煤矿用锚杆转载机组的研制与应用
时间:2022-02-10 20:13 来源:中国煤炭杂志官网 作者: 点击:次
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★ 智慧矿山 ★ 煤矿用锚杆转载机组的研制与应用1 引言目前，煤矿多采用综掘机+锚杆机交叉换位交替作业的方式进行掘进，存在队伍多、人员多、效率低、速度慢、安全性差等问题，综掘机掘进完成后，操作人员将锚杆机搬到空顶区域，在整个锚护过程中，操作人员在空顶下进行锚杆支护存在较大的安全隐患，而且一台锚杆钻机一般需要2～3人进行操作，单个掘进工作面一般需要大约3台锚杆钻机，因此在空顶区域大约有9～10人在空顶区域内进行工作，容易造成群死群伤，与煤巷掘进“少人、高效、自动、智能”的技术发展要求差距较大，而且矿井产能增加后上述问题会更加突出。 针对上述情况，中国煤炭科工集团太原研究院有限公司和神东煤炭集团合作开发了世界首套高效快速掘进系统，该系统由掘锚机组、破碎转载机、十臂锚杆钻机、可弯曲带式输送机、迈步式自移机尾组成，该系统包含了采掘、支护和运输以及工作面的通风供水等主要工序，实现了多台设备间的协同控制。该系统于2014年7月开始在神东大柳塔煤矿进行巷道掘进，截止到2015年8月，该系统共掘进巷道20000 m,平均月进尺2400 m，每班最高进尺85 m，每天最高进尺158 m，月最高进尺3088 m。然而，由于其工作面的特殊地质条件，掘锚机的锚杆支护能力并未在该套快速掘进系统中体现出来，因此中国煤炭科工集团太原研究院有限公司针对普通的地质条件又开发设计出了一种掘锚机配套锚杆转载机组、可弯曲带式输送机组和迈步式自移机尾的三位一体的新型快速掘进系统。 2 锚杆转载机组的研制2.1 新型快速掘进系统的布置新型快速掘进系统主要由掘锚机组、锚杆转载机组、可弯曲带式输送机组、迈步式自移机尾等部分组成，该系统重点解决支护和运输的效率问题，实现掘锚平行作业、分段支护以及连续运输，并综合考虑通风、供电、排水、辅助等运输环节，提高总体工效，将平均进尺水平提高到大约1000 m/月。其中，掘锚机采用全宽截割部，截割推进利用滑移机构，具有推进力大并保证截割时设备本体不移动特点，实现本机截割。掘锚机上布置4台顶锚杆钻机和2台侧帮锚杆钻机，负责进行巷道顶板的锚杆支护及侧帮锚杆支护。由于掘锚机受到空间限制和结构限制，整机只能布置2台侧帮锚杆钻机，因此在系统中需要布置1台具备打侧帮锚杆钻机功能的锚杆机，同时还需具备破碎、转载和运输功能的锚杆支护设备，尾部搭接可弯曲带式输送机组将煤炭转运至巷道带式输送机组上，实现煤流连续运输，可弯曲带式输送机组与迈步式自移机尾采用重叠式搭接方式配套使用，在刚性架设计有销排轨道，自移动力站通过销齿驱动可牵引可弯曲带式输送机组实现退机作业。新型快速掘进系统组成结构示意图如图1所示。 2.2 锚杆转载机组的布置方式锚杆转载机组主要由主机架、左右履带架、受料部、卸料部、破碎装置和锚杆钻机组成。该机组的输送机构布置在中间，前端布置该机组的受料部，后端布置卸料部，中间依靠刮板链实现物料的转载和运输，同时在输送机构的中部布置破碎装置，主要是对掘锚机切割下来并运输至锚杆转载机中的物料进行破碎。运输装置中的刮板输送机采用变频调速电机驱动，可以根据具体的实际运锚情况调节电机的转速，从而调节刮板运输机的运行速度。考虑该机组在系统中的支护方式主要是进行侧帮锚杆的支护，因此在该机组的两侧布置2台锚杆钻机，并在侧帮锚杆钻机上排布2套侧帮提升机构，满足不同高度条件下的侧帮锚杆支护，从而满足巷道的支护要求。锚杆转载机组组成结果示意图如图2所示。 
1-掘锚机组；2-锚杆转载机组；3-可弯曲带式输送机组；4-迈步式自移机尾 
图2 锚杆转载机组组成结果示意图 锚杆转载机组的主机架采用分体设计，即主机架由左履带架、中间架、右履带架3个部分组成，在左、右履带架中分别布置2套内置式的行走减速器和液压行走马达，依靠整机液压泵站为行走系统提供的高压油提供行走动力，同时液压系统还为该机组的锚钻系统提供动力油源，因此在该机组液压系统中设置1组换向阀，当该机组行走时为行走系统提供必需的动力油源，当该机组进行锚钻操作时为整机锚钻系统提供动力油源。该机组中除输送和破碎功能以外全部依靠液压系统提供动力，作为该机组中唯一的动力油源，需要核实该机组的液压动力源能否满足整机正常工作时的动力需求。 3 主要技术参数及参数计算锚杆转载机组外形尺寸中长度为9100 mm，宽度为3100 mm，高度为2200 mm，该机组的总重约为42 t。该机组的最大行走速度为10 m/min，钻架中钻箱转速为500+50 r/min，钻箱的最大进给速度为10 m/min，接地比压为0.14 MPa，泵站功率为90 kW。 3.1 接地比压的计算锚杆转载机组设备的重心在水平地面上的投影与履带接地区段的几何中心相重合，在计算该机组的接地比压时可按式(1)进行计算： 
(1) 式中：Pa——履带平均接地比压,kPa； G——机器工作重力与垂直外载荷所构成的合力，kN； b——履带接地宽度，m； L——履带接地区段长度，m。 3.2 泵站功率的计算在计算该机组的泵站功率时可按式(2)进行计算： 
(2) 式中：N——泵站功率，kW； P——系统压力，MPa； Q——系统最大流量，L/min。 液压泵的输出排量为190 ml/r,考虑到泵站的效率,电机功率一般为所需功率的1.05～1.25倍，查有关电机手册，所选电机的功率为125 kW时比较适合。 3.3 输送能力的计算输送机构布置在锚杆转载机组的中间，其中输送链道的宽度为0.87 m，输送链道的槽高为0.25 m，输送机构的刮板链长度为28 m，其中松散煤的密度可估算为830 kg/m3，输送机构的马达转速为1500 r/min，输送机构减速器的速比为18.56，输送链轮的直径为0.2466 m，通过计算可得输送机构的运输能力为W=1200 t/h。 3.4 主要结构件强度校核按照锚杆转载机组的工作情况及参数边界条件，对该机组中的机架、受料部进行受力分析，分析结果如图3和图4所示。 
图3 主机架应力 
图4 料斗应力 由图3和图4可知，主机架的最大应力为147.07 MPa，受料部的最大应力为364 MPa，因此在进行部件的结构设计时都采用高强度材料。 3.5 设备的主要特点锚杆转载机组集物料转载、物料运输和锚杆支护于一体，该机组采用分体结构，能够实现多种功能于一体，并能够实现井下组装。该机组中的各个部件均可实现远程遥控操作，并实现破碎和运输的自动启停，实现减人增效。该机组的锚钻系统中布置有电液控制技术，操作人员操作按钮进行锚护作业，大大减轻了操作人员的劳动强度。 4 应用情况与改进2018年10月，锚杆转载机组在陕西汇森煤业开发有限公司凉水井煤矿4-2煤层与掘锚机配套使用，在422盘区的42205回风巷和42206运输巷中进行了作业，截至2019年3月，掘进巷道近6000 m，平均月进尺1000 m，每天最高进尺60 m。 在使用过程中，存在的主要问题是锚杆转载机组与可弯曲带式输送机之间的搭接问题，此处漏煤问题比较严重，经常需要安排专人进行漏煤的清理。在后续的改进过程中，需要在锚杆转载机组的尾部增加胶皮护罩，导向煤流运输方向，降低锚杆转载机组的落煤高度，减少煤块的洒落，降低操作人员的劳动强度。 5 结语锚杆转载机组的研制成功为实现快速掘进系统提供了必要的设备支持，解决了传统工艺中锚杆支护无法快速进行支护的问题，同时发挥了设备一机多能的作用，提高了煤巷的掘进速度和掘进效率，降低了操作人员的劳动强度，实现了掘进工作面的高产高效和掘进工作面的减人增效。锚杆转载机组先后应用于阳煤集团和黄陵矿业集团，得到了大范围的推广和应用，为国内煤巷快速掘进系统的研究提供了新技术和新理念的技术支持。 [1] 杨俊哲，辛德林，张忠文等．鄂尔多斯地区长距离缓坡副斜井开拓适应性研究[J]. 煤炭工程，2018 (11) [2] 马超，代贵生，曹光明.快速掘进系统在大柳塔煤矿的应用[J].煤炭工程，2015(12) [3] 张忠国.煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术[J]. 煤炭科学技术，2016(1) [4] 赵学社．煤矿高效掘进技术现状与发展趋势[J]．煤炭科学技术，2007(4) [5] 马长乐，袁龙飞，张羽等．大断面煤巷快速掘进施工工艺[J].煤矿安全，2013(5) [6] 杨建平，刘普．煤巷快速掘进的主要措施探讨[J]．科技致富向导，2013(5) [7] 李发泉.新型迈步胶带输送机自移机尾的研制与应用[J].煤矿开采，2018(2) [8] 郝建生.煤炭巷道掘进装备关键技术现状与展望[J].煤炭科学技术，2014(8) [9] 王赟.快速掘进后配套[J].机电产品开发与创新，2017(3) [10] 吴拥政，吴建星，王峰.巷道掘支锚连续平行作业机理及其应用[J].煤炭科学技术,2016(7) [11] 田龙.煤巷快速掘进技术的应用研究[J]．煤矿现代化，2013(6) Development and application of bolt transfer unit for coal mine |