关于煤矿用EBZ260M-4掘锚一体机的改造及应用研究

杜 可

（晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部长平煤业，山西 高平 048411）

引言

随着国家对煤矿资源的大量开采，越来越多的煤矿设备被成功应用到了煤矿的开采作业中。矿用掘进机和锚固钻车则是煤矿中的关键设备，已在煤矿开采中得到了广泛应用[1]。但随着市场化竞争的日益严峻，提高掘进机设备的工作效率，实现设备的智能化操作和控制，已成为当前对设备进行升级改造的重要方向[2]。为此，以长平公司掘进工作面为分析对象，重点对该工作面中应用的EBZ160型掘进机结构特点及存在问题进行了分析，从设备结构尺寸及结构组成、刮板链距离等方面，开展了EBZ260M-4掘锚一体机的升级设计和实际应用测试，验证了掘锚一体机的可靠性及可行性，这对开展煤矿的升级改造设计提供了重要指导，具有重要的实际价值。

1 作业工作面当前现状分析

以长平公司掘进工作面为分析对象。该工作面主要分为3号煤巷和底抽巷两类，采用了两种不同的掘进生产作业线。其中煤巷采用了EBZ150(160）掘进机+CMM2-15（20）钻车；底抽巷采用了EBZ200（260）掘进机+180 N·m液钻，两种掘进生产作业线主要存在：工作面设备多、机械化程度不高、工作劳动强度大、设备管理难度大、作业工序不连续等缺点，距离长平公司“快掘”的目标有较大差距。基于以上现状，在多方调研和数据分析的基础上，对现有的EBZ160综掘机进行了升级改造，实现了掘、锚二合一的快速掘进装备，初步达到了煤巷掘进“安全、达标、高效、文明”四方面的变化。

2 现有EBZ160型掘进机特点分析

2.1 掘进机概述

EBZ160型掘进机是煤炭科学研究总院山西煤机装备有限公司最新研制的一种重型掘进机，用于煤巷、半煤岩巷或岩巷掘进。该机多项技术属国内外领先的新技术和创新技术，代表了国内掘进机的发展趋势。EBZ160型掘进机的结构主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等组成[3]，经济截割硬度f≤9，适用于各种类型底板，坡度±18°的煤矿巷道掘进，也可用于铁路、公路、水利工程等隧道施工。该机主要由截割部、第一运输机（刮板输送机）、左右行走部、机架、回转台、液压系统、水系统及机载除尘系统、电气系统等组成，如图1所示，主要特点是整机吨位大、截割硬度高、截齿损耗小、机器稳定性好、除尘效率高、操作台人性化设计、操作方便、可靠性高等。第一运输机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，在液压回路上设有安全阀，即使有大的岩石卡在龙门上也不会造成机器的损坏，刮板链条的张紧是通过在输送机机尾部的张紧油缸来实现的

图1 EBZ260掘进机结构组成示意图

2.2 存在问题分析

EBZ260掘进机截割出矸过程为岩石通过掘进机铲板星轮自行装载，再经过一运、二运转载到胶带输送机上实现将矸石外运，但经常因矸块卡在第一运输机刮板与大链下方，导致掘进机一运卡链、运转不良，增加掘进过程中的出矸难度，延长正规循环作业时间，影响正常生产进度，第一运输机液压马达长期处于超负荷运转，大大减少了马达正常使用寿命，同时刮板、链条、连接环和溜槽等其他掘进机部件磨损也明显增加，为掘进机的日常检修维护增加了工作量[4]。

3 掘锚一体机的设计

结合当前掘进机的使用现状及存在问题，为实现对煤矿的高效率开采，降低设备故障率，通过对掘进机进行结构及尺寸改进，设计了EBZ260M-4型掘锚一体机，具体如下。

3.1 结构尺寸改进

将掘进机中前端的截割部直径由980 mm缩短至500 mm；同时，由于当前掘进机无遥控功能，故在电气系统中增加了遥控功能，以实现对设备截割、铲板、行走、星轮输送、后支撑远程遥控等操作，遥控距离可达50 m[5]。改造铲板部（改造前2.8 m，改造后3.2 m），新增了移动式钻臂操作平台和机载式临时支护平台，临时支护平台的最大支撑高度为5 m，支撑力为20 kN；设计面板切换阀实现截割系统和锚钻系统的功能互锁。另外，前后钻臂也由原来的各1台增加至前后各2台。改造后的EBZ260M-4型掘锚一体机结构图如图2所示。

图2 EBZ260M-4型掘锚一体机结构图

3.2 刮板间距改进

经过现场实际多次观察、试验发现，通过改变刮板间距能够有效解决链条的卡链问题，原EBZ260机组第一运输机采用7环链，在实际使用过程中卡链现象频繁发生，根据理论结合实际分析，将7环链通过裁剪成为5环链，如图3所示，机组在运矸过程中卡链现象明显降低，运输效率显著提高。

图3 改造后的刮板链5环链示意图

3.3 辅助液压油缸选型设计

一旦运输机链条卡链不动时，就需将运输机上的矸石卸掉，但只能将运输机前部1.5 m和尾部2 m内的矸石清除，中间4.5 m内的矸石无法清除，而且这种方法速度慢，劳动强度大，处理过程中也可以使用工字钢压刮板链组的方法将矸石卸掉，但是这种方法需要在掘进机带电情况下处理，操作人员安全没有保证，不宜采用。

因此，可在运输机前部增加一个液压辅助油缸，一端固定在运输机溜槽上，用另一端顶运输机刮板链组，给链组施加一定的外力使链组一点点向前移动，就能将运输机上的矸石卸掉，这样就会即安全又便捷，还能减少人员劳动强度。通过查阅资料和计算，得出了液压油缸的基本参数，具体如下[6]：

1）辅助液压油缸要有一定的行程，还必须有足够的推力；油缸行程为800 mm；油缸缸径为80 mm；

2）油压P压=2.5×106Pa（可通过调压阀调节）；

3）正常运转时刮板机马达输出给链条最大拉力F拉=4.5×104N；

4）油缸推力F推=3.14×（1/2×0.8）2×2.5×106=10×105N。

油缸推力为刮板机正常运转时链条的最大拉力22倍（可以根据实际调节）油缸通过10 mm高压油管连接到刮板机涨紧油缸油管上，为了保证安全不使用时将截止阀门关闭，防止误动作。故可根据此计算参数，选择市场上成熟的液压油缸，以满足掘锚一体机的实际运行需求。

4 改造后应用效果评价

为进一步验证改造后的EBZ260M-4掘锚一体机整体运行效果，由综掘六队负责，将设备进行了为期4个月的现场应用测试。在测试过程中，EBZ160M-4掘锚一体单班最高进尺5 m，日最高进尺8 m，月最高进尺216 m，平均每天进尺7 m，月进尺和日单进均创长平矿岩巷掘进新纪录。EBZ160M-4掘锚一体集截割、临时支护、永久支护、探放水性能于一体，相比传统的掘进工艺，不但节省了人工抬运液钻的时间，机载临时支护更能有效控制空顶，而且在支护上更大程度地实现了机械化作业，有效提升了支护质量及支护效率。同时，将原综掘机+钻车的设备合二为一，降低了设备管理难度；一体机遥控操作，割煤简单，提升了50%效率。