矿井综掘拐弯开门快速转运施工技术研究

胡晓伟

（霍州煤电集团洪洞亿隆煤业， 山西 临汾 041600）

引言

综合机械化掘进是煤矿隧道的有效掘进方法中常会被用到的一种，其中悬臂式掘进机是使用最广泛的,在井下作业过程中较为常见。这种掘进方式中包含悬臂掘进机、转运机、伸缩式皮带输送机（或刮板输送机）、单螺栓钻机、通风除尘设备和电源系统等重要部件。悬臂式掘进机配套工艺图如图1所示。

图1 掘进机具体配套工艺图

1 传统拐弯开门技术分析

在旋转和打开门的构造中，经常遇到的是，门的打开垂直于或靠近采矿巷道。早期，爆破方法经常被用来开门，但是这种方式不仅结构复杂、效率低，而且劳动强度大，危险系数高；然后就使用拐弯的方式来直接转动以打开门。但是，普通掘进机的长度几乎都达到了10 m左右，超过了煤矿巷道的宽度。很难继续使用以前的“掘进机-皮带输送机”匹配方法，需要卸下桥式转运机并安装刮板输送机，使其与皮带输送机尾部重叠；掘进机的第一条输送机的尾部安装有一个侧面卸料斜槽，煤矸石通过斜槽的侧面排到刮板输送机上，然后人工运送到刮板输送机以完成转移操作。随着前进镜头的增加，刮板输送机需要扩展。进入角落约80 m，然后打开门，拆下刮板输送机，将皮带输送机穿过角落延伸以打开门，将转移皮带输送机安装到道路皮带输送机的末端，然后重新安装桥式输送机。该工艺作业环节多、时间长、效率低、劳动强度大、作业环境复杂、安全性差等。

国内煤巷掘进主要采用悬臂式掘进机进行切割作业，其第一台输送机为固定式结构。掘进机的后部与桥式传输带输送机（二次运输）连接。桥式传输带式输送机的一端搭在带式输送机的尾部。煤石通过桥式输送带输送机输送到带式输送机。机器的尾部完成了煤石的输送。桥式皮带输送机可以左右摆动的角度范围为±20°，这样就可以完美解决掘进机左右移动的问题。正因为在工作时门必须处于打开的状态，掘进机的行进方向与桥式传送带输送机在转向时的轴向之间的角度接近90°。此时，桥式输送带输送机不能与带式输送机的尾部轨道重叠，导致煤石不能输送。目前，许多国内实践是拆除桥式输送带输送机，临时安装刮板输送机，将煤石手动排到刮板输送机，然后通过刮板输送机将煤石输送到带式输送机的尾部。该过程有很多环节，刮板输送机的安装、扩展和拆卸工作量大、劳动强度大，严重影响了角开门的施工速度。同时，它引起诸如复杂的工作环境和工作面安全性差的问题。为了解决上述问题，在现有综合挖掘机的切割方法的基础上，提出了包括二次重印，长途运输，卸货在内的一套多功能机械化转运方案，以开发配套的施工设备。具体的支撑技术为：在综合挖掘机的后部连接了三台皮带输送机，在综合挖掘机的输送机的尾部设有旋转皮带输送机，并将矸石通过机器输送到另一台遥控履带输送机上，然后输送到最后的提升皮带输送机。

2 拐弯开门快速运输方案

2.1 回转输送机结构

为了使掘进机转弯过程中的补给问题得到完美处理，本研究设计了一种短式皮带输送机。一端连接到掘进机的第二滑架，一端通过回转装置连接到遥控履带式输送机。它由电鼓驱动，驱动功率约为15 kW。掘进机的第一条输送机的输送能力为4 m3/min。确定皮带输送机的设计输送能力大于6 m3/min，皮带输送机的宽度为800mm。机身的长度约为7000mm，皮带输送机相对于掘进机可达到±60°左右的旋转角度，方便煤煤矸石。在转弯之后，可以添加一个中间部分来扩展皮带输送机，并更换跑道小车以用作第二次运输。

2.2 遥控履带运输机的结构

遥控履带输送机的构造较为简单,主要包括履带行走部分、皮带输送机、回转支承、无线遥控系统和液压泵站等部分。设备的前滑轨装有回转机构，该回转机构与第一部分相连，回转角度大约可以达到±60°，滑轨行程为1 500 mm，并由电动机驱动液压泵站提供每个部分的电源，步行速度为12 m/min。带式输送机通过旋转平台设置在履带上，与履带的相对旋转角度大约达到了±120°。它由带滚轮的电机减速器驱动。扭矩达到2 000～3 000 N·m左右，皮带速度大于1.6 m/s，满足进料方面的要求。

它采用前低后高的形式，大概在第三节的位置进行送料。这种形式的履带行走平稳，爬坡能力强。它适用于地板条件较为复杂的道路，并具有阻力结构。转弯后，中间部分可以扩展来用作履带式自动移动机的尾巴。

2.3 提升式运输机结构

提升皮带输送机使用橡胶轮移动，并且可以手动调整位置，以将远程履带式输送机上的煤石以15°的角度发送到提升皮带输送机。设备长约6 000 mm，宽约1 100 mm。它使用由远程控制的履带式输送机的泵站提供的动力。滚筒由电机减速器驱动。皮带速度超过1.6 m/s。输送量超过了6 m3/min，满足了进料要求，转弯后退出。

2.4 无线遥控控制系统

遥控履带式输送机采用远程控制，方便操作人员操作，可时刻注意到煤矸石运输的整体情况。整个单元在三维参数化设计软件Solid Works的环境下构建，以建立设备的虚拟原型模型并执行干涉检查以避免结构设计错误。在该项研究中,有限元方法（FEM）用于分析机械结构并优化设计，以确保结构强度并减轻设备的整体重量。总体的设备方案示意图如图2所示。

3 关键指标

开门快速转移方案设备的主要技术指标见表1。

旋转皮带输送机使用第二个运输支架连接至掘进机的尾部。连接皮带轴可使皮带输送机旋转±60°。皮带运输机的接收端设置有一个灵活的接收料斗，它可以适应不同的角度的落料。同时，在这个装置中还应该配有一个悬臂角度调节装置，以确保下料高度适合生产。在该方案中，由于镗床的落料尺寸，每个机构应高度集成，紧凑且灵活，并且生产能力应满足生产需求。针对落料点的设计,主要考虑是增设回转机构和导轨小车这两个配件。然后再根据地下的具体条件，来确定采用履带行走机构实现自主行走。研究现有掘进机和皮带输送机的技术参数，以确定此部分皮带输送机中使用的电机减速器的扭矩和皮带速度，由于设备的高度要求低，液压泵站和控制系统隐藏在车身下方，并且每个动作都可以通过遥控器执行。

图2 设备总体方案示意

表1 拐弯开门快速转运方案设备的主要技术指标

4 结论

1）拐弯式的快速运输解决方案在实现机械操作、减轻劳动强度、改善工作环境等方面带来了方便，达到了“机械化、自动化、减少人员”的目的。它为提供智能采矿、动能转换等解决了技术方面的难题。

2）该方案减少了在巷道内开门的操作环节，在钻孔爆破过程中将不再存在安全隐患，提高了隧道开挖和施工的安全性和可靠性。

3）掘进工作面人数减少，拐弯开门的效率提高近20%左右,并且刮板输送机的安装和拆卸时间得以减少，挖掘速度得到提高，具有实际推广意义。