综掘机技术应用.doc

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新元矿建井期间高产高效

综掘技术的应用

我公司现担负着国家级重点工程阳泉煤业集团新元矿的建设,自进入回风井平巷工程的施工以后,利用炮掘和耙岩机的施工方式已无法满足新元公司的投产要求，为早日实现投产，经多方研究论证，并考虑到新元公司矿井断面大，巷道为半煤岩，决定运用S200M综掘机（趴坡能力：

16度；截割硬度：

≤80MPA；截割范围：

高约2.4—5.1米；宽约3—6.5米；功率：

高速200KW；低速130KW。

适用于煤巷和半煤岩巷道）。

此综掘机为目前国内最先进的综掘机，在集团公司初次投入使用。

为了高效率的利用综掘机，首先必须对立井提升系统进行改造。

立井提升系统是矿井生产的瓶颈，它的好坏，直接影响到矿井的生产能力。

新元矿回风井就是利用立井提升系统，从井口至井底距离为506米。

原主提升采用2JK—3.5/15.5型提升机，电机功率为500KW，提升容器使用1吨矿车单层双车临时罐笼，翻罐笼使用转笼式翻罐笼，矿车使用1.0吨矿车，提升钢丝绳使用18×7—φ37—170-特，是按8个普掘工作面的生产能力设计。

如采用综掘机施工，原有提升系统不能满足生产需要，必须解决提升能力，因此，经多方研究决定对提升系统进行第二次改造。

其次，需要解决综掘机的下放问题，保证下放的安全，省时省力。

再次，要解决供电、出煤系统。

最终解决快速支护、高速掘进，达到高产高效的目的。

自2004年9月份投入使用第一台S200M综掘机，至目前已累计投入使用三台,经过一年多的生产实践,各方面取得卓有成效的成果,平均月进200米，最高月进尺达到230米，80%的巷道都能达到优良。

在工程施工中基本完成了质与量的飞跃。

第一部分提升系统的改造

首先考虑的是第一种方案：

方案1、对罐笼、套架、翻罐笼、钢丝绳、绞车全部进行更换。

即罐笼改为1吨双车双层罐笼，矿车不更换，更换套架，钢丝绳改为18×7—φ46—170-特。

18×7—φ46—170-特钢丝绳每米绳重8.323kg/m，钢丝绳悬挂长度为530m,绳重为4.4T，破断力为151T；

罐笼重6T，1T矿车自重为0.592T，最大载重量为1.8T，

此时钢丝绳的最大静张力：

4.4+6+（1.8+0.592）×4=19.968T

2JK—3.5/15.5绞车最大静张力为17T，19.968T>17T,绞车不符合要求,因此必须将绞车更换为2JK—4/20加强型（最大静张力为24T）。

18×7—φ46—170-特钢丝绳安全系数为:

提物料时151/19.968=7.56>7.5,钢丝绳符合要求。

提人时按每罐20人每人重量75Kg计（1.5T）,此时钢丝绳最大静张力为:

4.4+6+1.5=11.9T151/11.9=12.6>9钢丝绳符合要求。

若采用方案1，施工工期很长，至少需要2个月的时间，为避免井下长期停产，制定并采用了以下方案2：

方案2、对原有罐笼进行加固，对绞车电机、矿车、钢丝绳、翻罐笼进行更换。

绞车电机由原来的500KW改为800KW，矿车改为1.5吨非标矿车，钢丝绳改为18×7—φ40—170-特

18×7—φ40—170-特每米绳重6.252kg/m，钢丝绳悬挂长度为530m,绳重为3.3T，破断力为113.5T；1.5T矿车自重0.718T,最大载重量2.7T,

此时钢丝绳的最大静张力：

3.3+3+（2.7+0.718）×2=13.136T

13.136T<17T,则绞车不必更换。

18×7—φ40—170-特钢丝绳安全系数为:

提物料时113.5/13.136=8.64>7.5,钢丝绳符合要求。

提人时按每罐20人，每人重量75Kg计（1.5T）,此时钢丝绳最大静张力为:

3.3+3+1.5=7.8T

113.5/7.8=14.5>9钢丝绳符合要求。

500KW电机的提升能力为7.435T,800KW电机的提升能力为12.77T,此系统静张力差为13.136-3-0.718×2=8.7T,绞车静张力差为11.5T,所以更换为800KW电机能满足要求。

对罐笼的校核基本数据：

1T矿车单层双车罐笼侧体各杆件、物理几何性质。

杆件名称

型钢名称

横截面积

惯性矩

抗弯模数

内竖杆

加强槽钢14a

21.95mm2

73.3（Iy）

16.3（Wy）

罐笼自重：

Q0=3000kg

1.5t矿车自重：

Q2=720kg

1.5t矿车载矸重量：

Q3=2700kg

罐笼载重：

Q1=2（Q2+Q3）=6840kg

（1）侧体荷载：

每根弦梁的均布荷载集度为

M—罐体弦梁数，M=4

ι=每根弦梁计算长度，即外竖杆重心间距，ι=470cm

罐笼最大静载重，按两辆矿车及矸石重量计算，每个车轮施加到钢轨上的集中力为：

车轮通过钢轨传给横梁的力，就等于横梁在结点施加给该梁的力，把钢架视为三跨连续梁。

如图，这是一个二次超静定结构，利用对称性，取半个结构，如图，此为一次超静定结构，用力法计算。

①

式中、分别代表单位多余未知力=1和荷载P0单独作用于基本结构时，A点沿X1方向的位移，它们由图乘法得如下：

式中EI—钢轨的抗弯刚度

=92.5cm=10cm=180cm=2=17100N

将和代入①式得

于是可知横梁作用于弦梁的力为：

P1、P2及q即为所求侧体载荷。

侧体内力计算：

罐笼落到罐座上时

（2）罐笼由链条提升时

侧体竖杆在罐笼提开时受力最大。

为保证足够的安全系数，对内竖杆槽钢14进行了加强，两侧各焊接了铁板，则横截面，，，。

安全系数：

侧体内竖杆在加强后，安全系数能满足要求。

（2）链的计算。

作用在每根链条上的荷载为：

取载荷不均匀系数K=1.33

则每根链的计算荷载为：

P1=KP1|=1.33×30284=40278N

链用20号钢，φ=3.0cm，许用拉应力

链的拉应力：

合格。

（3）三角挂板，挂板为45号钢

上孔承受

下孔

考虑力的不均匀性，取不均匀系数1.33，则下孔荷载为

上孔挤压应力：

φ为孔径，为厚度。

安全系数：

故安全。

下孔的挤压应力：

为下孔直径。

安全系数为：

故安全。

（4）销轴的计算：

销轴为45号钢，作用于销轴的力为

中间截面弯矩最大，其值为：

弯曲应力：

合格。

剪切应力：

安全系数：

故安全。

挤压应力：

故安全。

因此，罐笼符合要求。

方案比较：

时间方面：

采用方案1，更换套架及绞车需重新打基础、重新安装，工程完工时间最快为60天，井下需要长期全面停产，并且套架的设计和绞车的定制至少需要2个月。

采用方案2，只对原罐笼进行加固，更换钢丝绳、绞车电机最多只用3天。

时间节省55天以上。

提升能力方面：

按原来提升系统，每小时只能提30方，按方案1，每小时能提40方，而按方案2，每小时则能提能提45方。

方案1、2都能满足生产，方案2比方案1提升能力还要大。

经济方面：

采用方案1主提升绞车费用需要380万元、更换罐笼费用需20万元、钢丝绳费用需20万。

更换套架费用100万元、安装绞车费用100万元，总计费用为620万元。

采用方案2加固罐笼需用费用1万元、更换钢丝绳费用需要20万元、更换电机只需安装费用2万元。

翻罐笼更换费用2万元、更换下来的1吨矿车我公司其它项目部准备购进，只需办转租手续、150辆1.5吨矿车费用60万元。

总计费用需85万元。

经比较，决定采用方案2对提升系统进行改造，在原有的井上、井下套架的基础上只对罐笼进行加固，矿车采用1.5吨非标矿车。

整个系统改造过程。

只利用了三天时间。

第二部分下放及安装

第一台综掘机到位后，首先在井上进行了试组装，下井时，制定了严密的技术措施。

综掘机下放采用2JK—3.5/15.5型提升机运输，提升机钢丝绳型号为18×7—φ40—170—特。

由于S200M综掘机由于部分零部件体积大、最重件达9.7吨，而考虑罐笼内尺寸4.3×1.2×2m、电机牵引力不大于8吨、钢丝绳承载不超过16.2吨、罐笼重3.2吨、钢丝绳重3吨、平板车重0.5吨、两辆重车重6.8吨、封口盘主罐口最大4.7×1.75m（拆罐道）、最小4.7×1.35（不拆罐道），因此下放必须分为2类：

第一类：

由罐内下放

这部分有后支承拖座、后支承支承器、后支承二运回转台、电控箱、操作台、泵站、第一运输机前溜槽、第一运输机后溜槽、第二运输机中间溜槽（3件）、第二运输机升降油缸、截割头升降油缸、截割头回转油缸、铲板升降油缸、后支承升降油缸、第二运输机回转油缸、第二运输机支架机构、铲板部、行走部。

以上部件中，后支承支承器需配重2辆空车（1.06+3.2+3+0.5-1.4-3.2=3.16吨＜8），后支承二运回转台需配重2辆空车（1.2+3.2+3+0.5-1.4-3.2=3.3吨＜8），电控箱需配重2辆空车（2.5+3.2+3+0.5-1.4-3.2=4.6吨＜8），泵站需配重2辆空车（2.4+3.2+3+0.5-1.4-3.2=4.5吨＜8），第一运输机前溜槽需配重2辆空车（2.25+3.2+3+0.5-1.4-3.2=4.35吨＜8），第一运输机后溜槽需配重2辆空车（1.3+3.2+3+0.5-1.4-3.2=3.4吨＜8），铲板部可分为3件，按每件4吨考虑，则需配重2辆空车（4+3.2+3+0.5-1.4-3.2=5.6吨＜8）。

行走部可分为2件，按每件4.85吨考虑，则需配重2辆重车（4.85+3.2+3+0.5-6.8-3.2=1.55吨＜8）。

第二类：

拆掉罐笼直接用主提绳下放

这部分有本体、截割部、回转架、后支承前横梁、第二运输机后部溜槽、第二运输机前部溜槽。

以上部件中，本体需配重2辆空车（6+3-1.4-3.2=4.4吨＜8）。

截割部需配2辆重车：

截割部重9.7吨，9.7吨+钢丝绳重3吨=12.7吨

电机静张力差最大不超过8吨

配重：

12.7-8=4.7吨

则罐笼内最少装载：

4.7-3.2=1.5吨

按有利条件考虑罐笼内装货6.8吨，6.8吨+3.2吨=10吨

则绞车静张力12.7-10=2.7吨。

2辆重车重6.8吨，下货时将2辆重车作为配重物，则绞车静张力为12.7-6.8-3.2=2.7吨＜8吨。

钢丝绳安全系数为113500/12700=8.9＞7.5，符合规程要求。

以上部件中，回传架需配重2辆空车（2.3+3-1.4-3.2=0.7吨＜8），后支承前横梁需配重2辆空车（3.4+3-1.4-3.2=1.8吨＜8），第二运输机后部溜槽不需配重（1.3+3-3.2=1.1吨＜8），第二运输机前部溜槽不需配重（1.65+3-3.2=1.45吨＜8）。

下放部件具体步骤

第一类部件下放：

直接将部件装到平板车上并推到罐内下放，按配重方案配重。

第二类部件下放：

此类部件均由副罐绳下放。

1）、工具准备

（1）、下放前将四辆中的两辆大平板车运到井下等候运输部件，两辆大平板车在井上等候运输部件。

（2）、测量罐笼顶部三角联接尺寸，用6×19—24.5—155—Ⅰ钢丝绳和25绳卡做两副绳环悬挂设备使用。

同时用14#槽钢制作两套滑架在下放部件时将稳绳与副提绳用滑架连接来稳定部件，准备两套绳环在下放后回副提绳时将副提绳与稳绳连接作为软滑架用来防止副提绳摆动，同时准备6辆平板车或矿车在回绳时吊于副提绳上防止绳溜到天轮平台。

（3）、检查55型8吨安全梯稳车，刹车及信号必须完好。

（4）、在井下车场副道距井底20米处安装一部JD—11.4KW调度绞车，做好拖移下放设备的准备。

2）、设施装备、拆罐

将