WPZ-75/700型矿用巷道修复机研制及应用

李龙飞,倪锁红

(1.陕西陕煤韩城矿业有限公司 桑树坪二号井，陕西 韩城 715400；2.陕西陕煤韩城矿业 煤炭绿色安全高效开采工程研究中心，陕西 韩城 715400)

0 引言

随着我国煤矿开采技术、装备的不断进步，现代化煤矿生产能力进一步增强，掘进、回采工艺推陈出新；但同时矿井的防火工作也产生了新的问题，主要表现为：

1)大多数现代化矿井采煤工作面顺槽采用连采机双巷掘进，两巷之间联络巷较密集(平均约每100 m就有一个)，生产过程中需要及时封密，以免引起采空区相互串通，造成遗煤自燃。

2)为了提高工作面永久密闭的质量，防止向采空区漏风，目前大多数矿井工作面永久密闭墙厚度均施工5 m以上(即两道各1 m厚的料石墙，中间充填3 m厚的黄土或粉煤灰)，井下材料运输量大，劳动量大，施工周期长，影响煤矿的正常生产。

3)为了解决密闭内充填的黄土(粉煤灰)不能接顶密实问题，通常会向密闭墙内注入有机膨胀材料提高密封效果，但黄土受潮或遇水具有湿陷性，巷道顶部形成漏风供氧通道，容易引起采空区遗煤自燃。

目前采用的密闭方法为人工筑墙、填土的传统方式封闭联络巷。由于巷道断面大(超过20 m2)，工作面推进速度快(日推进速度超过10 m/d)，这种传统的封闭方式工作效率较低，工人劳动强度大，且存在安全隐患，严重制约了矿井的安全高效生产。针对上述情况，陕煤研究院煤炭所密闭项目组通过对矿用无机固化充填材料、联络巷防火密闭墙结构设计、密闭墙快速构筑工艺、密闭墙快速构筑技术成套设备、密闭质量性能检测、快速临时密闭材料及工艺等方面的研究，制定出一套“柔性模袋+无机固化充填材料+膨胀接顶+喷涂柔性灰浆”系列充填密闭措施技术。但是在施工过程中，对于工作面掏槽作业，仍存在机械化程度低，劳动强度大等问题，且对于硬度较大的煤层(3

1 矿用巷道修复机的研制

WPZ-75/700型矿用巷道修复机(以下简称巷修机)具有铣挖、破碎、挖掘装载及平整巷道等多种巷道修复功能，整体结构上其工作臂可左右90°摆动，并且具有伸缩功能，使工作臂能够对巷道侧帮进行上下直线铣挖作业，以满足巷修掏槽作业需求；功能上通过配备的铣挖机、挖斗、破碎锤、推铲等辅具，可实现铣挖掏槽、破岩、卧底、挖掘清理水沟小型配件吊装等功能[3]。

1.1 总体结构

WPZ-75/700型矿用巷道修复机整机主要由铣挖工作臂、底盘、操纵台、液压系统、动力系统等组成,如图1所示；整机采用模块化结构设计，各部件相对独立，结构简单，方便装配和维修[4-5]。

1-挖斗;2-破碎锤;3-铣挖工作臂;4-底盘;5-操纵台;6-液压系统;7-动力系统。

1.2 工作原理

WPZ-75/700型矿用巷道修复机利用铣挖工作臂的铣挖头进行铣挖作业，铣挖完成后，利用挖斗将煤或者石料装载到刮板运输机、带式输送机、矿车或其他装载设备上；液压破碎锤破碎巷道内突出岩石或混凝土底板，配合工作臂的升降进行巷道日常维护作业，各工作机构可通过快换装置实现快速更换连接。

1.3 主要技术参数

WPZ-75/700型矿用巷道修复机主要技术参数见表1。

1.4 铣挖工作臂

铣挖工作臂主要由铣挖头、铣挖油缸、小臂、小臂油缸、大臂和大臂油缸等组成[4],见图2。控制大臂油缸伸缩可使大臂作上、下运动，控制小臂油缸伸缩可使小臂作前后运动；控制铣挖油缸伸缩可使铣挖头作铣挖动作，铣挖头上焊接齿座，截齿可拆装，磨损后可以更换；破碎锤、铲斗与铣挖头可通过快换装置互换使用，降低互换劳动强度，提高互换效率，充分发挥工作臂的性能。

表1 技术参数

1.5 底盘

底盘主要由底盘架、履带总成、引导轮、张紧装置、回转式减速器、回转架和减速机等组成,见图3。底盘作为整机的基座部分，主要用于驱动整机行走及连接其余各部件；行走减速机采用行星齿轮减速，内置液压马达和平衡阀，马达与减速机之间有液压制动器，驱动轮直接安装在减速机外壳上；当液压系统向行走马达供油时，首先打开马达与减速机间的液压制动器，然后高压油驱动马达转动，通过减速机使驱动轮转动，带动履带实现整机的前进、后退或转弯。引导轮起支撑和导向作用。托链板用于承托上部履带的重量，不让其下垂过多，以减少运动时上部履带振动。张紧装置中的张紧油缸可使履带适度张紧，履带太紧会增加推进阻力，加速磨损，减少履带使用寿命，履带太松则容易脱落。

1-铣挖头;2-伸缩臂;3-油缸;4-油缸;5-油缸;6-大臂;7-回转架。

1-推铲;2-引导轮;3-回转式减速器;4-回转架;5-张紧装置;6-履带总成;7-底盘架;8-减速器。

推铲机构主要由推铲、推铲油缸和连接架组成，可用于平整修复后巷道；回转式减速器是一种将直线运动转化为圆周运动的液压件，可以实现整个铣挖臂旋转±90°，增加铣挖工作范围，提高铣挖效率。

2 工业性试验情况

2.1 试验地点简介

陕煤集团神木张家峁矿业有限公司成立于2006年1月16日，是由陕西煤业股份有限公司和神木市国有资产运营公司共同出资组建的国有股份制企业。张家峁煤矿位于陕西省神木县北郊，井田面积51.98 km2，地质储量8.65亿t，可采储量5.43亿t，可采煤层7层，核定产能为1 000万t/a。

2.2 巷道地质条件和支护方式

WPZ-75/700型矿用巷道修复机用于张家峁矿14209工作面综采设备回撤联巷及工作面回风顺槽、胶运顺槽密闭施工的开槽作业。

联巷及顺槽巷道均为矩形巷道，平巷，底板为混凝土硬化地面，顶部留有约100 mm厚度的煤，上面是岩石，两侧帮为煤，在距底板1 m左右高度有一层厚度约100 mm的夹矸，煤质较硬，平均硬度约f4。

各顺槽及联巷支护型式相近，其中顶板为锚网、托梁、锚索、W钢带联合支护，锚杆间排距为1.0～1.2×1.0～1.2 m；侧帮采用锚杆(钢制锚杆、玻璃钢锚杆)、锚网(钢锚网、塑料锚网)支护，锚杆间排距为1.2×1.2 m。巷道断面宽度为5.2～6.0 m，高度为3.3 m。

2.3 掏槽作业工艺流程

每条巷道开两道槽，分别是1.5 m和1.1 m，对两侧帮及顶板进行三面开槽，其中顶板开槽深300 mm，两侧帮开槽深500 mm。

进行掏槽作业前，矿方已把需开槽处的锚网、钢带拆除，锚杆只是去除了托盘。开槽作业时，先掏侧帮槽，首先将整机平行于巷道侧帮置于巷道中，工作臂摆动90°，整机通过行走调整机身位置，使铣挖头接触到侧帮煤壁，自下而上进行铣挖掏槽；因槽宽大于铣挖头宽度(铣挖头宽度795 mm)，掏槽时需通过工作臂摆动或前后移机完成整个槽宽的铣挖。完成侧帮槽铣挖后，工作臂垂直于机身位姿铣挖部分顶部槽(长约为800～1 000 mm)，剩余顶部槽需摆正工作臂，通过摆臂、伸缩及移机的复合动作完成铣挖。铣挖掏槽时，碰到玻璃钢锚杆可轻易打碎、铣掉，碰到钢制锚杆也可依靠铣挖头进行硬性铣挖，直至将钢制锚杆打入煤壁。

2.4 设备试验运行情况

巷修机于12月4日早8点班开始使用，由于矿方为首次使用液控操作、横轴式铣挖头进行掏槽作业，操作不熟练，第一次掏槽掏一道1.5 m宽槽用时约3.5 h；随着操作逐渐熟练及司机对整机工作性能的熟悉，目前掏一道槽平均用时约1 h 30 min。至12月10日早班，共完成了8条巷道16道槽的掏槽作业。

目前张家峁矿14209工作面所有需密闭巷道均已完成掏槽作业，矿方已将设备移至14210工作面进行联巷密闭的掏槽作业，表2为工业性试验期间掏槽作业情况统计表。

表2 掏槽作业统计

2.5 工业性试验期间出现的设备故障及处理情况

1)压力表振坏、漏油。故障原因及处理方法：铣挖作业时由于压力变动频繁造成压力表振坏、漏油；已将压力表更换为测压接头+外接压力表型式。

2)推铲油缸液压锁损坏。故障原因及处理方法：设备转运、卸车时，推铲先接触到地面，造成推铲液压缸无杆腔压力增大，压力冲击将油缸液压锁阀芯冲坏，已更换新液压锁。

3 结论

WPZ-75/700型矿用巷道修复机工业性试验期间设备运转情况良好，从整体性能上看，能够满足煤矿巷道密闭墙砌墙槽的机械化开挖作业，与人工掏槽作业相比，掏槽工作效率大幅度提高。巷修机掏槽作业过程中，整机体现出了以下作业特点：

1)整体结构设计合理，体积小，便于小断面巷道作业。

2)采用大功率、横轴式铣挖头，铣挖动力强劲，掏槽成型效果好。

3)铣挖工作臂设计紧凑、体积小，结构强度高，适用于掏槽作业。

4)整机电控系统元件采用知名品牌产品，操作方便，性能可靠。

5)液压系统采用负载敏感变量控制系统，设计合理，运行稳定且可靠性高。