硬岩掘进机配套设备及工艺研究
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【摘 要】硬岩掘进机广泛的应用于煤矿硬岩巷道的掘进施工，硬岩掘进机破岩能力强，排矸能力大。所以，合理选择掘进机后配套设备十分重要。
【关键词】掘进机；配套设备；工艺
一、矿井简述
杨营煤矿位于山东省梁山县城西北约7km处，井田位于巨野煤田与阳谷-茌平煤田的黑虎庙井田的西南部，井田设计一对立井开拓方式，初期向东布置一组大巷及下山开采东翼各采区。现矿井正处于二期工程建设期间，在东翼轨道大巷开始施工时，井底车场周围多头施工，主、副井提升系统处于改绞阶段，尚未正式形成，矿车运输能力不能满足需要，采用EBZ260硬岩掘进机施工，其后配套设备问题将直接影响施工进度，为了解决矸石后续运输制约掘进机高效生产问题，我们对掘进机配套设备及工艺进行了重点分析研究。
二、方案确定
1、方案提出及分析
方案Ⅰ：掘进机—梭式矿车—龙门转载皮带机—矿车。
方案Ⅱ: 掘进机—伸缩皮带机—龙门转载皮带机—矿车。
方案Ⅲ: 掘进机—自制水平煤仓—耙装机—矿车。
方案Ⅰ优点：（1）掘进机后部配套设备能随工作面的推进紧跟掘进机移动，整套设备机动性强，直接由掘进机提供牵引动力；（2）能实现采割、转运、储存、装载连续机械化生产；（3）设备配套紧凑，占用空间小，适用较小断面，可弯道作业；（4）有效缓解矿车周转紧张而影响掘进工作面排矸的问题，保持高效掘进。
缺点：（1）配套设备仅适应水平巷道，巷道不能有太大起伏；
（2）设备投资较大，梭式矿车和龙门转载皮带机合计需用设备购置资金40多万元。
方案Ⅱ优点：（1）综掘工作面常用的配套方式，生产工艺易于掌握，（2）矸石储存能力大。
缺点：（1）皮带机要求直线性较高，不能适应弯曲巷道；（2）设备投资较大，一部皮带机需要资金120万元（按照500米配置）；（3）设备安装、撤除工作量较大。
2、方案确定
经过以上经济、技术比较，结合现场条件，确定选用方案一。
三、方案实施
1、施工工艺简述
工作面采用硬岩掘进机全断面割岩，由掘进机第一、二运输机、将割除岩石连续排至配套梭式矿车，然后经梭式矿车（暂时储存）、龙门转载机将矸石连续装载矿车组（龙门转载机下可一次储留一列——8辆矿车），矿车组装满后由电瓶车外运。配套设备由掘进机托运来实现设备跟掘进工作面移动，实现采割、装载、储运、支护的机械化。在矿车周转的过程中，梭式矿车强大的储矸功能可作为临时性的储矸仓，以达到平行作业的目的。
2、设备特点
（1）梭式矿车：梭式矿车是平巷掘进的新型高效出渣设备。具有连续卸载速度快，大容积贮量大，卸车方便效率高，矸石料渣不结底，不污积巷道，矸石块度不限制，使用灵活方便，可靠性高、能实现装料、出渣、流水连续作业，以提高工作效率等特点。施工巷道断面为半圆拱4.2*4米（净），断面面积16.8平方米，设计一列1吨矿车（8辆）和二部SD-8梭式矿车完全满足一个掘进循环（0.9米/循环）的出矸量，使迎头掘进机截割与矿车周转同时进行，减少矿车周转影响，进而加快巷道掘进速度。其重点创新设计：梭式矿车原设计不能与掘进机第二运输机配套使用，我们经过与设备制造厂家联合研发设计，在原梭式矿车的基础上增设了与掘进机第二运输机配套的轨道。
(3)龙门转载机：龙门皮带转载机是在桥式刮板转载机的基础上，提出的设计思路，与设备制造厂家共同研究设计的一种新式转载机，它由桥式皮带机、龙门架自动支撑装置及行走机构三部分组成。龙门架自动支撑装置是该配套设备主要设计创新点，其工作原理是：工作时龙门支架转下并用内注式油缸支撑起转载机的机体，使转载机机身下平面高于矿车高度，以能使一列矿车（长度根据设计定）沿铁路进入转载机身下部，起储存矿车作用。掘进机截割的岩石经梭式矿车进入龙门转载机，由龙门转载机依次装载到矿车，装载的同时由绞车牵引矿车或人力推动矿车做连续移动，实现连续装载。随巷道的延伸需整机前移时（不处于工作装载时），先将行走结构的支撑小车在铁路上移至铰接位置安装后，将龙门架支撑油缸卸载，再由掘进机牵引前移。该设备的特点为：a具有储存一列矿车（根据使用要求设计储存矿车辆数，本案设计8辆矿车）的能力，克服了单矿车转载运行效率不高的问题，可连续接载一列矿车。b借用掘进机牵引前移，无需重新投入动力。c工作状态（装载矿车）和移动状态，两状态机构转换设计简单，便于人工操作。
四、实施效果
方案确定后，2011年元月28日，在杨营煤矿井下东翼轨道大巷进行掘进机、梭式矿车和龙门转载皮带机的配套安装并投入运行。自2011年1月28日使用至12月12日结束，期间因作防治水工作和其他影响因素，巷道停掘2.5个月，施工巷道断面积16.8m2，岩石硬度系数f=3～8，共施工967米。经使用证明该配套工艺具有较强的储矸能力，使工作面排矸的连续性增强，明显缓解了矿车供应不及时对综掘工作面的影响，较大幅度的提高了施工进度。全岩巷道月掘进进尺都在110m以上，曾经达到日进尺7.2m,月进尺141m的较高水平，实现了综掘工作面高效掘进，在同等生产条件下很值得推广应用，具有明显的经济和安全效益。
（1）与传统工艺比较，月提高进尺50米以上效益明显。
（2）Ⅰ方案与Ⅱ方案相比，实现经济效益119.8万元/年。其中设备资金少投入近100万元。经使用证明梭式矿车的维护费用远远低于伸缩胶带输送机，梭式矿车维护费用在2000元/月均左右，胶带机维护费用在7000元/月均左右，节约维护费用60000元/年。设备的安装使用减少了人工投入。Ⅰ方案与Ⅱ方案相比：经测算少投入人工26个；按1320米/年进尺，节约人工费用投入137720元/年。
五、结论
现场实践表明，全岩掘进工作面岩石硬度系数f≤8的巷道，采用EBZ260型掘进机配套SD8梭式矿车和龙门转载皮带机的机械化掘进成套设备及工艺，减少掘进工作面排矸不畅，，降低了工人的劳动强度，实现了采割、转运、储存、装载的机械化流水作业，有效提高了工作效率，加快了施工进度，该配套设备和工艺为矿井掘进开拓提供了创新设计。