矿用矩形全断面掘进机的研制.pdf

矿用矩形全断面掘进机的研制李刚摘要：根据掘进过程中存在掘进与锚护不能同时作业、巷道成形质量不高、无法杜绝零空顶作业、劳动强度高、效率极低，安全风险大等问题。开发出一套全断面成巷掘进机，实现掘进、支护、锚护以及连续运输同时作业，简化工序，减轻劳动强度，实现掘进工作面迎头全封闭支护的高效快速掘进，达到零空顶，实现掘进面快速一次成巷的目的。关键词：掘进工作面;矩形全断面;连续运输;远程遥控控制Abstract：Accordingtotheproblemsexistingintheprocessofdriving，suchasdrivingandboltingcannotbeoperatedatthesametime，thequalityoftunnelformingisnothigh，zeroemptyroofoperationcannotbeeliminated，laborintensityishigh，efficiencyisextremelylow，andsafetyriskislarge.Asetoffullfaceroadheaderisdevelopedtorealizethesimultaneousoperationofdriving，supporting，anchoringandcontinuoustransportation，simplifytheworkingprocedure，reducethelaborintensity，realizetheefficientandrapiddrivingofthehead-onfullclosedsupportofthedrivingface，achievethegoalofzeroemptyroof，andrealizetherapidone-timetunnelingofthedrivingface.Keywords：headingface;rectangularfullsection;continuoustransportation;remotecontrol0引言我国已成为世界第一大煤炭生产和消费国，由于受能源结构的制约以及国民经济高速发展的需求，在今后相当一段时间内对煤炭的需求量还会进一步加大。然而，在影响我国煤炭生产的采煤、掘进和运输三大环节中，采煤和运输的功效已经达到了世界一流水平，但掘进功效始终成为制约煤炭产量进一步提高的重要瓶颈，影响掘进效率主要因素是支护效率与支护水平，支护的可靠性成了制约掘进效率的关键因素[1，2]。现阶段煤矿煤巷掘进主要采用悬臂式掘进机、连采机、掘锚机等装备，在掘进过程中存在很多不足：都不能完成全断面一次成型;掘进与锚护不能同时作业;形成的巷道质量不高，需要二次修整;掘进过程中产生大量的浮矸、浮煤，需要人工清理;无法杜绝零空顶作业，辅助工作量大，劳动强度高，效率极低，安全风险大;除尘效果差，工作環境恶劣。针对以上问题，为了快速高效实现掘进全断面一次成巷、掘进与支护同时作业，简化工序，开发出一套掘支同步作业、掘进工作面迎头全封闭支护的高效掘进装置势在必行。1设计原则①掘进工作面空间狭小，设备多，掘进机机头、推进支护装置、装运系统、除尘系统，锚护系统以及后配套连续运输系统必须具有良好的配套性能、适应性、工艺性以及不影响通风要求。②实现全断面一次成巷，达到掘进、支护、锚护以及连续运输同步作业。③为了达到安全、有效的全封闭支护，掘进机机头与推进支护装置稳定性好，满足巷道支护要求的工作阻力以及足够的推拉动力，实现远程遥控控制，有效控制巷道的围岩变形。④保持高效的设备推拉迈步移动，同时适应巷道的变化，达到小角度转弯的目的。⑤装运系统以及后配套连续运输系统运输能力满足全断面快速装载与连续运输的目的;除尘系统保持工作面良好的工作环境。2矿用矩形全断面掘进机组成以及结构特点矿用全断面矩形快速掘进机（如图1所示）整机外形尺寸5.8m×3.8m×12.5m，掘进断面尺寸5.8m×3.8m，整机重量230t，设计掘进能力平均月进尺3000m。主要由矩形掘进机机头、推进支护装置、侧向支撑机构、导向主梁、刮板运输机、鞍架调向机构、超前支护锚杆机组、电气控制系统、导向系统、液压系统和除尘等系统等组成，主要特点如下：①整机采用分体式的结构，实现了掘进与锚杆支护的同时作业，使打锚杆不再成为提高掘进功效的制约因素，矩形掘进机机头与推进支护装置通过鞍架调向机构铰接，之间空间通过机头伸缩式防护板支护，实现整机的迈步推移、比较小的转弯半径的灵活调向以及全封闭支护。②4组鞍架调向机构推移行程1.5m，保障掘进时推进支护装置的震动比较小，提高整机系统的稳定性;自带4组超前锚杆临时支护，可以应对顶底板情况相对较差的地质条件。③矩形掘进机机头重量约150t（如图2所示），掘进机机头采