井下裝備分析報告

1、井下巷道裝載設(shè)備分析報告一、背景和意義我國是世界第一產(chǎn)煤大國，煤炭產(chǎn)量占世界的37%。煤炭是我國的主要能源，分 別占一次能源生產(chǎn)和消費總量的76%和69%。長期看來，煤炭在我國能源消費 總量中的比重將會在未來呈下降趨勢，但在相當長的一段時間內(nèi)，我國以煤炭為 主的能源結(jié)構(gòu)不會發(fā)生變化。隨著煤炭工業(yè)經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變、煤炭用途的擴 展，煤炭的戰(zhàn)略地位仍然十分重要，煤炭工業(yè)能否健康、協(xié)調(diào)、可持續(xù)發(fā)展仍是 事關(guān)我國能源安全和經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重大問題。長久以來，我國煤礦企業(yè)在急功近利的錯誤思想作祟下，導(dǎo)致了目前礦山裝 備“重采輕掘”的畸形發(fā)展。截至2007年，我國國有重點煤礦采煤機械化程度 為77.78

2、%，綜合采煤機械化程度不到63%；而掘進機械化程度為23%，綜合掘 進機械化程度（錨桿、掘護、掘鉆）只有18.03%。與此同時，煤炭工業(yè)“十一 五”發(fā)展規(guī)劃已明確提出，到2010年，全國大中型煤礦機械化程度要分別達到 95%和80%以上。由此可見，采掘機械化發(fā)展程度極不平衡，但也為我們指明了 煤礦機械化發(fā)展的方向。我國煤層賦存條件復(fù)雜，目前井工開采的煤炭產(chǎn)量比重約占全國煤炭產(chǎn)量的 92%左右。在新井建設(shè)中，巖巷掘進工程量一般約占總工程量的40%50%，施 工工期占35%50%；在生產(chǎn)礦井中占總工程量的25%左右。掘進裝備先進與否、 掘進工藝水平高低直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的采掘銜接、生產(chǎn)能力、經(jīng)濟效

3、益和生產(chǎn) 安全。煤巖、半煤巖巷道能否快速掘進已經(jīng)成為煤礦高效安全集約化生產(chǎn)的技術(shù) 瓶頸，毋庸置疑已是當前煤炭工業(yè)亟需研究解決的重大共性關(guān)鍵性技術(shù)，因此煤 巖巷道的快速掘進技術(shù)已經(jīng)成為我國高產(chǎn)高效現(xiàn)代化礦井建設(shè)必不可少的技術(shù) 支撐。二、井下巷道裝載設(shè)備概述解放前我國煤礦巖巷掘進全部為人工作業(yè)，由于采用手工裝載方式掘進巷道 的勞動強度高且裝巖效率低，從50年代開始我國就逐步推廣機械裝巖。經(jīng)過近 60年的持續(xù)發(fā)展，目前我國煤礦巖巷掘進用裝載機已經(jīng)初步形成不同類型的系 列產(chǎn)品，總產(chǎn)量已位居世界前列，裝巖機的綜合技術(shù)經(jīng)濟指標也有了大幅度的提 高聞裝巖機按其工作機構(gòu)特點，可分為斷續(xù)工作的鏟斗式裝巖機和連續(xù)

4、工作的蟹 爪、立爪式裝巖機；按其行走方向可分為軌輪式、輪胎式和履帶式；按其驅(qū)動動 力分有氣動式和電動式；按卸載方向分有后卸式和側(cè)卸式。2.1耙斗裝巖機我國從上世紀60年代就開始了耙斗裝巖機的研制工作，截至當前耙斗裝巖 機已經(jīng)在我國煤礦普遍推廣使用，與其他類型裝巖機相比，在數(shù)量上占相當優(yōu)勢， 成為我國煤礦巷道掘進的主要裝巖設(shè)備。如圖1所示，耙斗裝巖機收料部簸箕口與水平成一定的傾角，卸料槽末端裝 有導(dǎo)向滑輪，絞車滾筒上的鋼絲繩，繞過導(dǎo)向滑輪接到耙斗上。開動絞車，鋼絲 繩牽引耙斗從工作面耙取巖碴，沿著收料部、連接槽、中間槽，到卸料槽，將巖 碴卸入卸料槽下面得礦車（或箕斗或轉(zhuǎn)載機）中。卸料后的耙斗，立

5、即空斗返回 工作面。重復(fù)前一過程的裝巖工作，耙斗不斷往返于工作面和卸料點之間，直至 把礦車裝滿。1-固定楔,2-尾輪,3-鋼絲繩,4-耙斗,5-臺車,6-操縱機構(gòu),7-絞車,8-卡軌器,9-托輪，10-導(dǎo)向輪,11-緩沖器,12 -卸料槽,13-中間槽,14 -連接槽,15-簸箕口，16-擋板圖1耙斗裝巖機工作原理圖Fig1 Functional Drawing of Crab Rock Loader該機之所以得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于其結(jié)構(gòu)簡單，操作要求和維修費用都不 高，造價低廉，同時生產(chǎn)效率比較高，可用于平巷、斜巷。但是在大斷面施工中 耙斗裝巖機裝巖效率低，巷道兩幫的巖石（特別是耙斗機附近的

6、巖石）需要較多 人工進行輔助清理，整個工作面顯得比較混亂，且增加了工人的勞動強度和輔助 作業(yè)時間；鋼絲繩損壞較多，增加了更換鋼絲繩的輔助時間和費用，且鋼絲繩摩 擦有可能會引起火花，不利于煤礦安全生產(chǎn)。2.2鏟斗式裝巖機鏟斗式裝巖機按其卸載的方式不同，可以分為正裝后卸式和正裝側(cè)卸式兩 種。在我國從1953年開始后卸式裝巖機的研制，其工作機構(gòu)多為氣動，振動和 噪聲大，拖一條風管工作不便；同時其裝載方式為拋卸式，裝載動作耗能多且間 歇裝載，效率較低。由于這種裝巖機工作原理不甚合理，不能適應(yīng)高速掘進的需 要，在我國使用臺數(shù)逐漸減少。上世紀六十年代，側(cè)卸式裝巖機在西歐蓬勃發(fā)展 起來，我國從七十年代開始其

7、研制工作。近年來，側(cè)卸式裝巖機在我國也迅速發(fā) 展起來，在開灤礦務(wù)局錢家營礦、趙各莊礦，邢臺礦務(wù)局東龐礦和徐州礦務(wù)局三 河尖礦等地都得到了廣泛使用。1-鏟斗,2-鏟斗座,3-連桿,4-鏟斗臂,5-提升油缸,6-防爆開關(guān)箱,7-履帶,8-電動機,9-側(cè)卸油缸圖2側(cè)卸式裝巖機工作原理圖Fig2 Functional Drawing of Sides Dump Mucker如圖2所示，鏟斗側(cè)卸式裝巖機是正面鏟取巖石，在設(shè)備前方側(cè)轉(zhuǎn)卸載，行 走方式多為履帶式。它與鏟斗后卸式比較，鏟斗插入力大、斗容大、提升距離短， 履帶行走機動性好，裝巖寬度受限制小，鏟斗還可兼做活動平臺，用于安裝錨桿 或挑頂?shù)?。通過履帶

8、轉(zhuǎn)向，可以實現(xiàn)全斷面沖鏟裝巖，但是也因此降低了工作效 率；同時設(shè)備工況惡劣，履帶磨損嚴重，振動載荷大，還加劇了對巷道底板的破 壞；另外這種鏟斗沖鏟裝巖方式造成負載峰值非常大，既要行走，又要克服鏟斗 斗尖處鏟削巖石的阻力，導(dǎo)致設(shè)備空載、重載時負荷變化大，因此需要較大的功 率儲備。2.3蟹爪式裝巖機蟹爪式裝巖機又稱雙臂式裝巖機，我國從上世紀七十年代中期開始研制工 作。這種裝巖機屬于連續(xù)式裝巖機械，沒有舉升、拋卸動作，采用履帶行走，行 動靈活，且耗能相對較少。1-工作機構(gòu),2-回轉(zhuǎn)臺,3-運輸機構(gòu),4-行走機構(gòu),5-液壓系統(tǒng),6 -電氣系統(tǒng)圖3蟹爪式裝巖機結(jié)構(gòu)圖Fig3 Structure Draw

9、ing of Crab Rock Loader無論是全機械傳動或是全液壓驅(qū)動，其基本構(gòu)造都大致相同。如圖3所示， 蟹爪式裝巖機的工作原理是依靠其本身履帶行走機構(gòu)所產(chǎn)生的牽引力，使工作機 構(gòu)的鏟板局部地插入巖堆，并利用裝在鏟板上的兩個蟹爪作有規(guī)律的交替運動， 將鏟板上的礦巖耙裝到機體中間的運輸機上，通過運輸機的轉(zhuǎn)載，再將礦巖裝到 機后的普通礦車或梭式礦車里。工作機構(gòu)在升降油缸的作用下，可繞銷軸作上下 擺動，根據(jù)需要隨時調(diào)節(jié)裝料高度，或者作松散裝巖機前面的巖堆之用。該機還 可以靠回轉(zhuǎn)臺上的回轉(zhuǎn)油缸來實現(xiàn)運輸機尾部橫向擺動，可在不同位置卸料，擺 角可達30。另外，運輸機尾部卸料高度的調(diào)節(jié)可由升降油缸

10、來完成。該機生產(chǎn)效率比較高，通過行走機構(gòu)的變向可以實現(xiàn)全斷面扒裝，不留死角， 清理較為徹底。但這種裝巖機由于裝巖方式不合理，對底板適應(yīng)性較差，當巖堆 塌落壓住蟹爪就無法裝巖，裝巖效率顯著降低。為了解決蟹爪裝巖方式的不合理 問題，又研制了立爪式裝巖機。2.4立爪式裝巖機立爪式裝巖機是瑞典赫格隆德公司于上世紀七十年代初研制成功的機型，國 內(nèi)從七十年代中后期著手研制工作。其結(jié)構(gòu)原理如圖4所示，設(shè)備前端裝有兩只 由液壓缸控制、同步運行的耙爪，可以在適用的巷道中耙取巖石，同時刮板運輸 機連續(xù)地將巖石轉(zhuǎn)載到后面的運輸車輛中。設(shè)備前部的收集板可以張開將兩邊的 巖碴收攏到箕板上，方便耙爪將其耙取到運輸機上。抬

11、槽油缸和轉(zhuǎn)盤油缸裝在運 輸機底部，用以實現(xiàn)整個機身（包括耙取機構(gòu)和轉(zhuǎn)載機構(gòu)）的升降和轉(zhuǎn)向，增加 了裝巖機的靈活性，以適應(yīng)在巷道轉(zhuǎn)彎處和中大斷面巷道中的工作。1-耙爪,2-大臂,3-刮板運輸機,4-油箱,5-油泵組,6-行走機構(gòu),7-收集板,8-立爪轉(zhuǎn)動架,9-箕板，10-操作手柄，I-耙爪油缸，II-轉(zhuǎn)臂油缸，III-收集板油缸，W-抬臂油缸，V-抬槽油缸，W-轉(zhuǎn)盤油缸圖5立爪式裝巖機結(jié)構(gòu)圖Fig4 Structure Drawing of Vertical Claw Rock Loader該機生產(chǎn)效率較高，可以保持主機不動，依靠耙取機構(gòu)的轉(zhuǎn)動可以清理邊角 巖碴，降低了人工勞動強度。但是在機械

12、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前端兩個耙爪不能保持 同步，耙裝的效率較低，尤其是大塊巖石無法耙取，適用性仍不廣泛。為了解決 耙裝機構(gòu)不合理的問題，又研制了新型井下裝巖機。2.5井下新型裝巖機井下新型裝巖機的是在上述立爪式裝巖機的基礎(chǔ)上進行改進生產(chǎn)的新產(chǎn)品， 能完成耙裝、清碴、清溝、處理工作面危石等工作。我國引進的ITC312H、ITC112H、KL41、KL20等機型應(yīng)用在南昆線二排坡隧道、深圳的梧桐山隧道、 西康線的秦嶺隧道等國家重點工程施工中。我國從上世紀九十年代中期開始新型 裝巖機的研制工作，從目前使用情況來看，是一種非常有潛力的裝巖機型，可以 替代上述各種裝巖機。如圖5所示，該機結(jié)構(gòu)與立爪式裝巖機類似

13、，將工作機構(gòu)改為反鏟式挖裝機 構(gòu)。挖裝機構(gòu)與集碴槽5相配合，集碴槽能成扇面展開，可以將扇面角度范圍內(nèi) 的砰石收攏進集碴倉內(nèi)，方便挖裝機構(gòu)將其扒到刮板運輸機上，然后由其運輸?shù)?機尾落入到梭式礦車或倉式列車一次裝完一次循環(huán)爆破出砰石，可以充分發(fā)揮裝 巖機的使用效率。同時，依靠轉(zhuǎn)臂油缸V可以在機身不動的前提下，清理邊幫巖 碴，降低工人勞動強度。當清理完一次爆破出的砰石后，通過抬槽油缸丑使前端 集碴槽抬起，行駛到適當位置準備下一次作業(yè)。1-挖裝機構(gòu),2-操作臺,3-冷卻器,4-刮板輸送部,5-集碴槽,6-防爆開關(guān)柜,7-電動機,8-雙聯(lián)泵,9-行走機構(gòu),10-油箱，I-挖斗油缸，II-斗桿油缸，III

14、-動臂油缸，W-集碴油缸，V-轉(zhuǎn)臂油缸，W-抬槽油缸，圖5新型裝巖機結(jié)構(gòu)圖Fig5 Structure Drawing of Newer Loader該機采用了不同于上述其他機型的裝巖原理，利用挖裝機構(gòu)、集碴槽代替鏟斗進 行沖鏟裝巖的方式。由于摒棄了拋卸式裝載方式，克服了其間歇裝載且瞬時載荷 過大的缺點，裝載平穩(wěn)、連續(xù)、高效率、減少粉塵、無裝巖拋卸碎石飛濺現(xiàn)象， 改善了作業(yè)環(huán)境對操作人員的危害。三、裝巖機的現(xiàn)狀裝巖機的應(yīng)用范圍非常之廣，如煤礦、鐵礦的尾礦、各種隧道的掘進、露天 煤場的裝貨等。目前主要的生產(chǎn)廠家有江西的江西萍鄉(xiāng)的鑫通煤炭機械廠，石家 莊煤機廠，三一重工還有四川，山東，貴州等地的廠家，他們生產(chǎn)的產(chǎn)品性能差 別很大，可靠性都不高，但在這種情況下，裝巖機仍然嚴重的供不應(yīng)求，有些礦 廠只好利用這些不太對口的裝巖機來維持生產(chǎn)。這樣不僅嚴重的影響生產(chǎn)效率、 而且大大增加了維修成本成本。目前產(chǎn)品存在主要主要矛盾是：可靠性非常差， 維修太頻繁；品種少，應(yīng)用范圍受限制，沒有針對性。目前，裝巖機在全國范圍內(nèi)需求量十分巨大，市場前景可達上百億以上，尤 其在煤礦及鐵礦的尾礦中是主要的設(shè)備。在煤礦中的需求就不在多提了，前面已 經(jīng)分析了，現(xiàn)在以鐵礦的尾礦來分析其需求量，目前由于鐵礦石的價格不斷上升， 以前好多廢棄了的鐵礦石需要重新的利用，也就是以前開過的井中遺留了好多