談如何對(duì)掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行選擇

　　一、分析地質(zhì)因素選擇
　　
　　1、掘進(jìn)機(jī)對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性。塑性地壓大的軟弱圍巖；類沙性土構(gòu)成的軟弱圍巖和具有中等發(fā)下膨脹性的圍巖；斷層破碎帶，巖溶發(fā)育帶，嚴(yán)重涌水地段，巖石單軸抗壓強(qiáng)度超過(guò)350MPa的極硬巖且節(jié)理不發(fā)育、高硬度或高拉伸強(qiáng)度及高磨蝕性巖石材料一般不適宜掘進(jìn)機(jī)的施工。
　　2、影響掘進(jìn)效率的主要地質(zhì)因素。巖石的單軸抗壓強(qiáng)度是影響掘進(jìn)效率的關(guān)鍵因素之一。一般掘進(jìn)機(jī)最適合掘進(jìn)抗壓強(qiáng)度為30—150MPa的硬巖。全斷面巖石掘進(jìn)機(jī)一般分為敞開式和護(hù)盾式。敞開式通常用于圍巖穩(wěn)定的隧道（洞）的開挖。若巖石質(zhì)量指數(shù)為50%—100%、節(jié)理大于60cm，則首選敞開式。軟弱圍巖用敞開式掘進(jìn)機(jī)施工時(shí)支護(hù)量大，并限制了撐靴的支撐能力，影響掘進(jìn)進(jìn)度，因此，一般軟弱圍巖所占長(zhǎng)度的比例較大時(shí)，可考慮選用護(hù)盾式掘進(jìn)機(jī)。
　　
　　二、根據(jù)掘進(jìn)機(jī)性能選擇
　　
　　1、純掘進(jìn)速率。純掘進(jìn)速率為刀盤每轉(zhuǎn)進(jìn)尺毫米數(shù)乘以刀盤轉(zhuǎn)速。在此基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步預(yù)計(jì)出小時(shí)進(jìn)尺、日進(jìn)尺、周進(jìn)尺、月進(jìn)尺等。純掘進(jìn)速率主要受機(jī)器設(shè)計(jì)參數(shù)和地質(zhì)參數(shù)的影響。因此，根據(jù)工程地質(zhì)情況和工期要求，可以向掘進(jìn)機(jī)制造商提出合理的機(jī)器特性要求，并評(píng)判其設(shè)計(jì)參數(shù)是否滿足掘進(jìn)速度要求，或進(jìn)行掘進(jìn)速度預(yù)測(cè)。
　　2、完好率。完好效率包括掘進(jìn)機(jī)的系統(tǒng)可靠度和維修度兩方面因素，在正確使用和維護(hù)要求前提下，這是一個(gè)主要取決于制造商的性能參數(shù)。維爾特（Wirth）公司生產(chǎn)的掘進(jìn)機(jī)在25個(gè)重要工程的應(yīng)用實(shí)踐表明，掘進(jìn)機(jī)系統(tǒng)完好率達(dá)70%—90%。
　　3、利用率。利用率是掘進(jìn)時(shí)間占總施工時(shí)間的比例，其一方面取決于設(shè)備的完好率，另一方面取決于工程地質(zhì)情況和現(xiàn)場(chǎng)組織管理水平。常常因?yàn)閹r石支護(hù)士作業(yè)、出渣作業(yè)、材料運(yùn)輸?shù)仍蜓诱`造成停機(jī)，從而使利用率降低。按目前技術(shù)水平，平均利用率在40%左右。對(duì)于施工單位，一方面可以要求制造商提高機(jī)器的完好率；另一方面在選型設(shè)計(jì)中要考慮好掘進(jìn)、出渣、支護(hù)等各分系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)配置，并提高施工組織管理水平，以提高掘進(jìn)機(jī)的利用率。
　　4、刀具的消耗。巖石條件一定，刀具的消耗一方面取決于刀具的質(zhì)量和刀具在刀盤上的總體布置，也與刀具的使用和維護(hù)技術(shù)水平有關(guān)，選型設(shè)計(jì)時(shí)可要求制造商提供開挖單位立方米巖石刀具消耗費(fèi)用或數(shù)量的參考值，以便進(jìn)行刀具質(zhì)量評(píng)判和刀具投資消耗預(yù)測(cè)
　　
　　三、影響掘進(jìn)機(jī)技術(shù)參數(shù)部件的選擇
　　
　　1、刀盤。刀盤的直徑應(yīng)根據(jù)開挖洞徑來(lái)決定且要有一定的擴(kuò)挖能力。掘進(jìn)機(jī)直徑一般在2.5—12m之間，以3—6m居多，目前在向大直徑和微型掘進(jìn)機(jī)兩個(gè)方向發(fā)展的趨勢(shì)。為了降低不良地質(zhì)的影響，盡量設(shè)計(jì)為平面狀刀盤和凹狀的刀具安裝座。一般設(shè)計(jì)成背裝式換刀的刀盤，以保護(hù)作業(yè)人員的安全。刀盤設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、剛度和耐磨性是需要重點(diǎn)考察的性能指標(biāo)。
　　2、刀具直徑和刀圈。刀具及其在刀盤上的布置，對(duì)破巖效果、掘進(jìn)速度和刀具的消耗是至關(guān)重要的，為了增加刀具的切深和凈掘進(jìn)速率，刀具軸承和刀圈材料技術(shù)不斷發(fā)展，達(dá)到了較高的承載能力和耐磨性。同時(shí)，生產(chǎn)廠家提供了尺寸從300mm到400mm直徑系列的刀具選擇，432mm直徑刀具是目前常用的代表一定技術(shù)水平的刀具。
　　3、刀間距和刀具數(shù)。每把刀的推力和刀間距是提高切深、進(jìn)而提高掘進(jìn)速度的最重要的參數(shù)。試驗(yàn)表明，在給定地質(zhì)條件下，當(dāng)減少刀間距時(shí)，獲得一定掘進(jìn)速度所需的推力將下降，于是相應(yīng)要求增加機(jī)器總推力，并產(chǎn)生更小的碎石屑。而碎石屑愈小，切削巖石要求的比能耗愈大，開挖過(guò)程的經(jīng)濟(jì)性就愈差。每種巖石都有一個(gè)最佳的刀間距。這個(gè)最佳的刀間距主要是地質(zhì)的函數(shù)，在硬巖情況下，它大約是切深的10—20倍，在65—90mm之間；軟巖大約是100mm。在給定地質(zhì)條件和可比的刀距下，刀具數(shù)與開挖直徑成正比，適當(dāng)增加刀具數(shù)，有利于避免瞬間巖石物理特性太高而造成單個(gè)刀具及其相鄰刀具的加速損壞。且較多刀具與巖石接觸，還可降低掘進(jìn)的振動(dòng)，并減小破碎巖層斷面巖塊洞穴的尺寸，從而可減少阻塞刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)的故障。
　　4、刀盤轉(zhuǎn)速。盤形滾刀的軸承和密封允許的圓周速度為150m/min左右。
　　5、刀盤扭矩。刀盤上所有刀具總滾動(dòng)阻力決定扭矩大小。計(jì)算滾動(dòng)阻力系數(shù)，即滾動(dòng)力與推力的關(guān)系主要由刀圈直徑和切深來(lái)決定。粗略估計(jì)，滾動(dòng)阻力作為推力的百分比平均是：硬巖達(dá)10%，易掘進(jìn)巖石為15%。刀盤的功率要求由轉(zhuǎn)速和扭矩來(lái)決定，扭矩則受地質(zhì)的影響。在可比的刀盤推力下，易掘進(jìn)巖石允許較大的切深，并由于滾動(dòng)阻力增加，要求較大的刀盤扭矩。良好可鉆性的巖石在理論上可能的切深是不能采用的，是不經(jīng)濟(jì)的。
　　6、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要形式為液壓驅(qū)動(dòng)、雙速電機(jī)驅(qū)動(dòng)的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)。由于變頻控制技術(shù)可提高可靠性和降低成本，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)對(duì)不同巖石具有更好的適應(yīng)性，變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)已成為近年來(lái)掘進(jìn)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式的發(fā)展方向和首選。目前8m直徑掘進(jìn)機(jī)的刀盤驅(qū)動(dòng)功率在3000kW左右。
　　7、刀盤軸承。刀盤軸承亦稱掘進(jìn)機(jī)主軸承，主要發(fā)展方向是采用三軸式滾子軸承（兩排推力，一排徑向）替代圓錐滾子軸承，以提高其承載力和壽命，特別是對(duì)大直徑掘進(jìn)機(jī)的設(shè)計(jì)更是如此。目前刀盤軸承壽命的技術(shù)水平為15000—20000h。由于刀盤軸承制造周期長(zhǎng)（6個(gè)月左右），成本高，且施工中洞內(nèi)難以拆換，在選型時(shí)，其設(shè)計(jì)尺寸、制造質(zhì)量和使用壽命、潤(rùn)滑和密封及其監(jiān)控、均應(yīng)成為重要的考核因素。
　　8、推進(jìn)系統(tǒng)和支撐系統(tǒng)。推進(jìn)系統(tǒng)主要由液壓推進(jìn)缸等構(gòu)成。應(yīng)根據(jù)巖石情況、開挖直徑、刀具直徑和刀具數(shù)、提供足夠的推力，以便在較硬巖石情況下獲得一定的切深，一般根據(jù)總刀具推力、刀盤護(hù)盾摩擦阻力、后配套系統(tǒng)的牽引阻力等來(lái)考慮所需推力。支撐系統(tǒng)的支撐缸應(yīng)能抵抗刀盤傳遞過(guò)來(lái)的推力和扭矩，支撐靴要有足夠強(qiáng)度和面積，還應(yīng)核算與洞壁的接地比壓值大小。
　　（作者單位：雙礦集團(tuán)公司安泰煤礦）