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【摘 要】根据地面普通小型挖掘机械技术原理，研制出能适用于有瓦斯等爆炸性气体环境，可适应目前国内大多数井巷断面施工的要求，在矿井斜巷或地铁、隧道等狭窄工作面，以及立井井筒工作面施工的小型液压挖掘机械。
【关键词】井巷；挖掘机；研制与应用
0.概述
在我国煤矿建设中，西北部开采煤炭资源普遍采取斜井开拓方式；黄淮海地区，立井表土段采用冻结法施工，表土段深度一般在300m左右。以往的井巷工作面施工中，特别是表土段都采用锨挖镐刨、人工装卸，效率低下，且劳动强度大；在风化带基岩段，爆破法掘进，爆破后的矸石，立井可采用悬吊式中心回转抓岩机装矸，斜井采用耙矸机出矸，但清底、刷帮仍须人工辅助装岩，施工进度不快，工效不高。
传统的立井井筒基岩段施工中，采用的出矸设备为HZ型中心回转抓岩机。其出矸原理是通过抓斗的张合和自重抓矸，机体悬吊在吊盘下方，由于在井筒清底施工工序中出矸效率低，往往采用人工配合作业，占用循环时间长，安全性差。劳动强度大。鉴于这种情况，根据地面液压挖掘机工作原理，研制出了能适用于井巷狭窄工作面施工的改进型液压挖掘机，解决了立、斜井施工工人劳动强度大、施工效率低等难题，对我国建井方面产生积极影响，同时，地铁隧道硐室等地下工程辅助挖掘同样有着良好的应用前景。
1.国内外相关技术概况和发展趋势
在煤矿建设生产领域，由于受地下环境、空间等条件的限制，小型液压挖掘机应用范围很小。国内并无相关产品在施工中使用。开展本项目的研究，就是利用目前已成熟的小型液压挖掘机技术，在矿井巷道、立井井筒的狭窄施工环境中，研制出一种相适宜的液压挖掘施工设备。可适应目前国内大多数井巷断面施工要求的狭窄空间。回转空间很小。巷道倾斜30°以内，全方位挖掘，并有一定挖掘强度和挖掘能力。并能适应地质岩性变化等作业情况。可快速换装标准斗、抓斗、液压抓铲、液压破碎锤、液压剪等多种工作装置。
2.项目实施内容和要求
井巷施工小型挖掘机。以可适应目前目内大多数井巷断面施工的要求，在巷道、立井筒内狭窄工作面灵活地进行挖掘、装载，减轻工人劳动强度，提高掘进效率。其具体研究内容为：根据YC35-7列的830H机型（KAYABA系统、康明斯动力、钢履带、驾驶棚）作改进，实现高效而灵活地对巷道、竖井工作面、井帮进行挖掘、修整、装载等作业。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置。如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等作业机具。并在后期进行了挖掘机的防爆化改装。
设计达到的工作参数：工作范围：最大挖掘距离4263.5mm；最大挖掘深度：l873mm；最大挖掘高度3844mm；最大卸载高度：2511.5mm；最小旋转半径：l982mm；挖掘力：铲斗挖掘力22.1kN；斗杆挖掘力：13.5kN；爬坡能力：58%（30°）；回转速度：11.5mm；斗容：0.15m3；液压系统工作压力：21MPa：最大行走速度：3.4～4.8km/h。
3.设计及研制技术线路
为适应工作面施工的特点，应最大限度的减少回转半径，同时配备电脑监控系统在机器工作时实施全面的监控，并通过声光报警系统将各种信息反映给驾驶员；选用国外知名厂家的多路阀，整体式结构，内置压力补偿阀回转马达总成内藏行星减速机构，内置湿式制动盘制动并具防反转功能；行走马达总成内藏行星减速机构。内置湿式制动盘制动.通过切换可获得两档速度；柱塞泵为开式负载传感泵，与多路阀匹配构成负载传感系统的核心。并根据YC35-7系列的830H机型作改进，分别实施以下项目的研究与应用。
（1）为防止坠落物伤人，驾驶棚顶板改进为4mm厚钢板，中部加焊加强筋；驾驶棚前后加装可拆卸的铁丝网：
（2）改进进气系统，加装特博KA30-4空气预虑器，双重空气过滤。
（3）铲斗改装加强斗，增大铲斗容积，增强铲斗的强度。
（4）在20°-30°倾斜工作面施工时，人体无法保持正常坐姿，在驾驶棚前横粱处加焊脚踏板，使脚部能蹬踏保持身体平衡。
（5）为了便于在狭小的空间内工作，斗杆、动臂尺寸缩小，斗杆油缸改在下，重新选择其斗杆油缸、动臂油缸。
4.现场工业性试验
4.1在内蒙古兰道沟煤矿斜井项目中的应用
斜井长353m，倾角23°，净断面l3.2m2。在以往的施工中，斜井巷道工作面中布置PT-90型耙斗式耙矸机，效率低，工作环境差，浪费能源，而且需要人工配合清理，月进尺90m/M。施工工期3.9個月；现配备巷道挖掘机，工作效率高，施工进度110m/M，施工工期3.2个月。提前0.7个月估算可节省设备租赁费2.8万元，人工工资及管理费7.25万元。
4.2在皖北煤电集团钱营孜煤矿立井项目中的应用
副井井筒净直径6.5m，掘进直径8.7m，冻结表土段深360m。在以往的施工中，立井井筒冻结段采用人工出矸。需要配置l20～150人，采用挖掘机掘进后，使用人员减少到80人，人员工资2000×40=80000元/M，共计施工3.6个月，仅在冻结段施工可节省28.8万元。
5.井巷小型挖掘机的防爆化改装
根据安全监管总局相关规定及《煤矿安全规程》要求，非防爆柴油设备不允许在煤与瓦斯突出矿井的井巷施工中使用，限制了井巷小型挖掘机的适用范围，因此对井巷挖掘机进行了防爆化改装。
井巷小型挖掘机（YC-35-7型）配备的康明斯柴油发动机，发动机输出功率32kW，转速2200rpm；液压控制系统中多路阀、柱塞泵、行走马达、回转马达均为进口产品。根据此挖掘机的特点，对动力系统进行了改造，选用与柴油发电机功率、扭矩相近的防爆型三相异步电动机作为动力输出，其参数为：型号YB2-200L-4，功率30kW，转速1470rpm.与液压泵动力要求是匹配的。并对电机风扇、挖掘机冷却系统进行了改装。
设计加工了电机底盘，底盘为钢板结构，下部直接安装在柴油机的固定螺栓上。上部预留安装孔安装防爆电动机。在底盘上安装联轴器固定坐，联轴器油泵侧为尼龙结构，直径ф300mm。由于有了电机的过渡安装底盘，挖掘机动力系统可以在柴油与防爆电机间切换。不影响其在其他环境下正常使用。
通过吊盘上的防爆开关、矿用电缆供电至挖掘机后部的防爆电机上。根据井筒施工特点，一般主提升绞车准备下放伞钻，副提升绞车下方防爆挖掘机进行井筒底部清底作业。为加快接线速度，确保使用安全，电机与防爆开关通过矿用隔爆型插销（KBC-60，660V型）连接。
防爆挖掘机试制成功后。已在顾南煤矿进风井井筒工程（井径8.6m，井深986.2m）施工中应用，大大缩短了基岩段清底时间，提高了工作效率，使用效果非常好。
6.结论
该项目研究与成功应用，使煤矿巷道、立井施工机械化程度更上新台阶。利用小型液压挖掘机这一安全高效的工作装置。能极大提高掘进施工速度，减轻井下工人安全风险及劳动强度，同时也填补了液压机械设备在煤矿巷道、井筒施工中应用的空白，更提高企业施工技术装备水平。
该项目的科研成果可以很方便地推广应用到各个巷道、立井筒施工项目，井巷施工用挖掘机机体小、结构强、性能优良、可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等作业机具。对巷道、井筒工作面进行平整清理、开帮装载等工作轻快解决。具有事半功倍、安全高效之作用。
【关键词】井巷；挖掘机；研制与应用
0.概述
在我国煤矿建设中，西北部开采煤炭资源普遍采取斜井开拓方式；黄淮海地区，立井表土段采用冻结法施工，表土段深度一般在300m左右。以往的井巷工作面施工中，特别是表土段都采用锨挖镐刨、人工装卸，效率低下，且劳动强度大；在风化带基岩段，爆破法掘进，爆破后的矸石，立井可采用悬吊式中心回转抓岩机装矸，斜井采用耙矸机出矸，但清底、刷帮仍须人工辅助装岩，施工进度不快，工效不高。
传统的立井井筒基岩段施工中，采用的出矸设备为HZ型中心回转抓岩机。其出矸原理是通过抓斗的张合和自重抓矸，机体悬吊在吊盘下方，由于在井筒清底施工工序中出矸效率低，往往采用人工配合作业，占用循环时间长，安全性差。劳动强度大。鉴于这种情况，根据地面液压挖掘机工作原理，研制出了能适用于井巷狭窄工作面施工的改进型液压挖掘机，解决了立、斜井施工工人劳动强度大、施工效率低等难题，对我国建井方面产生积极影响，同时，地铁隧道硐室等地下工程辅助挖掘同样有着良好的应用前景。
1.国内外相关技术概况和发展趋势
在煤矿建设生产领域，由于受地下环境、空间等条件的限制，小型液压挖掘机应用范围很小。国内并无相关产品在施工中使用。开展本项目的研究，就是利用目前已成熟的小型液压挖掘机技术，在矿井巷道、立井井筒的狭窄施工环境中，研制出一种相适宜的液压挖掘施工设备。可适应目前国内大多数井巷断面施工要求的狭窄空间。回转空间很小。巷道倾斜30°以内，全方位挖掘，并有一定挖掘强度和挖掘能力。并能适应地质岩性变化等作业情况。可快速换装标准斗、抓斗、液压抓铲、液压破碎锤、液压剪等多种工作装置。
2.项目实施内容和要求
井巷施工小型挖掘机。以可适应目前目内大多数井巷断面施工的要求，在巷道、立井筒内狭窄工作面灵活地进行挖掘、装载，减轻工人劳动强度，提高掘进效率。其具体研究内容为：根据YC35-7列的830H机型（KAYABA系统、康明斯动力、钢履带、驾驶棚）作改进，实现高效而灵活地对巷道、竖井工作面、井帮进行挖掘、修整、装载等作业。为了适应各种不同施工作业的需要，液压挖掘机可以配装多种工作装置。如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等作业机具。并在后期进行了挖掘机的防爆化改装。
设计达到的工作参数：工作范围：最大挖掘距离4263.5mm；最大挖掘深度：l873mm；最大挖掘高度3844mm；最大卸载高度：2511.5mm；最小旋转半径：l982mm；挖掘力：铲斗挖掘力22.1kN；斗杆挖掘力：13.5kN；爬坡能力：58%（30°）；回转速度：11.5mm；斗容：0.15m3；液压系统工作压力：21MPa：最大行走速度：3.4～4.8km/h。
3.设计及研制技术线路
为适应工作面施工的特点，应最大限度的减少回转半径，同时配备电脑监控系统在机器工作时实施全面的监控，并通过声光报警系统将各种信息反映给驾驶员；选用国外知名厂家的多路阀，整体式结构，内置压力补偿阀回转马达总成内藏行星减速机构，内置湿式制动盘制动并具防反转功能；行走马达总成内藏行星减速机构。内置湿式制动盘制动.通过切换可获得两档速度；柱塞泵为开式负载传感泵，与多路阀匹配构成负载传感系统的核心。并根据YC35-7系列的830H机型作改进，分别实施以下项目的研究与应用。
（1）为防止坠落物伤人，驾驶棚顶板改进为4mm厚钢板，中部加焊加强筋；驾驶棚前后加装可拆卸的铁丝网：
（2）改进进气系统，加装特博KA30-4空气预虑器，双重空气过滤。
（3）铲斗改装加强斗，增大铲斗容积，增强铲斗的强度。
（4）在20°-30°倾斜工作面施工时，人体无法保持正常坐姿，在驾驶棚前横粱处加焊脚踏板，使脚部能蹬踏保持身体平衡。
（5）为了便于在狭小的空间内工作，斗杆、动臂尺寸缩小，斗杆油缸改在下，重新选择其斗杆油缸、动臂油缸。
4.现场工业性试验
4.1在内蒙古兰道沟煤矿斜井项目中的应用
斜井长353m，倾角23°，净断面l3.2m2。在以往的施工中，斜井巷道工作面中布置PT-90型耙斗式耙矸机，效率低，工作环境差，浪费能源，而且需要人工配合清理，月进尺90m/M。施工工期3.9個月；现配备巷道挖掘机，工作效率高，施工进度110m/M，施工工期3.2个月。提前0.7个月估算可节省设备租赁费2.8万元，人工工资及管理费7.25万元。
4.2在皖北煤电集团钱营孜煤矿立井项目中的应用
副井井筒净直径6.5m，掘进直径8.7m，冻结表土段深360m。在以往的施工中，立井井筒冻结段采用人工出矸。需要配置l20～150人，采用挖掘机掘进后，使用人员减少到80人，人员工资2000×40=80000元/M，共计施工3.6个月，仅在冻结段施工可节省28.8万元。
5.井巷小型挖掘机的防爆化改装
根据安全监管总局相关规定及《煤矿安全规程》要求，非防爆柴油设备不允许在煤与瓦斯突出矿井的井巷施工中使用，限制了井巷小型挖掘机的适用范围，因此对井巷挖掘机进行了防爆化改装。
井巷小型挖掘机（YC-35-7型）配备的康明斯柴油发动机，发动机输出功率32kW，转速2200rpm；液压控制系统中多路阀、柱塞泵、行走马达、回转马达均为进口产品。根据此挖掘机的特点，对动力系统进行了改造，选用与柴油发电机功率、扭矩相近的防爆型三相异步电动机作为动力输出，其参数为：型号YB2-200L-4，功率30kW，转速1470rpm.与液压泵动力要求是匹配的。并对电机风扇、挖掘机冷却系统进行了改装。
设计加工了电机底盘，底盘为钢板结构，下部直接安装在柴油机的固定螺栓上。上部预留安装孔安装防爆电动机。在底盘上安装联轴器固定坐，联轴器油泵侧为尼龙结构，直径ф300mm。由于有了电机的过渡安装底盘，挖掘机动力系统可以在柴油与防爆电机间切换。不影响其在其他环境下正常使用。
通过吊盘上的防爆开关、矿用电缆供电至挖掘机后部的防爆电机上。根据井筒施工特点，一般主提升绞车准备下放伞钻，副提升绞车下方防爆挖掘机进行井筒底部清底作业。为加快接线速度，确保使用安全，电机与防爆开关通过矿用隔爆型插销（KBC-60，660V型）连接。
防爆挖掘机试制成功后。已在顾南煤矿进风井井筒工程（井径8.6m，井深986.2m）施工中应用，大大缩短了基岩段清底时间，提高了工作效率，使用效果非常好。
6.结论
该项目研究与成功应用，使煤矿巷道、立井施工机械化程度更上新台阶。利用小型液压挖掘机这一安全高效的工作装置。能极大提高掘进施工速度，减轻井下工人安全风险及劳动强度，同时也填补了液压机械设备在煤矿巷道、井筒施工中应用的空白，更提高企业施工技术装备水平。
该项目的科研成果可以很方便地推广应用到各个巷道、立井筒施工项目，井巷施工用挖掘机机体小、结构强、性能优良、可以配装多种工作装置，如挖掘、起重、装载、平整、夹钳、推土、冲击锤等作业机具。对巷道、井筒工作面进行平整清理、开帮装载等工作轻快解决。具有事半功倍、安全高效之作用。