煤矿岩巷用钻装机的设计

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【摘要】根据煤矿小断面岩巷掘进的特点，介绍了矿用履带式全液压钻装机的主要工作结构和原理，通过结构设计与机构分析，验证了钻装机结构设计的可靠性，提高了煤矿生产率。

【关键词】钻装机；耙斗；凿岩；快速掘进

目前，我国南方煤矿岩巷施工平巷掘进仍广泛采用钻眼爆破法掘进设备。钻爆法具有破岩速度快、动力消耗小的特点。南方煤矿、井型小、断面不大，使用凿岩台车和装载机械，错车问题较难解决，仅能满足单机的机械化作业线，各个工序难以同时作业来实现钻眼、爆破、装车、掘进和运输的连续一体化，这是制约煤矿开采掘进速度的关键。因此，现行研发的煤矿巷道用掘进钻装机，可以大大减少作业面的人数、降低工人劳动强度，又可提高掘进效率，改善目前部分矿井采掘接替紧张局面，保证矿井生产持续稳产高产都具有十分重要的意义。

1、钻装机的结构及设计参数

该钻装机采用了一系列的模块化结构设计，为煤矿下井吊装以及整机拆装和维修提供了方便。CMZY2-100/8 型矿用全液压钻装机的主要技术参数：

整机重量/kg19000

外形尺寸（L×B×H）/m 9×1.8×1.66

断面形状 拱形（半圆拱、三心拱、切圆拱）

钻孔断面（B×H）/m3×2.7～5.5×3.8

耙装范围（L×B×H）/m 2.6×4.2×2.1

钻孔硬度 f≤14

单机钻孔速度/m·min-1 0.8～2.0

钻孔直径 准/mm 27～42

钻孔深度/mm 1500

耙装输送能力/m3·h-1>100

行走速度/km·h-10 ～1

总功率/kW 55

爬坡能力/（°） 16

2、钻装机的结构设计

（1）液压钻机

钻机是钻装机工作的关键部件，选用了法国蒙特贝生产的HC50型液压凿岩机，其性能指标已经达到了国际先进水平。经过地面试验，在硬度f=10的岩石上钻进速度可达到1.5 m/min。

还采用了油缸-钢丝绳倍增推进方式来补偿行程，高效地实现了钻深孔需求；

（2）钻臂

钻臂分为左右2个，各由直角坐标式钻臂和推进器等组成。推进器上安装有HC50型液压凿岩机；钻臂最大工作范围：高5.5m，宽3.8m。每个钻臂上有6个油缸，可完成摆臂-支承-仰俯-摆角-旋转-补偿动作， 用于操作台前方各个方位上钻凿掘进炮孔和锚杆孔；

（3）耙装机构

耙装机构主要由耙臂、斗杆及耙斗组成，形状、工作方式都与反铲式挖掘机相似，其主要工况是将岩石和矿渣“耙装”进入耙斗输送到刮板机上。因此，在产品结构设计时，耙斗耙装的最大容量计算、耙斗形状、运行轨迹及耙臂各个节点的速度需要设计满足将岩石和矿渣落入刮板机上。除了耙装外，该耙斗还可修理巷道，甚至还能将偏软的岩土直接用耙斗扒落。而对于较大的岩块，将耙斗更换为破碎锤，解决了刮板机运输大块岩石无法通过龙门的问题；

（4）行走系统

行走系统采用了履带式行走， 因为履带推力大，而且在距工作面至少10m以上的距离可不铺轨，这里岩碴就可以顺利地装载。但如果是轨轮行走，则在轨道上面的岩石是不容易装载的。采用高速小扭矩液压马达通过齿轮减速箱来驱动，液压马达的工况就会得到改善， 可提高行走机构的可靠性；

（5）支承部

支承部分为前部铲板和后部支承，设计概念是解决行走有坡度时与地面的碰撞接触，减小行走阻力和提高行走速度，前铲板和后支承提升高度设计为了满足整机抬高和维修人员进行底盘设备维修；

（6）机架部

机架为本机的最大不可拆卸件，外形尺寸设计为3m×1.08m×1.55 m，整体焊接，是其他各个部件和系统的安装载体；

（7）液压系统

液压系统为开式系统，由二联泵系统（paker公司的液压系统）与油箱组成。满足钻机和耙装，运输和支撑的油量要求，通过泵站到达三大控制阀组（多路换向阀组）来控制管路油量来调整油压。即开机时，若钻进系统工作则耙装系统失效不能动作，耙装系统工作则钻进系统失效不能动作。通过液压系统设计形成输送与耙装联动的液压系统，提高钻装机工作的效率和可靠性；

（8）电控、水系统

电控系统控制电机、电器、提供控制信号并监控和保护、防止失误操作，是整机安全工作的关键。 采用了隔爆兼本质安全型，工作电压为1140/660V，其控制箱具有短路保护、断相保护、油温保护和液位保护等性能。为了改善作业面采光效果，机组采用3台矿用防爆汞灯提供照明。

水系统为液压凿岩机供水、冲洗和排除岩粉、冷却钎头、冷却液压油；风路上附设有空气压缩机和油雾发生器，其风压不低于2.5MPa，保证液压钻的良好和排除岩粉以及液压油的冷却。

3、结语

目前，由于结构或系统难以协调等原因，此类设备在市场上基本还是空白。因此，液压钻装机紧随其后的工业性能试验将起着举足轻重的作用，为了进行下一步的优化设计提供了可靠性经验。钻装机作为煤矿小巷道断面的钻凿、耙装、运输于一体的设备，市场应用前景十分广阔，有平稳、可靠，安全等突出优点。随着设计和研发技术的不断成熟，它的优越性将会更加明显，降低了能源消耗，提高了经济效益，也较好地缓解了煤矿采掘失调问题，是一种很有发展前途的设备。

在中小断面硬岩巷道的掘进施工中，钻装机有着其他设备无可比拟的优势。较掘进机来讲，由于采用炮掘方式，没有岩石硬度的限制，它的经济性更好；与/凿岩台车与侧卸装岩机0的组合相比，它又具有更好的断面适应能力；另外钻装机的耙斗还具有清理巷道、辅助扒碴等功能。因此钻装机在当今煤矿中的应用前景十分广阔，值得大力推广。

参考文献

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[4]田亮，王江平，刘锋，邹海波.基于Pro/E的CMZY2-100/18岩巷钻装机运动机构仿真[J].煤矿机械，2011 （06）