全断面煤巷掘进机

全断面煤巷掘进机（精选八篇）

全断面煤巷掘进机 篇1

1 工作原理

(1) 履带架体、 (2) 履带链、 (3) 张紧轮、 (4) 张紧油缸、 (5) 支重轮组、 (6) 液压马达及行走减速机、 (7) 后支撑装置等是组成全断面煤巷掘进机行走机构主要部分 (如图1所示) 。履带行走机构采用的是液压马达驱动, 这种机构的工作原理是:高压油经液压泵输送到液压马达中, 液压马达旋转, 从而驱动链轮获得减速机传递的马达扭矩, 完成与履带链咬合, 实现整的行走。同时在张紧油缸作用下, 张紧轮向前移动, 通过履带张紧悬垂自重带动其向后退回, 调节履带的松紧程度, 以达到最佳的行走效果。

2 履带接地比压

掘进机的工作稳定性和行驶通过性是体现掘进机整机性能的重要考察指标, 而履带接地比压又是决定工作稳定性和行驶通过性的重要参数, 因此设计时履带接地比压的选择就显得非常关键。

以全断面煤巷掘进机设计参数为例, 整机重力G=2850k N, 接地长度L=5700mm, 两条履带间距B=3000mm, 履带板宽度b=1000mm。平均接地比压表达式如下:

式中:P—平均接地比压, MPa;G—整机的重力, k N;B—履带板宽度, mm;L—单边履带行走机构的接地长度, mm;

经上述公式得出, 平均接地比压P为0.25 MPa。但机器的实际行驶通过性和工作稳定性并不能由平均接地比压真实地反映的, 而是由最大接地比压反映出来的。这是因为掘进机重心一般不会恰好与履带接地区段的几何中心相重合。设计中, 应确保接地比压分布在梯形区域内, 不允许出现三角形分布状况。实际设计过程中, 很难保证整机重心和履带重心的重合, 只能使两心尽量靠近, 以全断面煤巷掘进机履带设计为例, 其最终偏心距约为900mm, 经相关公式计算得最大接地比压约为0.48MPa。

3 单侧履带行走机构牵引力的确定

设计爬坡能力为4°, 全断面煤巷掘进机在水平路面上转弯、爬坡和作业, 履带行走机构的最小牵引力应满足要求。水平路面履带的附着力应大于最大牵引力。全断面煤巷掘进机单侧履带的牵引力在水平地面转弯时最大, 故单侧履带行走机构的牵引力为:

式中:T1—单边履带行走机构的牵引力, k N;R1—单边履带对地面的滚动阻力, k N;μ—履带与地面之间的转向阻力系数, 取值范围0.8~1.0;n—掘进机重心与行走机构接地形心的纵向偏心距离, mm;G1—单边履带行走机构承受的掘进机的重量, k N;

其余符号同上。

μ按最大值选取, 通过计算得出单边牵引力为900 k N, 则整机牵引力为1800k N。

4 履带的张紧

全断面煤巷掘进机履带张紧机构履带链的松紧程度是在张紧油缸和张紧轮组共同作用下, 通过调节张紧油缸来推动张紧轮组控制的。张紧油缸为单作用液压缸, 注入液压油推动张紧油缸使履带链张紧, 方便省力。张紧后靠卡板锁定释放油缸, 稳定可靠, 保护油缸不易损坏。张紧力的计算:

式中:T0—预张力, k N;q—单位长度履带链的重力, k N/mm;a—驱动轮与张紧轮的中心距, mm;h—悬垂, mm;

此全断面煤巷掘进机所用履带板q为9.63×10-3k N/mm, 取悬垂度150mm, 张紧轮与驱动轮中心距为5700mm, 最终算得张紧力为678 k N。

结语

全断面煤巷掘进机行走机构是一个非常重要的组件, 其作用是带动掘进机在井下巷道向前推动切割、后退和转弯等运动, 同时又是整机支撑的基础。它的性能和结构的可靠性将影响整个掘进机的工作性能。

参考文献

[1]马健康.悬臂式掘进机履带行走机构主要参数的确定[J].煤炭科学技术, 2002, 30 (10) .

[2]黄日恒.悬臂式掘进机[M].中国矿业大学出版社, 1996.

[3]王铮, 李健.悬臂式掘进机行走机构设计[J].煤矿机械, 2011, 32 (07) .

全断面煤巷掘进机 篇2

关键词：大断面煤巷 快速掘进 支护技术

0 引言

随着社会经济的发展，煤炭的作用也变得越来越重要起来。因此如何保障煤炭行业的可持续发展就成了一个重要问题。总体来说应该要从科技和管理两方面入手，软件和硬件设施上双管齐下。对于如何在安全的前提下成功的实现快速掘进的目标，平煤股份四矿进行了几个方面的探究和实践。

1 矿井简介

平煤股份四矿是集团公司的主力矿井之一，是一座设备先进技术顶尖的现代化矿井。随着开采的深度在加深，地质条件越来越复杂，矿井隐患也随之增加。这对矿井的开采效率和安全生产都可能造成巨大的威胁，为了最终达到安全、高效率的开采，平煤股份四矿进行了多方面的努力。

2 大断面煤巷快速掘进数值模拟

煤巷掘进是一个连续的、动态变化的过程，因此可以采用三维有限差分软件FLAC 3D根据平煤股份四矿工作面地质条件建立模型。因为整个模型是对称的，所以模型取一半，如图1。

2.1 方案设计 掘进循环进尺大小对实际煤巷快速掘进有决定性影响。掘进进尺不同时，巷道围岩应力场和位移场分布特征不同。

如图2所示：a不管掘进进尺怎样，掘进头前方的煤体和顶板底板都会出现应力增大区，而掘进头后方一定范围内则会出现应力降低区，且应力降低区呈一个拱形；b当掘进进尺达到了3.2米的时候，由于端头效应的影响，掘进头顶板此时出现了应力集中的现象，而这一现象明显对煤巷快速掘进非常不利；c当掘进进尺在1.6-2.4米之间的时候，在端头附近所引起的垂直应力扰动，不管是从应力集中程度来说，还是从扰动影响的范围广度来说，都是对煤巷快速安全掘进没有太大影响的。综上所述，采用1.6米的掘进进尺是适合的，如果顶板条件优良还能够使用2.4米的掘进进尺。按照三掘一检修的制度，每个掘进班三个循环，平均每日能够达到14.4-21.6米的进尺速度，这就大大的提高了掘进速度。

2.2 支护保障 在掘进的途中仅有锚杆的保护时，掘进头附近应力明显集中，顶底板围岩塑性区和拉伸破坏区发育范围较大，因为锚杆承受了大部分径向拉伸和剪切力，即便围岩并没有遭到高强度破坏，但是顶板的“弱化高度”已经明显加大，这对安全快速掘进是不利的。如果用锚杆和锚索配合支护，可以形成一个6-8米范围的耦合承载区，所以就能相应的减低应力的集中程度。再让锚索对顶板进行深部锚固，在锚固的同时和锚杆共同形成组合拱承载结构，并在此基础之上增加锚杆和锚索的数量，共同工作共同作用对顶板产生连续支撑点，减缓其下沉速度。底角锚杆主要作用就是为了降低巷道底板塑性区发育范围，使底板鼓起的数量大大减低，从而达到煤巷快速安全掘进的最终目的。

3 大断面煤巷快速掘进配套设备

3.1 新型锚杆钻机的开发 锚杆钻机可分为三类：第一类是手持式；第二类是移动式；第三类是机载钻机。在如今科技日新月异的时代，锚杆机也在迅速的发展，国外许多国家如法、德、英以及瑞典等国家在锚杆机技术上都已经达到一个较高的水平。

而国内大部分的矿井使用的还是单体锚杆钻机，平煤股份四矿之前使用的是CHDDR型顶板锚杆机。这种顶板锚杆机有几大缺陷，首先它的机体过长，其次就是调机速度比较缓慢，最严重的就是适应性差，无法在顶板条件不够好的情况下完好适应。这就给煤矿的开采造成了极大的不便，不仅增加了不少工人的劳动量，而且支护速度也大大减缓，甚至可能造成极大的安全问题。这种锚杆机已经不适应平煤股份四矿在如此复杂的地质条件下的采矿工作。

介于诸多因素，平煤股份四矿迅速召集了一批科研力量，自制成功新型锚杆机。这种新型锚杆机，不仅可以完全克服CHDDR型锚杆机所存在的各种问题，而且还解决了国内锚杆机所存在的效率低、易损坏、灵活度不够等问题。这种新型锚杆机安全、便捷、灵活、生产效率高、功能多、具有良好适应性且可靠度也是非常的高。新型锚杆机的使用在运行期间省时省力，能够有效防止潜在危险的发生，而且它的机型体积比较小，操作起来相对灵活。

3.2 快速掘进的配套设备 因为当地的地质条件复杂，断面大，所以在掘进机的选择上要求较高。平煤股份四矿选择了使用新型锚杆机和掘进机S200MJ配套的方式。新型锚杆机进行快速安全支护，而掘进机进行快速掘进，两者相结合有效的提高了掘进的效率和速度。

掘进之后的运输工作也是相当重要的，通畅的运输才能保证工作效率的提高。平煤股份四矿在运输之上则是选择采用一种多功能的运输机SDP-650，这种运输机上可运输煤炭，下面还能运送一些材料或者废弃物品，从而节约了运输时间加快了掘进速度。

4 优化支护参数，改进施工工艺

支护速度的快慢和施工工艺的科学性，两者都影响着掘进速度的快慢。首先是对锚杆支护参数的优化。在保障安全的前提下，平煤股份四矿决定增强顶板和两帮的加固强度，这样做不仅整体增强了支护力度，而且提高了掘进的安全系数。

其次是改进施工工艺。平煤股份四矿使用的是双巷掘进方案，即综掘机和锚杆机交叉作业，一个掘进割煤，一个进行巷道支护，双方都完成以后再互相交换巷道工作。

“掘-支-运”三方面的互相合作以及优化配置。在掘进的过程中，让掘进、支护、运输平行作业，互不干扰。采用新型锚杆机打孔和安装锚杆，简化了老式的锚杆安装模式，加快了速度。同时锚杆支护和掘进机可以进行交叉作业，双巷掘进。一改以前单巷开采时两者只能一个工作另外一个闲置的不合理配置，节约了时间加快了速度，自然提高了掘进速度。在进行实际的工作安排的时候，可以提前有个计划，比如在铺设轨道、交接班、通风等工序在进行的时候，可以协调各部门和工作人员，在保证工作质量的前提下可以组合完成以节约不必要的等待时间。

5 结论

平煤股份四矿在对煤巷的快速掘进的研究过程中，克服了复杂的地质和大断面等自然因素的影响，同时在技术上进行积极的改进和创新，优化了施工工艺，并且取得了巨大的成就。比如换掉了老式的锚杆机而研发出新型锚杆机，从而加快了锚杆支护的速度，增强了安全性。如果支护工作没有做好，那么存在的不稳定因素极有可能会影响到掘进工作的进行，如果有工作失误存在，可能对于生命和经济上都将造成一个无法挽回的损失。所以平煤股份四矿首先选择在支护上创新和改进，将安全问题放在了第一位。

平煤股份四矿在资源和人员管理上进行了优化配置。在先进的支护条件之下，对资源的充分利用和对人员的合理安排，这些不仅是从根本上提高了效率，而且同时也减少了工作人员的劳动量。

平煤股份四矿在实际工作中不断的进行自我提高，并取得了巨大的进步。他们充分利用本身的科研力量，不仅提高了效率，还大大减低了购买高额进口设备的投资。这是一个长足的进步，这不仅是平煤股份四矿的进步，也是整个煤矿行业的进步。平煤股份四矿的成功经验，为以后在复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进提供了实体参考，同时也为整个煤矿行业不再完全依靠进口设备提供了一个好的榜样。

参考文献：

[1]杜启军，赵启峰，杨壮，郭敬中.复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进研究与实践[J].煤炭工程，2013.

[2]魏敬喜.大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D].安徽理工大学，2011.

[3]闫振东.大断面煤巷支护技术试验研究及新型锚杆机研发应用[D].中国矿业大学（北京），2010.

[4]杨壮.大断面煤巷综掘锚杆支护快速掘进关键技术研究[D].安徽理工大学，2008.

全断面煤巷掘进机 篇3

目前煤矿井下使用的掘进机多采用整体履带板加支重轮式结构, 由驱动轮驱动履带板, 从而实现整机的移动。履带板可依据煤炭相关设计标准设计。但是驱动轮没有相应的煤炭设计标准, 多根据履带板的结构尺寸和链传动相关链轮设计标准, 进行类比设计, 寻求齿形的设计。

2 行走机构简介

大多数工程机械采用履带式行走机构, 履带又分为组合式履带和整体式履带。工程机械常用的是套筒滚子链式履带行走机构, 各个零件组装在一起, 可单独更换, 但在煤矿机械使用时, 由于更换拆卸困难, 不易在掘进机工作的恶劣工况下实施。经过不断的发展改进, 目前掘进机多采用驱动轮带动整体式履带板加支重轮式的行走驱动形式, 以滚动摩擦代替以往的滑动摩擦, 运行阻力小, 运行平稳、传动可靠、结构简单、使用维修方便。驱动轮用来将行走机构的动力传递给履带, 因此对驱动轮的主要要求是啮合平稳, 并在履带因销套磨损而伸长时, 仍能很好啮合, 不得有“跳齿”现象。履带行走装置的驱动轮通常放在行走机构的后部, 这样会缩短履带张紧段的长度, 减少功率损失。

3 齿形的设计方法

驱动轮设计要根据所设计机型的整机重量等确定履带板的节距等结构尺寸, 整机所需推力等确定所需驱动力, 从而确定行走功率, 根据总体要求, 确定行走速度, 选择合适的行走减速机, 确定减速比, 选择驱动轮的大小、齿数等。本全断面煤巷高效掘进机的齿形设计主要参考相关的链轮设计标准, 将工作齿廓段设计为一段直线段结构, 齿槽分离量根据履带板的结构确定。齿形设计主要参数的选择见表1。

根据表1的技术参数, 可进行驱动齿形的绘制, 绘制出的齿形如图1所示。

4 全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计参数

以全断面煤高效巷掘进机行走驱动轮设计参数为例, 履带链节距为300mm, 滚子直径为125mm, 驱动轮齿数z=11。齿顶圆直径考虑到分度圆以上齿高段几乎为不承力区, 取设计偏小值, 其它设计参数也根据整体结构的需要进行相应的参数选取。相关参数及设计计算见表2。

根据表2的技术参数, 绘制出的齿形如图2所示, 其整体三维图如图3所示。

结论

本文介绍的设计方法在全断面煤巷高效掘进机行走驱动轮设计中应用, 整机在神东大柳塔煤矿进行了5000多米井下实际使用, 使用过程中无卡阻, 运行平稳, 效果良好, 齿面磨损均匀, 磨损量小, 使用寿命能达到设计要求, 具有良好的推广应用价值。

参考文献

[1]高春华.整体履带板用驱动轮齿形的设计方法[J].煤炭机械, 2009, 30 (02) .

[2]郭赘, 王宇.整体式履带行走机构驱动轮轮齿设计及CAE分析[J].煤炭机械, 2010, 31 (01) .

[3]王铮, 侯喜双, 高志俭.掘进机用驱动轮设计[J].黑龙江科技信息, 2011 (10) .

大断面煤巷掘进机的研制 篇4

近些年, 我国煤矿采煤技术装备与矿井配套设施得到快速发展, 使矿井生产能力和自动化程度极大提高, 神华集团一批代表我国先进采煤技术水平的特大型矿井的综采工作面普遍采用了大功率、高自动化程度采煤装备, 使工作面单产不断提高、推进速度不断加快, 采掘比例失调仍然严重, 综掘技术与装备的发展滞后于综采, 采掘比例失调仍然严重, 制约了煤矿高效、节约、自动化开采的发展。“十一五”以来, 我国在煤及半煤岩巷道掘进技术与装备方面取得了巨大的进步, 但发展重点集中于半煤岩及岩巷掘进机, 大采高综放工作面设备所采用的设备大, 而且生产过程中推进速度快, 另外, 还有瓦斯、通风等安全生产的需要, 一般采准巷道的断面都设计比较大, 且为煤巷掘进, 因此需要开展大采高大断面煤巷掘进机的研究。

1 研究方法

该机的研究采用总体设计、部件重点攻关的思路实现。由于大断面煤巷掘进机是由各个部分组成的有机整体, 因此在研究过程中, 应首先确定掘进机的总体技术参数, 在此过程中采取理论计算、国内外同类机型对比、试验验证多种方式相结合的方法进行, 以最大限度的实现其合理性, 然后制定具体的设计方案。设计中采用虚拟样机技术和传统设计方法相结合的方式, 通过先进的设计分析软件对整机及各部件装配、性能进行分析, 降低设计风险, 缩短设计周期, 提高物理样机的整机性能, 然后对关键元部件及核心技术进行各个突破, 对一些重要元部件, 如截割减速器、回转机构, 稳定支撑机构以及智能控制系统等, 在设计完成后, 先进行计算机模拟分析, 然后进行实验室试验, 以确保其运行可靠性。

2 大断面煤巷掘进机的研究

2.1 总体设计及结构组成

根据大断面巷道掘进的特殊要求, 结合我国煤矿井下情况, 提出了掘进机的主要结构和技术参数。然后, 采用先进的三维软件建立虚拟样机并进行模拟分析, 以合理的质量体积比, 具有最高截割功率和高截割稳定性为优化目标, 建立动力学模型对整机进行优化设计, 确定整机设计参数。按照总体设计的要求, 主要技术性能参数确定整机系统组成及它们之间的匹配性, 各部件的结构形式, 进行必要的总体计算。

大断面煤巷掘进机是一种集截割、装载、运输、行走、支护等功能于一身的综合机组, 其作业环境和条件非常恶劣, 工作载荷多变, 载荷的计算非常复杂。因此, 在建立掘进机截割岩壁的力学模型时, 对掘进机的运行工况进行了适当、合理的假设和简化。大断面煤巷掘进机主要由截割机构、装载机构、刮板运输机、机架和回转机构、左右行走机构、电气系统、液压系统、水、护板总成等组成, 如图1所示。所有的执行机构都由电机、液压泵和液压马达来驱动, 控制系统采用CAN总线控制方式。

1-截割机构2-装载机构3-刮板输送机4-机架和回转机构5-左行走机构6-右行走机构7-电气系统8-液压系统9-水系统10-护板总成

2.2 高性能截割头的设计

首先根据不同截割对象的岩石力学性能, 对每种岩石的破碎过程和破碎现象进行试验研究, 分析各种岩石的破碎机理和破碎条件。通过实验将截割过程产生的截割阻力、截割振动和截割粉尘等参数进行记录, 然后根据记录的数据作为截割头设计的参考, 如图2所示。通过对截割头截齿排布理论和设计方法的研究, 设计出适合于截齿排布的算法, 编写截割头截齿排布软件, 截割设计软件能够对不同外形轮廓的截割头进行设计计算, 满足大断面煤巷掘进机的设计要求。当用截割头设计软件计算的截割头截齿排布符合设计要求时, 就可以将这些截齿排布参数用于截割头装配虚拟制造系统。

1-铲板体2-改向链轮组3-三爪星轮4-驱动装置5-液压马达

2.3 装载机构的研究

装载机构主要由铲板及左右对称的驱动装置组成, 如图3所示, 通过低速大扭矩液压马达直接驱动三爪星轮转动, 从而达到装载煤岩的目的。装运系统是掘进机的重要组成部分, 其设计质量直接影响掘进机的动力消耗和生产率等。装运系统的研究, 从两个方面进行了考虑, 一是对影响装载机构装载效率的设计参数:转盘大小、形状、转速以及铲板倾角、插入料堆深度进行研究、优化;二是对装载铲板的结构进行了大的创新设计, 研制成功改向链轮前置的新型装载机构, 有效解决了装载机构中间由于转盘无法够到而形成的“装载死区”问题, 提高掘进机装载机构的自装效率。

2.4 抗冲击、大载荷新型回转机构的研制

回转机构主要的作用是将截割机构工作过程中产生的交变载荷通过机架转移到履带行走机构上, 进而传递到地面上去。因此, 回转机构研究的重点是提高其可靠性, 并通过设计, 降低截割机构工作载荷对整机造成的冲击。回转机构主要用于支承、联接并实现截割机构的升降和回转运动。回转机构通过止口、高强度螺栓和螺柱与机架相联。在工作时, 齿轮齿条互相啮合来实现截割机构的水平摆动。截割机构的升降是靠连在回转机构上的截割升降油缸来实现的, 齿轮齿条式新型回转机构如图4所示。

2.5 履带行走机构的研究

该履带行走机构具有载重大、耐冲击强的特点, 采用了支重轮结构, 以降低滑动摩擦阻力。为了井下组装和维护方便, 履带行走机构与机架的联接设计为挂钩式, 行走机构采用履带式, 左、右对称布置, 分别驱动。左右履带架通过高强度螺栓与机架相联。每个行走机构均由液压马达提供动力经行走减速器→驱动链轮→履带链, 驱动履带行走。为了提高履带行走机构的可靠性, 履带架设计为框架结构, 履带板采用整体履带板, 并利用计算机分析软件对履带架、履带板进行了受力与变形分析。

3 地面试验

整机设计完成后进行了岩壁截割试验, 如图5所示, 试验中针对掏槽、左右摆动、上下摆动和卧底各种工况进行了长时间的循环截割。在截割过程中整机表现出良好的截割稳定性, 截割能力强、截齿磨损小, 试验中对整机的截割稳定性、元部件振动等参数进行了检测, 如图6为横扫工况下截割减速器的三向振动加速度。

测试表明, 截割减速器三方向振动趋势一致, 大小相仿, 最大为4g, 表明截割机构工作平稳。位移参数反映了截割过程中机器的稳定性, 在截割过程中如果出现机器摆尾或跳动, 位移和加速度将会出现较大数值的突变。根据测试结果进行的分析, 除了调动机器出现较大的位移变化外, 正常作业状态下的位移都比较小, 可以判断设备具有良好的截割稳定性。

4 结语

经过地面试验及井下工业性试验, 表明该机技术先进, 体现出了截割能力强、稳定性好、遥控操作方便、自动化程度高、性能可靠等特点, 对改善我国特厚煤层综放开采采掘比例失调, 促进我国综掘机械化发展具有极其重要的作用, 具有较高的性价比和竞争力。是我国煤矿向高产高效集约化安全生产转轨的理想掘进设备, 对促进我国煤炭生产的可持续发展有着重要的意义。

参考文献

[1]马昭.具有湿式除尘系统的岩巷掘进机的研制[J].煤矿机械, 2013, 33 (1) :156-158.

[2]曹均, 王义亮.横轴式掘进机截齿排列设计[J].煤矿机械, 2013, 34 (4) :39-40.

全断面煤巷掘进机 篇5

其前端工作装置主要组成为:[1]三臂式可伸缩刀盘 (对称各一) ;[2]上截割滚筒装置;③下截割滚筒装置;④主截割减速机。

根据图1可知, 两三臂式主刀盘与主减速机输出端通过方键及螺栓连接到一起;上截割滚筒装置与主减速机上面的铰耳通过销轴连接, 再通过一对油缸两端连接上截割滚筒装置与主减速机, 油缸动作可实现上滚筒举升和下落;下截割滚筒装置与主减速机下面的铰耳通过销轴连接, 再通过一对油缸两端连接下截割滚筒装置与主减速机, 油缸动作可实现下滚筒抬起和下降;主截割减速机再通过螺栓连接固定到本体车架上。通过上、下滚筒装置油缸的动作调节截割断面高度。

因整机的结构功能要求, 整个前端工作装置工作时需满足整体上下浮动功能, 所以整个前端工作装置需连接固定到本体车架上, 本体车架与行走部由两支撑油缸连接, 通过该油缸动作实现车架与整个工作装置整体上下浮动。前端工作装置各部分总重达95t, 再加上主刀盘及滚筒工作过程中形成的复杂载荷共同作用于主减速机与本体的接合面处, 故前端工作装置与本体车架之间的固定螺栓组设计工作尤为重要。

进行螺栓组连接的设计时, 应根据实际工况、载荷情况及结构尺寸要求来确定螺栓的布置方式、数量及连接接合面的几何形状, 螺栓组连接接合面的几何形状应根据实际配合情况设计成尽量简单, 易于加工, 最好设计为轴对称的几何形状, 如圆形、矩形、方形等。尽量使螺栓组形心与连接接合面形心重合, 接合面设计为环状或条状, 以便减少加工量、减小接合面不平的影响, 可以增加连接刚度;螺栓的布置应使螺栓组受力合理, 当布置受到力矩作用的螺栓组时, 螺栓应远离接合面对称轴, 使螺栓靠近接合面边缘, 增加连接的可靠性;在满足连接要求的情况下, 还应该尽量使同一组螺栓完全相同, 各个螺栓设计的最小间距应满足普通或特殊的力矩扳手空间的要求, 最大间距应按照连接用途及结构尺寸大小来确定。

在整体设计布置已定的情况下, 综合考虑主减速机安装方式和车架结构空间的限制等要求, 首先按照上述的螺栓组接合面结构设计原则将接合面形状及螺栓组布置为如图2所示样式。螺栓组在接合面上沿中轴线左右对称, 左下和右下两处产生转矩T的位置为主减速机输出端位置。

对螺栓组连接受力进行分析并计算:

已知, 前端工作装置总重95t;摩擦面螺栓组螺栓数量Z=75;

两个主刀盘在单刀盘堵转情况下, 输出转矩T=660000N·M;

螺栓组横向外载荷为Fw=950000N。

外载荷作用下受倾覆力矩M=9.5×105×1.65=1567.5k N·M

(1) 在外载荷Fw作用下, 螺栓所需预紧力

式中:Ks-考虑摩擦因数的不稳定而引入的可靠性系数;

f-联接摩擦副的摩擦因数;

Z-螺栓组螺栓个数;

i-摩擦接合面数量。

(2) 在转矩T作用下, 螺栓所需预紧力

(3) 在倾覆力矩M作用下, 螺栓所受到最大轴向载荷

式中:Li-螺栓中心至摩擦面翻转力矩对称轴线的距离, 根据图上测量求得。

螺栓受到总拉力:

式中:

(4) 确定螺栓直径

选择螺栓为10.9级高强合金螺栓, 查得[σs]=900MPa:在控制预紧力情况下, 取安全系数S=3。

求得螺栓许用应力为:

求所需螺栓危险截面直径:

根据以上结果, 故应选取螺栓公称直径d=36mm的螺栓较为合理 (螺纹小径d1=31.67mm>29.86mm。

(5) 校核螺栓所需预紧力是否合适

对合金钢螺F预≤0.6σSA1=0.6×900MPa×787mm2=424980N

所需预紧力F预=149410N<424980N;故满足要求。

根据已确定的螺栓公称直径, 选取螺栓类型、长度、精度及相应的放松垫圈。

结语

因为此产品为国内首台创新型煤矿用全断面高效掘进机, 在创新设计过程中需要进行反复核算, 前端工作装置与本体架接合面经过螺栓连接后, 经过了组装试运行及煤矿现场工业性试验的严酷考验, 保证了接合面连接螺栓工作的可靠性。

摘要：全断面煤巷高效掘进机为我国首台煤矿井下用巷道断面一次成型高效掘进机, 为了满足煤矿井下复杂工况的工作要求, 需要对某些关键部位的螺栓联接进行详细设计和校核。

关键词：全断面,接合面,螺栓联接

参考文献

[1]成大先.机械设计手册 (第五版) [M].北京:化学工业出版社2007.11

全断面煤巷掘进机 篇6

关键词：复杂地质,大断面,煤巷快速掘进技术,实际案例

0 引言

随着我国锚杆支护技术与煤巷掘进设备的快速发展, 快速掘进技术也逐步得到了开发与应用, 进而带动支护设计技术、围岩地质力学相关技术、掘进设备及相关配套设备、材料的发展。我矿目前综采工作面上百万吨已较为常见, 除此之外, 日产值达1万吨以上的工作面也逐步增加, 这些因素都极大地促进了煤巷快速掘进技术的研究与推广应用。

1 工程概况

新郑煤电公司赵家寨煤矿12208工作面下付巷位于矿区-162 m水平西翼采区内, 开采二1煤层, 0.5~11.5 m的厚度范围, 其平均厚度则为6 m。局部地区为0.2~0.6 m的炭质泥岩伪顶煤层。直接顶为平均厚3.5 m的块状砂质泥岩或泥岩, 该巷沿二1煤层的底板实施掘进。上部受二3煤工作面采动叠加影响, 并且鉴于郑州地区三软煤层特性, 采用29U型钢支护, 为斜墙半圆拱断面, 高3.45 m, 宽5.07 m, 辅以锚网索支护补强, 锚杆间排距与锚索间排距分别为1 500×1 000 mm、1 100×2 400 mm, 长度分别为2 m与3~5 m。目前, 该煤矿掘进工艺主要是综合机械化掘进, 90%以上的机械化装载率。

2 大断面煤巷快速掘进的影响因素分析

2.1 地质条件

该工作面的煤层条件为14.6 MPa的平均抗压强度, 煤体松软且节理裂隙较发育, 由于巷道围岩的性质明显变差冒顶片帮极易在掘进中出现, 使支护的难度加大, 更影响了掘进效率。利用短支短掘应对不稳定顶板, 而当顶板稳定时, 则能将大端头空顶距离适当加大, 使成巷速度更快。另外, 该工作面煤层上有炭质泥岩, 其厚度为0.2~0.6 m, 微裂隙与层理发育, 表现出控顶自稳时间短以及破碎松散的不稳定特点。而工作面底部则是灰黑炭质泥岩, 厚度为0.8~1.2 m, 底板围岩的实际情况较差, 使该工作面在生产过程中, 反复出现底鼓现象, 严重影响了安全生产与掘进速度。

2.2 支护与掘进设备

合理的设备配套是掘进循环时间的决定性因素。新郑煤电公司赵家寨煤矿其他掘进工作面综掘所使用的均为传统单纯U型钢支护, 为纯被动支护, 无法适应松软围岩条件, 并且由于掘进机频繁地开进退出, 使机底下陷情况时有发生, 严重影响综掘效率。另外, 支护为锚杆钻机, 其移动需要人工辅助完成, 导致作业时间长且人员多, 降低了支护效率与掘进设备开机率, 进尺水平也随之受到限制。

2.3 支护参数

1) 支护强度。对既有工程实例进行分析发现, 受到重视的是巷道两帮与顶板的加固度, 却忽视了对底板的分析, 导致挖底及出碴的工作量上升, 同时锚固底板的施工也存在一定的难度。此问题会导致既有支护的强度不足, 随之增加的底鼓量对巷道支护安全与掘进速率, 对巷道支护安全与掘进速率产生影响。

2) 支护速度。对现有掘进工作面的情况进行测算, 在一个作业循环里, 占到总时间50%~60%的就是支护工序, 其余多为运输系统因素与割煤工序因素。所以新郑煤电赵家寨煤矿综掘效率受到影响的关键因素就是支护速度。

2.4 施工工艺

影响巷道综掘效率的另一影响因素就是施工组织与施工工艺。除12208工作面外, 其余掘进面均采用36U型钢+顶锚索的复合支护方式配合悬臂式掘进设备 (如图1) , 再配胶带输送设备与装载设备的综合掘进技术, 其施工工序为综掘设备割、出煤之后, 后撤掘进设备, 再以人工方式移支架到工作面, 风水管路连接后利用锚杆设备实施钻、安装等。完成此工作后, 锚杆设备退出, 新一轮循环作业由综掘设备在工作面中开展, 锚杆支护与掘进设备割煤无法平行作业, 导致掘锚一体化难以实现, 从而延长了作业循环时间, 再加上顶底板围岩并没有较好的稳定性且锚杆的间距不大, 巷道锚杆在每米的数量较大, 通常只可实现短掘短支、一掘一支的方式作业, 最终影响掘进工序时间。

3 快速掘进技术措施分析

3.1 掘进与支护设备的优化

作为煤巷快速掘进实现的重要设备, 12208工作面下付巷所使用的综掘设备型号为三一重装EBZ160型, 它的切割能力相当强大, 能够很好地适应不同围岩条件, 极大地提升了自动化性能。锚杆钻孔设备的型号则选用MQT-85J2型, 显著加快了工作面支护与打眼速度。另外, 要求锚杆钻机及掘进机操作人员要对电、液、机各系统的工作原理进行充分了解, 以煤层实际变化情况为依据, 进行正确选择, 使设备的最大效率得以发挥, 保证不会因设备的运转问题而使掘进效率受到影响。

3.2 支护参数的优化

以实际地质条件为基础, 对巷道支护参数与形式进行正确选择, 确保快速、安全掘进。本工程优化的锚杆支护参数包括:打两帮锚杆时, 滞后一排顶板锚杆, 滞后迎头15 m安装锚索;缩短1 min的树脂锚固剂胶凝时间至20~30 s, 各锚孔装药量则由两支 (Z2835) 优化成一支 (Z2850) ;使用锚索锚杆耦合支护, 根据围岩特征对支护密度进行灵活变更, 对锚杆间排距进行合理增大, 并配合相应的支护强化工艺。

3.3 辅助运输系统的改造

在快速掘进过程中, 在工作单位时间内运输支护材料量明显较普通煤巷有所提升, 再加上经常在掘进时出现破顶底现象, 有大量矸石在局部地段外运。所以, 赵家寨煤矿12208工作面下付巷根据实际情况改造了辅助运输系统:技术改造了胶带输送机, 使胶带运输设备实现下带运输材料, 上带运煤的功能;利用SDP-800胶带输送设备代替了刮板运输设备。

3.4 优化配置掘、支、运工序

1) 掘、支联合施工技术。锚杆的打孔与安装利用机载锚杆钻机实现, 使传统锚杆支护的繁琐施工工序得以简化, 从而改善锚杆钻机与掘进机割煤安装不平衡的问题, 使锚杆的有效作业时间得以缩短, 进而使成巷速度得到提高。

2) 辅助工序时间的缩短。试行部分工序的作业平行, 对于可提前准备的辅助工序, 作更为紧凑的安排, 比如通风、轨道铺设、管线延长、交接班等, 使平行作业得以实现, 切实确保水、风管路到位, 有效保证快速掘进的实现。

4 结语

本例新郑煤电公司赵家寨煤矿的12208工作面特点是超大断面、伪顶、高地应力等, 根据其实际情况, 研究与运用了快速掘进技术, 成功实现月进400 m的速度, 确保正常接续了工作面, 打下了高效高产的良好基础。

参考文献

[1]杜启军, 赵启峰, 杨壮, 等.复杂地质条件下大断面煤巷快速掘进研究与实践[J].煤炭工程.2013, 45 (6) .

全断面煤巷掘进机 篇7

安阳大众公司13采区上部车场掘进工作面采用U型钢进行支护, 巷道断面呈拱形, 净宽4.3 m, 净高4.4 m。该工作面布置在煤层中, 煤层角度13°, 厚度6～8 m, 煤坚硬系数为0.256, 从煤层顶板向煤层底板掘进过程中, 沿顶板掘进。在掘进过程中, 煤层厚度变化, 掘进工作面上部存在煤层, 由于煤的坚硬性系数较低, 上部煤垮落严重, 垮落高度为2～4 m, 给生产带来严重的安全隐患。为此, 该矿与山东某公司合作, 采用马丽散聚合产品施行巷道超前加固技术。

2 马丽散加固技术原理

“马丽散”是一种低黏度、双组分合成的高分子聚亚胺胶脂材料, 能很好地渗入细小的裂缝中, 具有极好的黏合能力, 可与地层形成很强的黏合, 其良好的柔韧性能承受随后的地层运动, 可与水反应封闭水流;能提高地层支撑力, 机械阻力高, 遇水膨胀25倍, 从而提高地层支撑力和机械阻力, 大大提高被加固区域的使用性能和寿命。

马丽散可通过加入一定量的加速剂提高产品的反应速度, 注入地层后, 低黏度混合物保持液体状态几秒钟, 在强大的注射压力下很快地充分渗透到细小的裂隙中膨胀凝固, 从而有效地加固和密封区域。

马丽散的使用范围:加固裂隙和不稳定地层, 封闭水流入口, 密封地层, 岩石加固, 岩石铆钉的密封等。

3 施工方案

(1) 布孔参数。

现场采用煤电钻打孔, 孔径为42 mm, 孔深6 m。其中, 在第1循环时, 布孔为4个, 以后注浆为3个, 均匀布置在巷道顶部, 与巷道顶部夹角为25～30°。

(2) 马丽散树脂与催化剂的配合比。

体积比为1∶1, 质量比为1∶1.17。

(3) 注浆压力。

根据该巷道煤层性质, 确定注浆压力为5～8 MPa, 单孔注浆量为8～12桶。单孔注浆结束标准为:①达到设计注浆压力, 并稳定10 min以上;②虽未达到注浆压力, 但从周边煤壁窜浆;③注浆过程中发现异常情况, 及时停泵处理。

(4) 施工设备及材料。

使用小型多功能气动注浆泵, 采用双液注浆系统。

(5) 注马丽散施工步骤。

①打孔前先探明煤厚, 以确定加固厚度。为防止工作面发生煤与瓦斯突出事故, 加固打孔时间定在打完抽放孔并经校验合格后进行;打孔顺序为先打中间孔, 再打边孔。②打钻及封孔。③把多功能泵及其附件组装好。④开始注浆, 注浆泵与注浆孔间隔4 m, 2根吸管分别插入马丽散树脂和催化剂桶中, 活塞在气马达的作用下运动, 由于压力的作用使原料经过活塞进入输出管输送到注射枪里, 通过注射枪注入到煤层, 原料渗入裂隙, 发生快速反应, 达到加固目的。⑤停止注浆, 用树脂冲洗管路和混合枪。⑥换孔注浆, 重复②～⑤的步骤。⑦注浆完毕后, 用清洗剂清洗多功能泵和附件。清洗时树脂一侧用水, 催化剂一侧用机油清洗。

(6) 施工工艺。

马丽散注浆施工工艺流程:打眼→下注浆管→用高压管连接注射枪和注浆泵→将2根吸管分别插入马丽散树脂和催化剂桶内开泵注浆→冲洗机具→停泵拆卸注射枪。

4 施工措施

(1) 在打钻班打完抽放孔并校检结束后开始注马丽散。施工前先将马丽散、马丽散泵、管线及打眼工具运到施工现场, 将供风管路敷设到施工地点, 加固周围U型钢支架及正前方煤壁。

(2) 打眼前先将风管敷设到施工地点, 将施工用的工具、钻杆和2根管枪运到施工地点。

(3) 人员进入工作面打眼前, 先检查周围支架和工作面煤壁情况, 加固支架和正前方煤壁, 用长把工具进行敲帮问顶。

(4) 施工前先检查风管、煤钻、煤墙和支架情况, 检查供风及风压情况, 检查风管路是否畅通, 连接是否牢固。然后送风试运转。

(5) 打眼时先用手镐刨点定眼位, 刨出眼窝后, 用钻头轻轻接触煤体, 使钻头顶紧定位点、钻进煤体, 调整好角度, 均匀用力, 顺势推进。连续钻进, 当眼深达到6 m时打眼结束, 排净眼内的煤粉后, 撤下钻杆, 钻眼完毕, 抽出钻杆。随后进行下一个眼打钻。

(6) 当眼打完后, 向眼内插入Ø19 mm、长1.0 m套结钢管6根, 在第3根处安装封口器。将泵安设在支护完好的适当位置, 接好风管, 将送液管敷设到注马丽散的地点, 将注液枪接到送液管上, 由厂家安排1人现场指导注射枪人员施工。再将马丽散码放在泵的附近, 准备不低于3个眼用的马丽散材料。先将吸液管插在机械油桶内, 给泵送风, 开泵用机油冲洗管路。将吸液管插在马丽散桶内, 开泵打开注液枪阀门, 确定管路畅通后, 将注液枪接在安装完好的管子上, 开泵供马丽散。当煤体缝隙渗出少量马丽散时, 立即通知开泵人员停泵;待不再外渗并凝固后, 通知开泵人员慢慢开泵;确定不再有渗出后, 恢复正常;当泵出现压力过高、外渗严重时停止注浆。停泵时先关闭供液阀门, 卸下注液枪, 再安装到下一眼内的管子上继续注马丽散。

(7) 全部施工完毕, 用机械油冲洗管路和泵缸, 然后撤除各管路, 将泵和剩余的马丽散运到料场, 码放整齐。

(8) 注马丽散加固煤体时, 当发现孔口周围煤体裂隙发生马丽散外渗时, 暂停;待马丽散胶凝后再继续注射。在注射马丽散时, 人员严禁站在注射枪的正后方。

5 马丽散加固技术特点

(1) 新颖性。

过去加固顶板一般采用的是机械方法或物理方法, 如打点柱、打锚杆锚索、注水泥浆等。注马丽散是一种新颖的化学加固方法, 马丽散由树脂和催化剂2种基本成分组成, 注入煤层几秒钟后, 经过化学反应就可生成聚亚胶脂产品, 开始膨胀, 对围岩松动圈裂隙进行充填, 对破碎松散体进行黏结, 使之成为整体, 提高了围岩的稳定性和抗压承载能力。

(2) 安全性。

注马丽散前, 该段巷道变形严重、冒顶面积大, 人员进行施工或维护工作量大, 而且不安全。注马丽散后, 顶板得到改善, 减少了巷道的维护工作, 提高了掘进速度, 保证了掘进工作面的顺利掘进。

(3) 快速性。

煤层注入马丽散施工简单, 而且马丽散化学反应迅速, 见效快。

(4) 优点。

①工艺简单, 操作方便。多功能泵体积小、质量小, 压风作动力源, 正常操作2人即可。②注浆前, 不需要喷浆封闭巷道顶帮。③专用封口的设计合理。封口器一端有垫片, 在开始注浆时, 浆液在封口器内膨胀, 将封口器与孔壁密合, 继续注浆当浆液压力达到一定值时, 将垫片冲开, 浆液便经注浆管注入煤层。较其他方法封口方便、省时。④马丽散树脂和催化剂2种原料分别用塑料桶装, 携带搬运方便, 便于井下施工。

6 结语

(1) 马丽散混合液在液体状态时, 能很好地渗入到细小裂隙中, 特别是在煤体和破碎岩石中。该巷道经过加固后, 3个月来基本无明显的变形、来压等现象, 巷道得到很好的维护。

(2) 应用马丽散树脂加固技术, 能及时地改变围岩的松散结构, 提高煤体的整体强度, 提高施工的安全可靠性, 保证掘进工作面顺利掘进。另外, 在煤矿生产的其他环节, 如回采工作面破碎带施工、处理巷道冒顶、堵水等, 也可采用该技术进行治理。因此, 马丽散加固技术在煤矿井下生产中值得推广应用。

摘要：在大断面煤巷中采用马丽散树脂支护技术进行超前加固, 可有效地控制顶煤垮落。介绍了马丽散加固技术的原理及煤巷加固工作面的基本情况, 通过采取合理的施工方案及周密的施工措施, 取得了良好的效果。该技术不仅施工简单, 而且经济有效, 提高了巷道支护的安全可靠性, 具有广泛的应用前景。

全断面煤巷掘进机 篇8

本文旨在简析不同类型的TBM及其配套出渣和材料运输方式的优缺点,为设备的选型及施工提供借鉴。

1 选型原则

根据隧道的施工条件、工期要求等因素,在确定使用TBM开挖后,TBM及其出渣和材料运输设备的选型一般遵循以下原则。

1)安全性、可靠性、经济性相统一。

2)满足隧道外径、长度、埋深和地质条件,满足沿线地形以及洞口条件等环境条件。

3)满足安全、质量、工期、造价及环保要求。

4)根据隧道的衬砌形式要求选择TBM上配套的锚喷支护或管片支护设备。

5)根据隧道开挖直径及掘进长度选择出渣方式。

6)TBM和其配套的出渣和材料运输方式必须有序结合。

7)TBM不是万能的设备,TBM选型时必须以能开挖占整个工程比例最大部分地段而选择对应的TBM类型。

2 各种类型掘进机对比分析

根据以往TBM设计及施工案例分析,各种类型TBM的对比分析情况如表1所示。

3 TBM出渣及材料运输设备选型

TBM的出渣系统主要有连续皮带机出渣和有轨机车两种出渣方式,不同的运输方式适应不同的施工条件,两种不同运输方式的对比如表2所示。

TBM所需材料的运输主要有有轨机车和无轨胶轮车两种运输方式,两种运输方式的对比如表3所示。

4 结论

隧道由于不良地质体的存在会发生很多工程地质问题,TBM选择不当会造成很大的经济损失和工期延误,TBM设备不是万能的设备,局部不良工程地质条件段可通过钻爆法等提前处理解决。

TBM开挖直径和开挖长度决定采用不同的出渣和材料运输方式,随着各钟行业内不同隧道设计的要求,TBM开挖直径和长度的多样化,多种运输方式将会在将来的隧道中得到应用。

参考文献

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[3]茅乘觉.全断面岩石掘进机(TBM)选型探讨[J].建筑机械技术与管理,2006,(8):57-58.

[4]尚彦军.史永跃,孙元春,等.岩石隧道TBM选型失败实例与分析[J].岩石隧道工程技术,2006,(4):471-472.

[5]韩广有,张乐诗,张忠武.TBM开挖石渣运输方式的选择[J].2006,(4):43-44.