影響掘進機性能的主要因素分析

李忠貞

摘 要：隨著煤炭開采機械化的大力發展，掘進機已成為開采的主力，掘進機工作時的性能決定了其開采效率。文章從掘進機的自身性能、外界地質因素以及工作環境三大方面對掘進機性能的影響進行了詳細的分析，能夠為掘進機在應用過程中的完善及改進提供一些參考。

關鍵詞：掘進機；挖掘性能；影響因素

1 前言

隨著我國煤炭需求量的增大，傳統的人工開挖方式不僅安全難以保證，產煤量也難以滿足要求，煤炭生產機械化已經越來越受到廣泛的重視。掘進機從上世紀五十年代出現以來，以其靈活、高效的優點在煤炭開采領域迅速得到廣泛推廣應用，機械化水平的提高煤炭高產、高效的主要因素集中在掘進速度的提高上，這就對掘進機的性能提出了較高的要求，因此，為了提高掘進機的性能，應該對影響掘進性能的主要因素進行詳細分析，從而抓住主要問題進行改進，提高掘進機的采煤效率。

2 掘進機簡介

掘進機主要分為全斷面掘進機和部分斷面掘進機兩種，全斷面掘進機主要用于水工隧洞，部分斷面掘進機則主要用于礦業、煤炭的生產行業。目前國外的掘進機型式已逐漸趨于多樣化，新型的掘進機已經配備了完善的工況監測和故障監測系統，大大減少了停機的時間。

懸臂式掘進機是部分斷面掘進機的主要機型，我國于20世紀80年代中期開始批量生產，目前是我國煤礦井下巷道施工的主要機械設備，按照其工作結構破落煤巖的方式不同可分為縱軸式掘進機和橫軸式掘進機兩種。

3 影響掘進機性能的主要因素

任何機械使用過程中的影響因素均可以分為內在因素和外在因素兩個方面，對于煤炭掘進機其內在因素主要是指挖掘機的參數以及其相應設備的協調程度，外界因素主要包括兩個方面，一方面是指地質條件、巖石特性等，另一方面是指工作環境、工作過程等，下面主要從以上三個方面進行詳細分析。

3.1 掘進機自身性能

3.1.1 整體操作穩定性。掘進機的工作效率、工作的安全性等均受到其操作穩定性的影響。通過研究分析可知縱軸掘進機如果要達到與橫軸掘進機相同的穩定性需要增重20%左右[1]。由于重量分布不均等因素的影響，使得掘進機在工作時會發生側翻、后翻以及履帶打滑等失穩現象，提高掘進機的重量能夠有效降低上述失穩現象的發生，但會出現在低洼地段掘進機下沉的問題，同時也會提高相應的設備制造成本，因此，應綜合考慮造價及工程地質條件等，提高掘進機的整體穩定性，對于提高掘進機的工作效率，保證其正常運行具有重要意義。

3.1.2 掘進機的功率。在同等條件下，掘進機的功率越大，其截割性能就越好，截割速度也越快。目前我國使用的大部分掘進機的功率一般不超過160kw，功率偏小，不利于提高作業效率，而一些制造也較為發達的國家例如德國等，掘進機的功率普遍能夠達到200～300kw，目前最高的掘進機功率為500kw，大大提高了掘進機的工作性能。目前，我國三一重型裝備有限公司在大功率掘進機的研制方面以取得突破性進展，其生產的大功率掘進機部分性能已經能夠達到國外產品的同類水平，從目前來看，今后掘進機的發展趨勢應主要以大功率的掘進機為主，也將成為礦山掘進機的主力機型[2]。

3.1.3 截齒及截割頭。截齒是掘進機的重要組成部分，掘進機的性能受其材料、工藝以及強度等影響較大。目前國產截齒材料多采用硬質合金，提高截齒的硬度、耐沖擊性以及抗磨性從而使得掘進機能夠適應更為復雜的工作條件。同時，好的截齒及截割頭排列方式和分布也對掘進性能有一定的影響，通過改變截割頭的形狀和截齒的排列分布，可以有效的改善其受力性態，進而減小對截齒的摩擦，降低掘進機工作時的振動，有效降低對截割頭葉片和頭體的磨損，提高了截割頭的長期穩定性，進而延長了掘進機的使用壽命，增加了企業的經濟效益。在截割頭其他參數不改變的條件下，可以僅通過對截齒排列參數的優化，來降低截割頭的荷載波動頻率，可以達到較好的效果，提高了掘進機工作時的可靠性。

3.1.4 裝載機構。裝載機構是掘進機的重要組成機構之一，其作用主要是將截割機破落下來的煤塊收集、耙裝至輸送機上，從而通過運輸機將煤炭輸送出去。因此，裝載機的裝載能力大小就決定了掘進機整體的開采效率，而裝載能力的大小主要取決于裝載機構參數的選擇，影響裝載能力的因素較多，例如當星輪的轉速較大，而與輸送機的鏈速匹配不好時，就會造成耙送的煤無法及時運走，造成堆積，反之則會降低工作效率。因此，應不斷的改進和完善掘進機的裝載機構，使之和參數相匹配，提高掘進機整體的輸煤能力。

3.1.5 其他因素。掘進機屬于大型的智能化機械設備，其組成系統相對其他機械設備要復雜的多，因此影響其性能的因素還有許多，如掘進機的控制系統、供水系統、液壓系統以及行走系統等，任何一個系統出現問題都會對掘進機的整體性產生影響。工程實踐也表明，這些系統性能的穩定、持久及安全可靠，為掘進機的長期無故障運行提供了重要的保障。

3.2 外界地質因素的影響

3.2.1 巖石強度。巖石的強度對于掘進機的工作效率具有顯著的影響，在其他條件相同的情況下，巖石抗壓強度越大，截割阻力越大，使得其工作效率越低。從已有的研究成果可知，巖石抗壓強度越大，截齒消耗量越多。而巖石強度太小時，無法完全保證提高截割效率，因為當巖石強度太低時容易形成泥漿等漿體現象，粘結于輸送機上，過多時要停機清理，降低了挖掘效率，不利于煤料的運輸。因此在掘進過程中應時刻監測前方可能出現的不同巖石情況，隨時調整掘進機的供水系統和其他參數，或者對掘進工藝進行改進，保證掘進機的順利進行。

3.2.2 巖層傾角。巖層的傾角對于掘進機的掘進速率也有一定影響，當前方巖體存在一定的巖層傾角時，巖體更易于破損，相比于不存在傾角的巖體，其切削速率提高了20%左右。

3.3 工作環境影響

3.3.1 巷道傾角。當開挖的巷道具有一定的傾角時，開挖過程中能夠較好的利用煤炭的自身重力作用，一方面便于截割后的裝載，另一方面也避免了煤塊在截割頭和工作面上的循環滯留，增強了掘進機的工作效率。

3.3.2 掘進工藝。在掘進機工作過程中，掘進工藝的選擇也較為重要。其中，刀具走向、截割順序等均會對開挖產生較大影響。應在開挖過程中，根據開挖巖石裂隙分布及節理走向地質條件合理的布置刀具路線，制定適合的截割深度，確保掘進工作的高效進行。

3.3.3 輔助工具及運輸。目前，巷道開挖中支護的速度也是制約掘進機開挖效率的主要因素之一，掘進工作進行時往往先掘進一定距離后，等待支護系統進行支護作業，因此，日進尺的多少往往由支護系統的作業效率決定。在開挖過程中如能夠實現支護與掘進平行作業，則能夠大大提高掘進效率。同時，礦井的運輸能力也是制約挖掘效率的一個主要因素，有一些礦井由于運輸能力不足，常需要掘進機停下來等待運輸物料完成后再進行掘進作業，這都嚴重影響了掘進工作的正常進行，應當提前制定合理的支護及運輸計劃，降低輔助工作對正常掘進工作的影響。

4 結束語

掘進機是一種大型的機械設備，其應用過程中設計到巖土、機械、電子、液壓等多方面的學科知識，本文從掘進機的內部因素-掘進機的自身性能，包括整機操作的穩定性、掘進機的功率、截齒及截割頭、裝載機構及其他因素，以及外部因素-地質因素，主要指巖石的強度及傾角，工作環境包括巷道傾角、掘進工藝和輔助工具及運輸三大方面對影響掘進機的性能的因素進行了詳細的分析，希望能夠對掘進機在煤炭開挖過程中的應用起到一定的參考作用。

參考文獻

[1]王寅倉，丁原廉.采掘機械[M].北京：煤炭工業出版社，2004.

[2]李中才，孫玉峰.影響掘進機性能的主要因素分析[J].露天采礦技術，2006，（3）：34-35.