gè)，分別豎直安裝在皮帶機(jī)尾載重架的前后兩端頂面，兩個(gè)支撐架頂端之間設(shè)有鋼絲繩，柔性的鋼絲繩可減緩電纜左右擺動(dòng)的慣性，減少支撐架2 變形和損壞的可能性，進(jìn)而杜絕因支撐架變形、損壞而引發(fā)的安全隱患。鋼絲繩一端與一個(gè)支撐架頂端固定連接，鋼絲繩另一端通過調(diào)節(jié)裝置與另一個(gè)支撐架頂端固定連接。

3）調(diào)節(jié)裝置為測力油缸或調(diào)節(jié)彈簧，若電纜擺動(dòng)的慣性增加，導(dǎo)致鋼絲繩拉伸長度過大時(shí)，測力油缸的伸縮桿伸出，或調(diào)節(jié)彈簧伸長可對(duì)鋼絲繩的長度進(jìn)行一定補(bǔ)償，進(jìn)一步減緩擺動(dòng)引起的變形、晃動(dòng)問題，待穩(wěn)定后，測力油缸的伸縮桿或調(diào)節(jié)彈簧可自行回縮，使鋼絲繩復(fù)位。

4）在鋼絲繩上滑動(dòng)設(shè)有多個(gè)滑輪，滑輪底端固定設(shè)有電纜抱箍，電纜通過與電纜抱箍的固定吊掛在上鋼絲繩上；相鄰的兩個(gè)滑輪之間固定有電纜防墜裝置，電纜防墜裝置為收縮彈簧，收縮彈簧兩端分別與兩個(gè)滑輪固定連接，在收縮彈簧上設(shè)有電纜防墜抱箍，當(dāng)電纜回縮，兩個(gè)滑輪之間的電纜下垂呈下垂端，當(dāng)電纜過長時(shí)，下垂端過低，為防止下垂端與下方的皮帶機(jī)碰觸，減少安全隱患的發(fā)生。

5）利用電纜防墜抱箍將電纜下垂端固定，通過收縮彈簧將電纜下垂端吊起，避免下垂端與皮帶機(jī)碰觸；當(dāng)電纜隨掘進(jìn)機(jī)二運(yùn)拖拽而伸展時(shí)，電纜拖拽滑輪在鋼絲繩上滑動(dòng)，收縮彈簧隨滑輪伸展，不影響電纜正常拖拽；當(dāng)掘進(jìn)機(jī)回退時(shí)，收縮彈簧收縮可使滑輪相互靠近，還起到助于電纜回縮的作用。

2.2 拖纜裝置工作原理

掘進(jìn)機(jī)向前移動(dòng)時(shí)，掘進(jìn)機(jī)二運(yùn)拖拽電纜移動(dòng)，電纜拖拽滑輪在鋼絲繩上滑動(dòng)，待掘進(jìn)機(jī)向前方掘進(jìn)幾米后，電纜拉伸平直，收縮彈簧隨滑輪伸展，不影響電纜正常拖拽；掘進(jìn)機(jī)回退，需將皮帶機(jī)及皮帶機(jī)尾載重架牽至前方工作面時(shí)，收縮彈簧收縮可使滑輪相互靠近，還起到助于電纜回縮的作用，多個(gè)滑輪相互靠近滑動(dòng)，電纜回縮，兩個(gè)滑輪之間的電纜下垂呈下垂端，為下一次開采作準(zhǔn)備；當(dāng)電纜過長時(shí)，下垂端過低，為防止下垂端與下方的皮帶機(jī)碰觸，減少安全隱患的發(fā)生，利用電纜防墜抱箍將電纜下垂端固定，通過收縮彈簧將電纜下垂端吊起，避免下垂端與皮帶機(jī)碰觸。

3 裝置優(yōu)點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用效果分析

3.1 裝置優(yōu)點(diǎn)

1）電纜吊掛在鋼絲繩上，柔性的鋼絲繩可減緩電纜左右擺動(dòng)的慣性，減少支撐架變形和損壞的可能性，進(jìn)而杜絕因支撐架變形、損壞而引發(fā)的安全隱患，提升掘進(jìn)機(jī)工作效率，進(jìn)而提高后續(xù)的采礦效率；當(dāng)電纜擺動(dòng)的慣性增加，導(dǎo)致鋼絲繩拉伸長度過大時(shí)，調(diào)節(jié)裝置可對(duì)鋼絲繩的長度進(jìn)行一定補(bǔ)償，進(jìn)一步緩減擺動(dòng)引起的變形、晃動(dòng)問題。

2）電纜防墜裝置可防止電纜回縮后，其下垂端與下方的皮帶機(jī)碰觸，減少安全隱患的發(fā)生。

3）電纜回縮時(shí)，收縮彈簧收縮可使滑輪相互靠近，還起到助于電纜回縮的作用。

3.2 實(shí)際應(yīng)用效果

2021 年5 月對(duì)15102 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，截止2021 年11 月13 日巷道已掘進(jìn)完成，通過6 個(gè)月實(shí)際應(yīng)用效果來看，掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置結(jié)構(gòu)優(yōu)化后，巷道在后期掘進(jìn)過程中未發(fā)生一起電纜磨損、擠壓、斷裂現(xiàn)象，彌補(bǔ)了原鋼絲繩吊掛拖纜裝置存在的不足，提高了拖纜效果，預(yù)計(jì)可減少電纜修復(fù)費(fèi)用達(dá)24.5 萬元。

4 結(jié)語

掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置是機(jī)械化掘進(jìn)系統(tǒng)中重要設(shè)備之一，其拖纜效果直接影響著掘進(jìn)機(jī)高壓電纜使用壽命，華陽煤礦針對(duì)15102 運(yùn)輸順槽前期掘進(jìn)期間EBZ260 型掘進(jìn)機(jī)拖纜裝置主要存在的問題，根據(jù)掘進(jìn)現(xiàn)狀進(jìn)行合理優(yōu)化，通過實(shí)際效果來看，優(yōu)化后的拖纜裝置拖纜效果好、故障率低，避免了電纜磨損、斷裂事故，保證了掘進(jìn)機(jī)安全快速掘進(jìn)，取得了顯著應(yīng)用成效。