煤礦高效掘進技術現狀與發展趨勢

摘要 今天，我國掘進機的基本技術已經成熟，但技術水平仍停留在發達采煤國90年代的水平，亟待技術創新。本文論述7煤礦掘進機的截側技術、負載反饋調速技術，履帶內藏式行星減速器技術、工況監控技術和配套技術。

關鍵詞 煤礦采掘，高效技術

煤礦掘進機技術的發展除取決于實際生產需要外，還受基礎工業水平及技術可行性的影響。隨著我國工業技術水平的提高和煤礦掘進機技術開發方面經驗的積累，各種新技術和新成果也將逐步應用于煤礦掘進機上。

一，截側技術

1、截割頭的設計。截割頭的設計應滿足以下要求：切削效率高，受力均勻，穩定性好，刀具消耗小。而要達到這些要求，主要的設計準則就是，每個刀具在截割頭旋轉一周時能夠切削下相同的物料。隨著設計工具的改善和設計手段的提高，各種CAD、CAE軟件的普遍使用，可利用三維造型的方便功能結合傳統的截割頭設計理論，進一步優化截割頭設計。

目前，掘進機上主要使用的是帶合金頭的鎬形截齒。盡管研究人員對鎬形截齒進行了深入研究，制造工藝也有了極大的改善，通過采用新的焊接技術、增大合金頭直徑和提高截齒頭部抗磨性等新方法大大改善了鎬形截齒的耐用性。但是，仍然解決不了鎬形截齒無法經濟截割硬巖的缺點。各國科學家為了尋求更高效的截割刀具而進行了深入的研究。美國科羅拉多礦業大學在此方面的研究取得了進展，他們的地質機械研究院開發出一種新型刀具——圓盤截割刀，并且在硬巖掘進中成功應用，這為硬巖截割提供了一種新的解決辦法。圖1、2為2種不同盤徑的圓盤截割刀具。這種圓盤截割刀具采用滾壓破巖原理，不僅可以提高掘進機截割硬巖的能力，而且還可以增加截割頭的壽命。經研究人員測試發現，小盤徑圓盤截割刀具的切痕較小，微型盤達到相同切割深度所需的力比普通盤形截割刀具要小得多，而且小盤徑圓盤截割刀具還具有體積小、重量輕，易操作等特點。因此，小盤徑圓盤截割刀具的研制，對于擴大煤礦掘進機使用范圍、提高硬巖截割能力具有重大意義。

2、輔助切割。為了提高煤礦掘進機的截割效率，在輔助截割方面進行了大量的研究。目前，較成功的有高壓水和沖擊振動輔助截割2種方式。高壓水輔助截割是在機械截割中利用高壓水射流輔助截割的一種合成巖石破碎技術，具有冷卻截齒、減少截齒磨損量(約30％)、減小截割力(約25％)、粉塵生成量少等優點。

沖擊振動輔助截割是一種利用慣性原理，通過在普通的煤礦掘進機截割機構部分增加一激振部件，利用一定頻率和振幅的沖擊來改善截割效果，以提高掘進機截割能力的一種新技術。我國是掌握這一技術并成功應用于掘進機、形成小批量生產的唯一國家。在ELMB--75C型掘進機上的使用表明，通過使用該機構，掘進機的破巖效率可提高30％以上。同時，掘進比能耗顯著降低。

3、雙速截割。對大功率掘進機來說，當截割煤層時，因截割阻力較小，這時需要提高截割速度來提高生產率，當截割巖石時，截割阻力較大，為避免截割電機過載，同時也為減少截齒損耗，這時應降低截割速度，同時增大截割單刀力。目前掘進機采用的截割調速方式有3種：一是采用恒扭矩雙速電機，這種方式的缺點是高低速時輸出的扭矩基本一致，無法在低速截割巖石時提高截割力；二是采用機械變速，這種方式在低速時可以提供更大的截割力，但由于采用的是更換減速箱齒輪的方式，變速困難、勞動強度大且容易污染減速箱；三是采用恒功率雙速截割電機，這種方式采用電機調速，調速方便，且高、低速時電機功率恒定不變，低速時單刀力增大一倍，提高了機器的破巖能力。

煤科總院太原研究院研制的EBZl6mlY型掘進機首次采用了這種截割電機，低速時該機的平均單刀力可達7200N，是同類機型的1.5～2倍，整機截割能力明顯加強，使用效果良好。

二、負載反饋調速技術

切割牽引速度是煤礦掘進機的一個重要工況參數，合理的切割牽引速度不僅與掘進機自身參數有關，還與煤巖硬度、鉆入深度和切削厚度有關，負載反饋調速技術就是利用比例多路換向閥、變量泵一負載反饋無級調速，合理調整切割牽引速度，有效地減少功率損耗，降低液壓系統發熱，延長液壓元部件使用壽命，使掘進機能可靠地工作。EBZl60TY型掘進機就是采用了恒功率變量泵和比例多路換向閥等液壓元部件，實現了牽引無級調速，提高了整機性能。

三，履帶內藏式行星減速器技術

煤礦掘進機的行走機構是主機很重要的一大部件，它承擔著主機在作業過程中的行走、調動任務。煤礦掘進巷道可利用的有效空間有限，從而限制了整機高度，傳統的履帶減速器體積大，占用空間多、影響地隙且傳動效率低。履帶內藏式行星減速器傳動具有占用空間小、效率高、機器通過性好等優點，已成功地應用于工程機械，如挖掘機等。將其應用于結構空間受限的煤礦掘進機，從性能上具有傳動比大、傳動效率高、輸出轉矩大等優點，從結構上具有體積小、重量輕等特點。

四，工況監控技術

掘進機工況監控技術包括掘進機工況監測、故障診斷兩方面。通過對供電電壓、電動機負荷和溫升、液壓系統油壓、油量、污染、減速器油溫、油液污染和軸承溫度等的監測，最大限度地保證設備在最佳狀態下工作；在設備發生故障時，可及時發現故障原因并予以糾正。新推出的掘進機已實現了推進方向和斷面監控、電機功率自動調節、離機遙控操作及工況監測和故障診斷，部分掘進機實現了PLC模擬量處理功能對回路的循環檢測，提供了更方便的人機漢顯操作系統。

五，配套技術

巷道的綜合機械化掘進是一項系統工程，制約煤礦巷道快速掘進的主要因素并不是掘進機本身的掘進能力，而是支護和其它輔助工序。

1、配套轉載技術。運輸技術的落后是制約掘進技術發展的重要因素之一。目前，國內掘進機通過采用橋式轉載機與帶式輸送機的配套使用，實現了掘進機的連續工作。另外，通過自移式轉載機的研究，實現連續運輸和間斷運輸兩個基本配套運輸模式，以滿足不同的運輸要求。

2、配套錨桿支護技術。支護作業與掘進作業不同步是影響快速掘進的主要因素之一。錨桿支護技術作為先進的支護技術，具有工藝簡單、工效高、巷道斷面利用率大、材料消耗低、支護速度快、支護成本低等優勢，但是無法解決掘進、支護的同步問題。機載錨桿具有功率大、鉆孔能力強、功能齊全、適用范圍廣、可自帶動力、操作安全等優點，最重要的是機載錨桿支護技術能從根本上解決掘進、支護不同步問題，提高掘進生產率。

3、配套機載除塵技術。掘進工作面的除塵問題在我國一直無法得到有效解決。煤礦井巷掘進工作面是粉塵生成量大而集中的工作場地。巖石掘進工作面產生的巖塵含游離的二氧化硅一般可達30％--70％，掘進打眼產生的呼吸性粉塵可達到90％以上，錨噴作業的附加粉塵飛揚嚴重。所以，巖石掘進工作面成為矽肺病危險性最大的地點。目前，我國掘進工作面采用的除塵方式主要是噴霧除塵，這種方式可靠性差、效果不理想，除塵效率最高只能達到60％--70％。為了改善掘進工作面環境，太原研究院與德國CFT公司共同研制開發了一套適合中國國情的掘進工作面高效除塵系統，該系統的除塵效率可達到99.4％，除塵技術達到國際先進水平。