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EJM340/4-2A掘锚一体机结构优化研究

2025-04-03 15 上传者：管理员

摘要：EJM340/4-2A型掘锚一体机在运行的过程中存在工作面支护材料存储空间不足、巷道两侧遗煤严重、锚杆钻机安装锚杆尺寸受限等诸多问题，成为制约矿井安全、高效生产的重要因素。从现场实际问题出发，对现有掘锚一体机结构进行优化设计，为后续保证矿井掘进工作面安全高效生产提供了宝贵经验。

关键词：
安全高效生产
掘锚一体机
液压系统
电气系统
结构优化
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掘锚一体机主要由截割装置､装载输送装置､顶锚杆机总成､帮锚杆机总成､电气系统､液压系统､行走装置､水路系统､锚杆转载机等部分组成,通过横向可伸缩截割滚筒,实现巷道的一次截割成形,是集截割､装载､运输煤炭及巷道支护等功能于一体的巷道掘进施工设备｡该设备具有锚支平衡､顶板适应性强､机身静止推进截割､机载多部锚杆钻机同时作业等特点｡根据不同煤矿的地质条件配置一套适合当下煤矿生产条件的掘锚设备尤为重要[1-2]｡

1、1102掘进工作面支护系统概述

新疆准东二矿b1煤层整体具有弱冲击危险性,矿井为冲击地压矿井,b1煤层为全区可采的稳定煤层,平均厚53.59M,含0~5层夹矸,夹矸岩性为炭质泥岩､高炭泥岩,煤层产状平缓,倾角0~3°,局部最大6°,煤类均为不黏煤(bn),条带状结构为主,内生裂隙不发育,煤质较坚硬｡该矿1102辅运顺槽设计断面均为矩形｡其中1102辅运顺槽正巷巷道荒宽5.8M､荒高4.2M,净宽5.6M､净高3.9M,荒断面积24.36M2,净断面积21.84M2｡巷道采用锚网索+ω钢带联合支护,锚杆采用Φ22MM×2600MM左旋无纵肋等强螺纹钢,网片采用Φ6.0MM金属编织网,网格100MM×100MM,在顶板采用2张3000MM×1000MM网片搭接铺设,在帮部采用2000MM×1000MM网片,ω钢带顶､帮分别采用5400MM×100MM×4MM､1900MM×100MM×4MM钢板,锚索采用Φ21.6MM×8000MM高强度低松弛预应力钢绞线,巷道支护形式如图1所示｡

图11102辅运顺槽断面支护图

准东二矿采用铁建重工ejm340/4-2a型掘锚一体机,采用可伸缩截割部,一次成形巷道宽度5.3~5.8M､巷道高度3.8~4.5M,具备一次截割和远程控制功能;装载输送装置分为装载和输送装置两部分,装载装置位于设备前端,用于装载截割物料至输送装置｡除增压喷雾系统外,设备配置负压湿式除尘风机1台｡该设备锚护系统由4台1.8M顶圆柱导轨锚杆钻机和2台1.8M帮圆柱导轨锚杆钻机组成,为满足现场实际需要,顶帮锚杆钻机可通过滑移超前支护1.2M,帮锚杆钻机具备独立上下滑动､左右摆动功能,顶部锚杆钻机具备独立左右滑移前后摆动功能;为满足快速支护的要求,掘锚机一体机配备的锚杆钻机承担图1中1#~3#､5#~10#､15#~17#共计12根锚杆及4根锚索支护作业,其余4#､11#､12#､13#､14#五根锚杆由锚杆装载机配套的锚杆转载机进行支护作业｡根据现场设备使用情况,该设备在与准东二矿现场实际条件适应性方面仍有一定差距,在支护系统设计､储料空间､装载机构等方面需要进行优化｡本文主要以解决现场实际问题为导向,分析影响生产､安全效率的设备存在的各种制约因素[3],对该掘锚一体机进行结构优化改造以满足该矿生产要求｡

2、现有设备存在的问题分析

(1)顶部锚杆钻机与顶板距离不满足安装锚杆的要求｡根据原设计要求,受掘锚机尺寸的限制,顶部锚杆钻机支护工艺为顶板滞后1排､帮部锚杆滞后2排支护;因准东二矿属于冲击地压矿井,经现场实际测试,若正常生产循环下掘锚机能够满足安全支护的要求,临近迎头侧一排长时间不支护会出现两帮垮落风险｡为解决该问题,在掘锚机锚杆钻机上增加了可超前1.2M滑移功能,顶部锚杆钻机除具备超前支护顶部6根锚杆的功能同时具备旋转功能,还可以支护8#､9#､16#､17#锚杆,以降低长时间空顶､空帮造成的顶帮煤矸垮落风险｡该设计方式解决了超前支护的问题,但为保证锚杆钻机的正常滑移期间与铲板部互不干涉,钻机平台比原设计增加了相应的高度,导致现有钻机接口位置与顶板高度为2200MM,不能满足正常安装锚杆的要求;因矿方采用锚杆长度为2600MM,即使锚杆倾斜角度安装也存在困难,现只有通过钻机加持定位机构强制安装,对液压系统安全运行造成影响,易出现液压系统温度升高､爆管､密封泄漏等问题｡

(2)空间受限,掘锚一体机存放支护材料空间不足,严重影响施工效率,正常生产期间运输支护材料安全风险高｡受设备本身结构的限制,掘锚一体机机体只对部分锚杆存放区域进行了设计,网片､托盘锚索等材料存放区域未进行设计｡根据正常支护循环,每个圆班安装20排掘进,材料消耗如表1所示｡现只能采取边生产边倒运材料的方式进行支护,根据实际测试,为保证正常的生产循环,每班须配置不少于2人的支护材料搬运人员,且受设备尺寸的影响,设备正常运行期间周边人员进出不符合《煤矿安全规程》的要求,周边作业人员有被挤伤的风险｡

表1单日进尺支护材料消耗表

(3)正常生产期间装载装置两侧与煤壁之间清理不彻底,留有遗煤,需人工二次清运,增加了工人劳动强度及作业风险｡装载装置主要由铲板及左右对称装载星轮组成,如图2所示,通过液压马达驱动装载星轮转动达到装载煤岩的目的｡在工作过程中其左右侧门板通过油缸控制伸缩动作,实现最大截割宽度下的物料搜集｡根据设计装载装置左侧门板的最大伸缩行程为200MM,截割最大宽度5800MM,极限状态下铲板展开宽度5520MM｡在生产过程中或片帮情况下部分煤块落至装载范围之外,留下遗煤可能造成巷道截割高度变化,在受限空间内人工清理易造成人员伤害[4]｡

图2装载装置

(4)锚杆钻机平台采用油缸助推滑移机构,滑移机构为开口c形结构,滑移行程1200MM,在正常生产过程中易出现煤块卡堵现象｡该滑移机构推动锚杆钻机至掘进迎头来支护迎头顶板,防止长时间空顶造成冒顶､片帮等事故;在推移过程中多表现为接近迎头方向卡堵,出现问题后需人工进入迎头片帮或冒顶区域进行清理,施工范围内作业风险高,不利于矿井安全管理｡

3、解决方案研究与分析

(1)针对顶部锚杆钻机与顶板距离不满足安装锚杆要求的问题,为保证掘进进尺､提高生产效率,通过计算对钻机平台结构进行优化,设计方案如图3所示｡该方案通过增加平台厚度及强度的方式在外顶下方开300MM×300MM缺口以方便锚杆安装,经改造后锚杆与钻孔之间角度大大减小,同时消除了钻机平台尺寸干涉,大大提高了锚杆支护效率｡

图3钻机平台

(2)针对掘锚一体机存放支护材料空间不足的问题,为保证掘进效率､杜绝在生产过程中往复搬运支护材料,经论证计划对掘锚机结构进行优化,根据mt/t1189—2020《综掘工作面综合防尘技术规范》4.3.2“掘进机应安装内､外喷雾装置,喷雾系统应与掘进机联动,喷雾应能覆盖截割头和截割过程煤(岩)垮落尘源｡掘进机作业使用时,内喷雾装置的工作压力应不小于2mpA,外喷雾装置的压力应不小于4mpA｡内喷雾装置不能正常使用时,外喷雾压力应不小于8mpA｡为保证工作面粉尘治理效果,除机载自动增压水泵喷雾系统外,另配置kcs-400型湿式除尘风机一套,尺寸为3100MM×1200MM｡考虑储料空间受限问题,对除尘设备进行了优化设计如图4所示,将除尘风机系统拆除,改造原风机支撑架结构,在满足现有运输机､截割部升降空间的前提下,在护盾连杆下方制作储料平台,平台长3000MM､宽2820MM,承托面距顶约1000MM,有效使用高度700MM,与原2组储存箱合并,储料平台面积可达3000MM×3600MM,大大释放了储料空间,提高了施工效率｡

图4除尘设备优化

(3)为解决巷道两侧遗煤的问题,对装载装置2个侧门板进行了改造,如图2所示,在门板的立板侧和上板侧开孔增加挡煤板,为杜绝在退机､扫底过程中因装载机构触碰两帮对装载机构油缸造成损坏以及消除装载机构高度对锚杆钻机平台在推移过程中的影响,挡煤板采用软连接护皮,进而保证了截割过程中掉落的煤块全部落入装载机构范围内｡

(4)针对锚杆钻机平台油缸助推滑移机构卡堵煤块的问题,采取c形槽与支撑架中间增加过渡滑移板,滑移板做qpq防锈处理;更换左右滑移油缸,油缸最大推力由原来的125Kn增大到196Kn,最大拉力由原来的76Kn增大到100Kn;c形槽上增加手动注油孔,并在铜滑块上开油槽;过渡滑移板靠近大臂侧开螺纹孔,安装橡胶推煤块,在油缸缩回过程中将积煤清理干净｡钻机平台推移滑块改造如图5所示｡

图5钻机平台推移滑块改造

4、结语

通过对ejm340/4-2a型掘锚一体机进行结构优化,该设备对准东二矿掘进工作面适应性明显增强,表现在以下方面:

(1)通过对锚杆钻机平台的改造,锚护效率大幅度提高,现多数通过人工安装锚杆､夹持机构辅助即可完成作业;

(2)通过对设备储料平台的改造,储料平台基本满足每个圆班使用的要求,将生产期间每班服务于运料的4人优化为早班4人检修时间集中运料,降低了生产班设备运行期间人员伤害风险,同时节省每班2人服务于巷道锚护,杜绝了支护等料的现象,支护效率由原来的6排/班提升至8~10排/班;

(3)对于装载机构的改造,生产期间的遗煤问题基本得到解决,检修人员只需每天检查挡煤板护皮的磨损及固定情况,将原来用于每天专门清理遗煤的2人节省,只需早班检修人员兼顾完成即可;

(4)通过钻机平台滑移机构的改造,杜绝了滑道卡堵煤块造成的停产现象,提高了生产效率,同时降低了人员在受限空间作业导致的人身伤害风险｡

参考文献:

[1]樊军.掘锚一体机的发展与技术优势[j].能源科技,2023,21(3):24-26.

[2]毛君,杨润坤,谢苗,等.煤矿智能快速掘进关键技术研究现状及展望[j].煤炭学报,2024,49(2):1214-1229.

[3]吴建星,吴拥政.基于掘锚一体机的煤巷锚杆支护参数及施工工艺优化研究[j].煤矿开采,2014,19(6):64-67.

[4]刘峰,贾建伟.掘锚一体机装载部的应用及优化[j].矿山机械,2024,52(9):71-72.