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1、8 专题专题8.1 掘掘进进工作面工作面设备选设备选型型计计算算8.1.1 已知原始参数已知原始参数已知原始参数见表 8-1。表8-1 已知原始参数掘进断面（）截割高度 （m）截割宽度（m）截割硬度（）MPa22.44.25.3470掘进坡度（）接地比压（）MPa卧底深度（mm）供电电源（V）160.141801140/6608.1.2 巷道掘巷道掘进进工工艺艺1）矿井综掘机状况掘进机用于巷道机掘施工，机掘速度快，效率高，巷道成型规整，岩体免遭炮震破裂，施工质量好等诸多优点，被越来越多的国家所认识。掘进机破岩有钻削、铣削和滚压 3 种方式。部分断面掘进机破岩主要用于钻削和铣削两种方式。截割工作
2、机构悬臂布置，截割头有纵向和横向出轴旋轴两种，形状有圆锥形，圆锥圆柱形、半球形，滚筒式等。截割头截入工作面的部分断面，用悬臂式的循环摆动截落全断面煤岩。全断面掘进机破岩主要用滚筒和铣削两种方式。滚压式工作机构用在坚硬岩层中，工作机构前端有一个旋转刀盘，在刀盘旋转的同时，利用机器的轴向推力压向岩面，使刀具在岩面公转并绕自身轴线自转，从而实现全断面破岩，铣削式工作机械用在煤和软岩中，工作头前端有若干个独立旋转的刀盘，刀盘上装铣削刀具。利用工作头、刀盘各自的旋转运动与机器的推进运动相互配合，使刀具呈螺旋线方式运动破落煤岩。2）悬臂式掘进机按截割头布置方式，悬臂式掘进机分纵轴式和横轴式。纵轴式掘进机多
3、采用截锥体截割头，其结构简单，容易实现内喷雾，较易切出光滑轮廓的巷道，便于用截割头开水沟和挖柱窝。截割头上既可安装扁平截齿，也可安装锥形截齿。一般情况下，纵轴式截割头破碎的煤岩向两侧堆积，需用截割头在工作面下部进行辅助装载作业，影响装载效果。由于截割头是埋在被切煤岩中工作，且转速较低，因而产生量较少。横轴式截割头的形状近似为半椭圆球体，不易切出光滑轮廓的巷道，也不能利用截割头开水沟和挖柱窝。横轴式截割头上多安装锥形截齿，齿尖的运动方向和媒体的下落方向相同，易将切下的煤岩推到铲装板上及时装载运走，装载效率较高。但截割头的转速高、齿数较多，且不被煤岩体所包埋，因而产尘量较多。综上所诉，纵轴式和横轴
4、式掘进机各有优缺点，应结合煤矿地质条件和掘进机的性能加以选用。3）巷道掘进工艺目前国内外采用最多的是部分断面掘进机，这种掘进机比较灵活，可使煤岩分掘。根据已知原始参数的巷道地质条件，接地比压为适合选用中0.14MPa型掘进机，根据煤岩坚固性截割硬度，可选用半煤岩巷掘进机。由于70MPa纵轴式掘进机其结构简单，容易实现内喷雾，较易切出光滑轮廓的巷道，便于用截割头开水沟和挖柱窝。因此本选型设计采用部分断面纵轴式掘进机半煤岩巷掘进工艺。掘进机截割程序如图 8-1 所示，半煤岩工作面，先软后硬。沿煤岩分界线的煤侧钻进开切，沿线掏槽。图8-1掘进机截割煤岩程序8.1.3 掘掘进设备选进设备选型型计计算算
5、1）掘进设备选型根据所截割煤岩的硬度，参考现有机型的参数和现行技术条件选取截割功率、最大工作坡度、可掘断面、机重等基本参数见表 8-2。表8-2 掘进机型式的基本参数机型 技术参数单位 特轻轻中重切割煤岩最大单向抗拉强度MPa506085100切割机构功率kW30507590200200适应工作最大坡度(绝对值)不小于()16161616可掘巷道断面58.5616724828机重(不包括转载机)t20255080由已知原始参数及煤矿地质条件选用中国煤炭科工集团太原研究院制造的EBZ150 型掘进机。该机是一种中型悬臂式掘进机，适用于各种类型底板、半煤岩及岩巷掘进。2）EBZ150 型掘进机技术
6、特点（1）模块化设计采用大合金头截齿，强度更高、更耐磨、损耗更小；（2）采用等摩擦角星轮刀形设计，使装载效率更高，能耗更小；（3）应用自主开发的截割力学性能优化软件结合传统设计方法，对截割部参数进行优化，使截割牵引力变化更小，截割更稳定；（4）该机有不可伸缩和可伸两种不同截割机构供选择。3）EBZ150 型掘进机技术参数EBZ150 型掘进机基本参数见表 8-3。表8-3 EBZ150型掘进机基本参数序号名称技术参数（标配）1外形尺寸（m）9.12.31.652定位最大可掘高度/宽度（m）4.2/5.343经济截割岩石单向抗压强度（MPa）90/704截割卧底深度（mm）2505地隙（mm）2
7、506适应巷道坡度（ ）o167接地比亚（MPa）0.148整机重量（t）40(不含二运和除尘)9总额定功率（kW）255(不含二运和除尘)总体10机器供电电压（V）1140/66011截割电机功率（kW）15012截割头转速（r/min）48.5截割部13平均单刀力（N）495014装载形式等摩擦角三爪星轮15运输形式边双链刮板16铲板宽度（m）2.817星轮转速（r/min）3718运输机链速（m/s）1.1装运部装运部19装运能力（）3m / h22020行走形式履带式21行走速度（m/min）08.4 行走部22制动形式摩擦离合器23系统形式定量型/开式回路24额定压力（MPa）162
8、5总流量（L/min）50326泵站电机功率（kW）9027油箱有效容积（L）640液压系统28锚杆泵站电机功率（kW）1529灭尘形式内喷雾及加强型外喷雾30供水压力（MPa）38喷雾及冷却系统 31流量（L/min）6332电控箱隔爆兼本质安全型 电控系统 33控制箱隔爆兼本质安全型34电气控制进口专用控制器4）主要结构和工作原理EBZ160TY 型掘进机主要由切割部、装载部、刮板输送机、行走部、机架和回转台、液压系统、水系统及电气系统等部分组成，参见图8-2。1-切割部；2-装载部；3-刮板输送机；4-机架和回转台；5-履带行走部；6-油箱；7-操作台；8-泵站；9-电控箱；10-护板总
9、成图8-2 EBZ150 型掘进机（1） 切割部切割部又称工作机构，结构如图8-3 所示，主要由切割电机、二级行星减速器、悬臂段、切割头等部分组成。1-切割头；2-悬臂段；3-二级行星减速器；4-轴套；5-切割电机；6-电机护板图8-3 EBZ150型掘进机切割部切割部为二级行星齿轮传动。行星减速器结构如图8-4所示。EBZ150 型掘进机切割部由150kW 的交流恒功率双速水冷电动机输入动力，轴套传至二级行星减速器，经悬臂段，将动力传给切割头，通过切割头的旋转和履带推进实现钻进运动，通过切割头的旋转和升降以及回转台水平回摆实现径向切割，从而达到破碎煤岩的目的。在掘进机的工作过程中，切割电机可
10、以提供高、低不同的两种切割速度。由于EBZ150型掘进机切割电机高、低速工作时，额定功率均为150kW。所以，低速时速度低，输出扭矩大，适合于硬岩切割；高速时速度高，输出扭矩小，适合于软岩及煤岩切割。两种切割方式可以根据实际情况方便切换，从而大大的提高了掘进机的切割效率。图8-4 EBZ150 型掘进机切割部二级行星传动整个切割部通过切割电机的两个电机耳以及两个销轴铰接于回转台上。借助安装于切割部和回转台之间的两个升降油缸，以及安装于回转台与机架之间的两个回转油缸，来实现整个切割部的升、降和回转运动，由此切割出任意形状的断面。(2) 装载部装载部结构如图8-5所示，主要由铲板及左右对称的驱动装
11、置组成，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。该机构具有运转平稳、连续装煤、工作可靠、事故率低等特点。装载部安装于机器的前端。通过一对销轴铰接于主机架上，在铲板油缸的作用下，铲板绕销轴上、下摆动,可向上抬起300mm，向下卧底250mm。当机器切割煤岩时，应使铲板前端紧贴底板，以增加机器的切割稳定性。1-铲板体；2-改向链轮组；3-三爪星轮；4-驱动装置；5-液压马达图8-5 EBZ150 型掘进机装载部（3）刮板输送机刮板输送机结构如图8-6所示，主要由机前部、机后部、驱动装置、边双链刮板、张紧装置和脱链器等组成。刮板输送机位于机器中部，前端与主机架和铲板铰接，
12、后部托在机架上。刮板输送机采用低速大扭矩液压马达直接驱动，在液压回路上设有安全阀，即使有大的岩块卡在龙门上也不会造成机器的损坏，刮板链条的张紧是通过在输送机尾部的张紧油缸来实现的。1-机前部；2-机后部；3-边双链刮板；4-张紧装置；5-驱动装置；6-液压马达图8-6 EBZ150 型掘进机刮板输送机（5） 行走部EBZ150 型掘进机采用无支重轮履带式行走机构，降低了故障率，提高了机器了稳定性。左、右履带行走机构对称布置，分别驱动。各由11 条高强度螺栓（M302、10.9 级）与机架相联。每个行走机构均由液压马达提供动力经摩擦片防滑制动器三级圆柱齿轮减速器两级行星减速器驱动链轮履带链组成，
13、驱动履带行走。现以左行走机构为例，说明其结构组成及传动系统。如图8-7所示，左行走机构主要由导向张紧装置、左履带架、履带链、左行走减速器、液压马达、摩擦片式制动器等组成。摩擦片式制动器为弹簧常闭式，当机器行走时，泵站向行走液压马达供油的同时，向摩擦片式制动器提供压力油推动活塞，压缩弹簧，使摩擦片式制动器解除制动。为节省辅助时间，提高掘进机效率，本机采用了带负载敏感控制的恒功率变量泵，行走速度可因实际情况在08.4m/min 之间变动，从而最大限度的发挥了机器的效能。另外，本机通过使用黄油枪向安装在导向张紧装置油缸上的注油嘴注入油脂，来完成履带链的张紧（油缸张紧行程120mm），调整完毕后，装入
14、适量垫板及一块锁板，拧松注油嘴螺塞，泄除油缸内压力后再拧紧该螺塞，使张紧油缸活塞在掘进机正常工作过程中不会承受张紧力。1-导向张紧装置；2-履带架；3-履带链；4-行走减速器；5-行走液压马达；6-摩擦片式制动器图8-7 EBZ150 左履带行走机构（5）机架和回转台机架是整个机器的骨架，其结构如图8所示。它承受着来自切割、行走和装载的各种载荷。机器中的各部件均用螺栓或销轴与机架联接，机架为组焊件。回转台主要用于支承、联接并实现切割机构的升降和回转运动。结构如图8-8所示。回转台座在机架上，通过大型回转轴承用止口、54 个高强度螺栓与机架相联。工作时，在回转油缸的作用下，带动切割机构水平摆动。
15、切割机构的升降是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降油缸实现的。左、右后支撑腿是各通过后支撑油缸及销轴分别与后机架连接，它的作用有：a. 切割时使用，以增加机器的稳定性；b. 窝机时使用，以便履带下垫板自救；c. 履带链断链及张紧时使用，以便操作；d. 抬起机器后部，以增加卧底深度。1-回转台；2-前机架；3-后机架；4-后支撑腿；5-转载机耳架图8-8 EBZ150 型掘进机机架(6)液压系统本机除切割头的旋转运动外，其余各部分均采用液压传动。液压系统主泵站由一台90kW 的电动机驱动一台三联柱塞泵，分别向油缸回路、行走回路、装载回路、输送机回路及增设的锚杆钻机回路提供压力油，主系统
16、由三个独立的开式系统组成。另外系统还设置了文丘里管补油系统为油箱补油，避免了补油时对油箱的污染。液压系统原理如图8-9所示。图8-9 EBZ150 型掘进机液压系统原理图(7) 内、外喷雾冷却除尘系统本系统主要用于灭尘、冷却掘进机切割电机及油箱，提高工作面能见度，改善工作环境，内、外喷雾冷却除尘系统如图8-10 所示。1-Y 型过滤器；2-球阀；3-减压阀；4-油箱冷却器；5 -耐震压力表；6-蛇形管冷却器；7-球阀；8-雾状喷嘴；9-线型喷嘴图图8-10 EBZ150型掘进机水系统原理图水从井下输水管通过过滤器粗过滤后进入总进液球阀，一路经减压阀减压至后，冷却油箱和切割电机，再引至前面雾状喷嘴架处喷出。另一路不1.5MPa经减压阀的高压水，引至悬臂段上的内喷雾系统的雾状喷嘴喷出，当没有内喷雾时，此路水引至叉形架前方左右两边的加强型外喷雾处的线型喷嘴喷出。内喷雾配水装置安装在悬臂段内，8个线型喷嘴分别安装在截割头的齿座之间；外喷雾喷雾架固定在悬臂筒法兰上，安装有8个雾状喷嘴；加强型外喷雾的喷雾架固定在叉形架
