张 星，周建龙，巩孔正，李 军
（西安煤矿机械有限公司，陕西 西安 710200）
引言掘进是煤矿生产的核心环节之一，对矿井安全、生产布局和开采效率影响重大。随着重点煤矿高效集约化的深入，对巷道掘进进尺需求大幅增加。适用于大断面一次成巷的掘锚系统已经普遍应用于煤矿生产，而煤矿掘进面掘锚不同步、锚护时间长、掘进队伍庞大、空顶距要求严格等问题突出，已成为制约矿井安全、高效、集约化生产的共性关键问题。
掘锚成套装备是适用于高产高效矿井煤矿巷道快速掘进的掘锚一体化设备，主机是全断面横轴掘进机，后配钻锚、运输及除尘等设备，护盾式掘进机将横轴掘进机与护盾式临时支护有机地组合起来，减少掘进过程中产生的空顶距，采用迈步式移动方式，设计的滑台装置与配套的钻锚机组相配合，在一个截割步距内完成掘锚工序，适用范围广、掘进效率高，可实现掘锚同步，在煤矿巷道快速掘进、提高锚杆支护效果及促进安全生产等方面具有很大的优势[1-3]。
1 护盾式掘进机的总体设计护盾式掘进机主要由截割机构、装载机构、运输机构、滑台机构、前护盾、后护盾、超前探钻机、液压系统、除尘系统、电控系统、水系统及润滑系统等组成，可配套钻锚机、带式转载机、自移机尾和智能控制中心等，可实现掘进面的截割、支护和煤岩的连续运输等要求，以及实现掘锚同步、分段支护、连续转运、高效除尘、集控与协同控制等功能于一体的智能化快速掘进系统，促进安全、高效、智能、快速掘进[4]。
根据小保当煤矿的需求，定制研发适应于大断面胶运顺槽（截割断面宽度6.5 m、高度4.3 m）的掘进机，相关参数要求如下：
截割宽度6～6.5 m、截割高度3～4.4 m，截割功率270 kW，接地比压0.28 MPa，前护盾和后护盾，系统压力25 MPa，湿式除尘+泡沫除尘，隔爆兼本质安全型电控系统。
除尘系统选用负压除尘，将风机电机布置在机尾，用风筒延伸至掘进端，另一侧也布置有风筒，为巷道进风，由于护盾为全断面包围式结构，因此风筒可在盾体内上方沿两侧布置。
2 盾体的设计盾体分为前后两部分，通过销轴连接到前后底座上，底座两侧设计有推移油缸，在前后盾体的顶部也设计有两个推移油缸，前底座上设计有滑台装置，液压平台及电控装置设置于后底座，通过四个推移油缸可实现盾体的前进。
盾体两侧的设计为分体结构，通过油缸可实现上下运动，具体过程为：前盾体离顶，后盾体撑顶，推移油缸前伸，推动前盾体前移，接着前盾体撑顶，后盾体离顶，推移油缸拉动后盾体前进，继而完成一个步距，此过程顶部两个油缸会发生倾斜受拉，因此在前后盾体落差值上会设置一个范围，当落差值接近设定值时系统报警。另外，盾体两侧内部也设有油缸传感器，以此来检测前后盾体的落差。
盾体底部也分前后两部分，前底板安装铲板部和滑台装置，铲板宽度与截割宽度相匹配，为方便井下运输和安装，特将铲板两侧设计为可伸缩式，并设计限位装置，后底板安装液压操作平台及电控系统。运输机横跨前后盾体，前端与铲板内侧铰接，向后沿滑台底座朝上倾斜，一运刮板采用中单链结构，在龙门处设计有破碎装置，防止大块煤掉落后卡链，后底座上设计有二运连接装置，可配合一运将煤岩从后侧运出。
为保证巷道成型质量，将盾体前端两侧和顶部伸缩板前端均设计为尖齿形，可以去除煤壁两次高点，为之后的锚护创造良好条件。另外，在后盾体底座上设计有抬底油缸，目的是防止底板浮煤较多时导致底板起伏，盾体前进困难。
根据小保当煤矿赋存地质条件下的快速掘进装备的支护工艺要求，锚杆的间排距为1 m，因此，设计推移油缸行程为1 m。
截割时，机组配备的湿式除尘和泡沫降尘装置使工作面除尘率达到98%以上，司机可站在盾体内侧，使用遥控操作，视线好而且安全。
3 滑台的设计为满足掘锚同步的要求，在前盾体底座上设计有滑台装置，将截割部安装到滑台上，通过两个导向柱和滑台推移油缸实现机组不动时截割部前进割煤。
为保证支护要求，滑台油缸行程也是1 m，截割时，截割部抬起，油缸推动滑台带动截割前进进刀，然后截割下降割煤，截割降到地面后，滑台油缸收回，截割拉底煤，完成一个截割动作。滑台两侧各装有一套超前钻探，满足“逢掘先探”的要求。当遇到有夹矸或硬煤时，进刀量可适当减少。
截割滚筒宽6～6.5 m，可实现巷道断面一次成型，配合同等宽度尺寸的铲板，保证落煤的连续装运。
4 应用首台研发的大断面横轴护盾式掘进机，用于小保当煤矿112204 胶运顺槽长度为6 300 m，设计在2-2煤层中，该煤层赋存于延安组第四段顶部，平均煤厚5.55 m，以厚煤层为主，采用沿底掘进方式，并预留300 mm 的底煤。
经过初步应用，日进尺40 m，操作安全性高、故障率小，能够实现掘锚同步。后配套的钻锚机组高效快速、钻孔位置准确，经过后期磨合，日进尺稳产50 m以上，达到快速掘进的设计目的。新研发投入的国产大断面横轴式掘锚机，可有效降低我国在大断面煤巷快速掘进装备方面对国外产品的依赖，降低整机购置、配件及服务成本、缩减配件工期。同时，提升了我国高端煤机研发与制造的技术水平，对于智能煤矿、智慧矿区的建设起到技术与装备支撑作用。
