井下裝備分析報(bào)告

1、井下巷道裝載設(shè)備分析報(bào)告一、背景和意義我國(guó)是世界第一產(chǎn)煤大國(guó)，煤炭產(chǎn)量占世界的37%。煤炭是我國(guó)的主要能源，分 別占一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)總量的76%和69%。長(zhǎng)期看來(lái)，煤炭在我國(guó)能源消費(fèi) 總量中的比重將會(huì)在未來(lái)呈下降趨勢(shì)，但在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國(guó)以煤炭為 主的能源結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生變化。隨著煤炭工業(yè)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)方式的轉(zhuǎn)變、煤炭用途的擴(kuò) 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(guó)能源安全和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題。長(zhǎng)久以來(lái)，我國(guó)煤礦企業(yè)在急功近利的錯(cuò)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(guó)國(guó)有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度 為77.78

2、%，綜合采煤機(jī)械化程度不到63%；而掘進(jìn)機(jī)械化程度為23%，綜合掘 進(jìn)機(jī)械化程度（錨桿、掘護(hù)、掘鉆）只有18.03%。與此同時(shí)，煤炭工業(yè)“十一 五”發(fā)展規(guī)劃已明確提出，到2010年，全國(guó)大中型煤礦機(jī)械化程度要分別達(dá)到 95%和80%以上。由此可見(jiàn)，采掘機(jī)械化發(fā)展程度極不平衡，但也為我們指明了 煤礦機(jī)械化發(fā)展的方向。我國(guó)煤層賦存條件復(fù)雜，目前井工開(kāi)采的煤炭產(chǎn)量比重約占全國(guó)煤炭產(chǎn)量的 92%左右。在新井建設(shè)中，巖巷掘進(jìn)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(jìn)裝備先進(jìn)與否、 掘進(jìn)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(jì)效

3、益和生產(chǎn) 安全。煤巖、半煤巖巷道能否快速掘進(jìn)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(dāng)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(jìn)技術(shù)已經(jīng)成為我國(guó)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(guó)煤礦巖巷掘進(jìn)全部為人工作業(yè)，由于采用手工裝載方式掘進(jìn)巷道 的勞動(dòng)強(qiáng)度高且裝巖效率低，從50年代開(kāi)始我國(guó)就逐步推廣機(jī)械裝巖。經(jīng)過(guò)近 60年的持續(xù)發(fā)展，目前我國(guó)煤礦巖巷掘進(jìn)用裝載機(jī)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(jī)的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也有了大幅度的提 高聞裝巖機(jī)按其工作機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，可分為斷續(xù)工作的鏟斗式裝巖機(jī)和連續(xù)

4、工作的蟹 爪、立爪式裝巖機(jī)；按其行走方向可分為軌輪式、輪胎式和履帶式；按其驅(qū)動(dòng)動(dòng) 力分有氣動(dòng)式和電動(dòng)式；按卸載方向分有后卸式和側(cè)卸式。2.1耙斗裝巖機(jī)我國(guó)從上世紀(jì)60年代就開(kāi)始了耙斗裝巖機(jī)的研制工作，截至當(dāng)前耙斗裝巖 機(jī)已經(jīng)在我國(guó)煤礦普遍推廣使用，與其他類型裝巖機(jī)相比，在數(shù)量上占相當(dāng)優(yōu)勢(shì)， 成為我國(guó)煤礦巷道掘進(jìn)的主要裝巖設(shè)備。如圖1所示，耙斗裝巖機(jī)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(guò)導(dǎo)向滑輪接到耙斗上。開(kāi)動(dòng)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(jī)）中。卸料后的耙斗，立

5、即空斗返回 工作面。重復(fù)前一過(guò)程的裝巖工作，耙斗不斷往返于工作面和卸料點(diǎn)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(tái)車,6-操縱機(jī)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(jī)工作原理圖Fig1 Functional Drawing of Crab Rock Loader該機(jī)之所以得到廣泛應(yīng)用，關(guān)鍵在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作要求和維修費(fèi)用都不 高，造價(jià)低廉，同時(shí)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(jī)裝巖效率低，巷道兩幫的巖石（特別是耙斗機(jī)附近的

6、巖石）需要較多 人工進(jìn)行輔助清理，整個(gè)工作面顯得比較混亂，且增加了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和輔助 作業(yè)時(shí)間；鋼絲繩損壞較多，增加了更換鋼絲繩的輔助時(shí)間和費(fèi)用，且鋼絲繩摩 擦有可能會(huì)引起火花，不利于煤礦安全生產(chǎn)。2.2鏟斗式裝巖機(jī)鏟斗式裝巖機(jī)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(guó)從1953年開(kāi)始后卸式裝巖機(jī)的研制，其工作機(jī)構(gòu)多為氣動(dòng)，振動(dòng)和 噪聲大，拖一條風(fēng)管工作不便；同時(shí)其裝載方式為拋卸式，裝載動(dòng)作耗能多且間 歇裝載，效率較低。由于這種裝巖機(jī)工作原理不甚合理，不能適應(yīng)高速掘進(jìn)的需 要，在我國(guó)使用臺(tái)數(shù)逐漸減少。上世紀(jì)六十年代，側(cè)卸式裝巖機(jī)在西歐蓬勃發(fā)展 起來(lái)，我國(guó)從七十年代開(kāi)始其

7、研制工作。近年來(lái)，側(cè)卸式裝巖機(jī)在我國(guó)也迅速發(fā) 展起來(lái)，在開(kāi)灤礦務(wù)局錢家營(yíng)礦、趙各莊礦，邢臺(tái)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(kāi)關(guān)箱,7-履帶,8-電動(dòng)機(jī),9-側(cè)卸油缸圖2側(cè)卸式裝巖機(jī)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(jī)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(jī)動(dòng)性好，裝巖寬度受限制小，鏟斗還可兼做活動(dòng)平臺(tái)，用于安裝錨桿 或挑頂?shù)?。通過(guò)履帶

8、轉(zhuǎn)向，可以實(shí)現(xiàn)全斷面沖鏟裝巖，但是也因此降低了工作效 率；同時(shí)設(shè)備工況惡劣，履帶磨損嚴(yán)重，振動(dòng)載荷大，還加劇了對(duì)巷道底板的破 壞；另外這種鏟斗沖鏟裝巖方式造成負(fù)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(shí)負(fù)荷變化大，因此需要較大的功 率儲(chǔ)備。2.3蟹爪式裝巖機(jī)蟹爪式裝巖機(jī)又稱雙臂式裝巖機(jī)，我國(guó)從上世紀(jì)七十年代中期開(kāi)始研制工 作。這種裝巖機(jī)屬于連續(xù)式裝巖機(jī)械，沒(méi)有舉升、拋卸動(dòng)作，采用履帶行走，行 動(dòng)靈活，且耗能相對(duì)較少。1-工作機(jī)構(gòu),2-回轉(zhuǎn)臺(tái),3-運(yùn)輸機(jī)構(gòu),4-行走機(jī)構(gòu),5-液壓系統(tǒng),6 -電氣系統(tǒng)圖3蟹爪式裝巖機(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig3 Structure Draw

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

10、來(lái)完成。該機(jī)生產(chǎn)效率比較高，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)的變向可以實(shí)現(xiàn)全斷面扒裝，不留死角， 清理較為徹底。但這種裝巖機(jī)由于裝巖方式不合理，對(duì)底板適應(yīng)性較差，當(dāng)巖堆 塌落壓住蟹爪就無(wú)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(wèn)題，又研制了立爪式裝巖機(jī)。2.4立爪式裝巖機(jī)立爪式裝巖機(jī)是瑞典赫格隆德公司于上世紀(jì)七十年代初研制成功的機(jī)型，國(guó) 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(yùn)行的耙爪，可以在適用的巷道中耙取巖石，同時(shí)刮板運(yùn)輸 機(jī)連續(xù)地將巖石轉(zhuǎn)載到后面的運(yùn)輸車輛中。設(shè)備前部的收集板可以張開(kāi)將兩邊的 巖碴收攏到箕板上，方便耙爪將其耙取到運(yùn)輸機(jī)上。抬

11、槽油缸和轉(zhuǎn)盤油缸裝在運(yùn) 輸機(jī)底部，用以實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)身（包括耙取機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)）的升降和轉(zhuǎn)向，增加 了裝巖機(jī)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(yùn)輸機(jī),4-油箱,5-油泵組,6-行走機(jī)構(gòu),7-收集板,8-立爪轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig4 Structure Drawing of Vertical Claw Rock Loader該機(jī)生產(chǎn)效率較高，可以保持主機(jī)不動(dòng)，依靠耙取機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以清理邊角 巖碴，降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度。但是在機(jī)械

12、結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，前端兩個(gè)耙爪不能保持 同步，耙裝的效率較低，尤其是大塊巖石無(wú)法耙取，適用性仍不廣泛。為了解決 耙裝機(jī)構(gòu)不合理的問(wèn)題，又研制了新型井下裝巖機(jī)。2.5井下新型裝巖機(jī)井下新型裝巖機(jī)的是在上述立爪式裝巖機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)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(guó)引進(jìn)的ITC312H、ITC112H、KL41、KL20等機(jī)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(guó)家重點(diǎn)工程施工中。我國(guó)從上世紀(jì)九十年代中期開(kāi)始新型 裝巖機(jī)的研制工作，從目前使用情況來(lái)看，是一種非常有潛力的裝巖機(jī)型，可以 替代上述各種裝巖機(jī)。如圖5所示，該機(jī)結(jié)構(gòu)與立爪式裝巖機(jī)類似

13、，將工作機(jī)構(gòu)改為反鏟式挖裝機(jī) 構(gòu)。挖裝機(jī)構(gòu)與集碴槽5相配合，集碴槽能成扇面展開(kāi)，可以將扇面角度范圍內(nèi) 的砰石收攏進(jìn)集碴倉(cāng)內(nèi)，方便挖裝機(jī)構(gòu)將其扒到刮板運(yùn)輸機(jī)上，然后由其運(yùn)輸?shù)?機(jī)尾落入到梭式礦車或倉(cāng)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(jī)的使用效率。同時(shí)，依靠轉(zhuǎn)臂油缸V可以在機(jī)身不動(dòng)的前提下，清理邊幫巖 碴，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。當(dāng)清理完一次爆破出的砰石后，通過(guò)抬槽油缸丑使前端 集碴槽抬起，行駛到適當(dāng)位置準(zhǔn)備下一次作業(yè)。1-挖裝機(jī)構(gòu),2-操作臺(tái),3-冷卻器,4-刮板輸送部,5-集碴槽,6-防爆開(kāi)關(guān)柜,7-電動(dòng)機(jī),8-雙聯(lián)泵,9-行走機(jī)構(gòu),10-油箱，I-挖斗油缸，II-斗桿油缸，III

14、-動(dòng)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(jī)結(jié)構(gòu)圖Fig5 Structure Drawing of Newer Loader該機(jī)采用了不同于上述其他機(jī)型的裝巖原理，利用挖裝機(jī)構(gòu)、集碴槽代替鏟斗進(jìn) 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(shí)載荷 過(guò)大的缺點(diǎn)，裝載平穩(wěn)、連續(xù)、高效率、減少粉塵、無(wú)裝巖拋卸碎石飛濺現(xiàn)象， 改善了作業(yè)環(huán)境對(duì)操作人員的危害。三、裝巖機(jī)的現(xiàn)狀裝巖機(jī)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(jìn)、露天 煤場(chǎng)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(jī)械廠，石家 莊煤機(jī)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(jī)仍然嚴(yán)重的供不應(yīng)求，有些礦 廠只好利用這些不太對(duì)口的裝巖機(jī)來(lái)維持生產(chǎn)。這樣不僅嚴(yán)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(méi)有針對(duì)性。目前，裝巖機(jī)在全國(guó)范圍內(nèi)需求量十分巨大，市場(chǎng)前景可達(dá)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(lái)分析其需求量，目前由于鐵礦石的價(jià)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(kāi)過(guò)的井中遺留了好多