1、专题部分岩巷综掘设备的现状及其发展趋势摘要：针对目前煤矿岩巷掘进机械化程度不高造成的岩巷掘进速度停留在比较低的水平使采掘接续普遍紧张这一情况，着重研究岩巷综掘设备掘进机的现状并列举国内外主要的一些岩巷综掘设备分析国内外具有代表性掘进机的技术参数的各部件的性能参数，以及总综掘设备未来的主要发展方向。关键词：岩巷，综掘设备，掘进机，现状，发展方向1 绪论1.1 引言我国是一个以煤为主要能源的国家，在一次能源的总资源量中，煤炭资源约占90%，在一次能源的生产和消费构成中，煤炭所占比例长期保持在75%左右，尽管20世纪90年代大力进行了能源结构的调整，2000年煤炭生产和消费在一次能源中所占比重仍分别
2、达67.2%和67%。从我国拥有及可能利用的能源资源类别来看，以煤为主的能源格局长期内不会有根本的改变，煤矿开采的规模还会很大。随着我国社会的发展，特别是基础设施的建设，大型机械设备的需求越来越迫切。近年来，在某些工程中尽管引进了一些这样的设备，但与我们国家的发展规模和发展速度相比还是很不相称的。尤其是我们郭嘉机械工业基础厚实，以前由于缺乏市场机制，发展受到一定的限制。改革开放以来随着我国市场机制的简历和进一步完善，在这些领域有所突破和发展，是我国中兴工业面临的机遇和挑战。因此，要保证国民经济和煤炭工业持续、稳定、健康发展，建设高产高效矿井，提高采掘机械水平，是我国煤矿发展的必由之路。综合机械
3、化采煤在条件适宜时，具有高产高效、成本低、经济效益显著的特点。近年来，随着煤炭科学技术的发展，高产高效矿井数量大大增加，部分矿井经技术改造，通过进行综合机械化装备，矿井的年产量有了很大的提高。但由于综合机械化采煤开采强度大、生产集中、推进速度快，采煤工作面推进速度提高到150250m/月,甚至更高,而岩巷掘进速度却一直停留在较低的水平,使采掘接续普遍紧张，主要是由于目前可以用于全岩石巷道掘进的掘进设备、技术满足不了煤矿岩巷掘进的需求。为了解决这一问题，巷道掘进和采煤工作面的准备工作也必须相应加快。因此，打眼放炮、机械装载的方法已经满足不了要求。为了加快岩石巷道掘进速度。采用掘进机法施工是一项有
4、效措施。掘进机械能够同时完成破落煤岩。装煤运输、喷雾灭尘和调动行走等工作，实现工作面的综合机械化综掘。与传统的钻爆法掘进巷道相比，它具有许多有点：（1）巷道掘进速度平均可提高11.5倍，功效平均提高12倍，进尺成本降低30%50%，快速掘进巷道有利于及时查明采区的地质条件，正确部署采煤工作面的准备和接替工作面。（2）能够保证巷道的稳定性。因为使用掘进机时，巷道的围岩不受爆破的破坏，有利于巷道的支护。 （3）减少岩石冒顶和瓦斯突出的危险，大大提高了生产的安全性。 （4）减少了煤或岩石的超挖量以及支护作业的充填工作量，减少不必要的工程量。 （5）改善了劳动条件，减少笨重的体力劳动。 现阶段用于岩石
5、巷道的掘进机有全断面岩石掘进机和悬臂式掘进机，全断面岩石掘进机在水利水电隧洞。城市地下工程、河海地下隧洞及矿山、山区铁路隧道工程施工中，由于速度快，施工质量、经济安全等特点，因此被广泛从事此类工程的承包商所青睐。在国外，使用全断面岩石掘进机掘进岩石巷道的施工已经很普遍，但全断面岩石掘进机具有大型化、组装困难、制造成本高的特点不适应煤矿井下岩石巷道掘进长度距离短、巷道截面小的巷道。而现在用于煤矿井下岩石巷道掘进的是悬臂式综掘机。1.2 岩石掘进机的研究现状悬臂式掘进机是实现连续破岩、装岩、运输、临时支护、喷雾防尘等工序的一种联合机组。近代掘进机技术的最大特点是广泛使用电子、信息、遥测、遥控扽搞搞
6、新技术对全部作业进行制导和监控，使掘进机始终处于最佳状态。1国外掘进机的发展状况早在20世纪30年代，德国、苏联、英国、美国等就开始了煤矿巷道掘进机的研制，但巷道掘进机得到较广泛工业性应用还是在第二次世界大战之后。1948年，匈牙利开始研制F系列每行掘进机，当时是为了适应房柱式开采的需要。1949年匈牙利生产的F2型掘进机是世界上第一台悬臂式掘进机，不过当时还未能实现悬臂式掘进机的全部主要功能。1951年匈牙利研制了采用履带行走机构的F4型悬臂式掘进机，这种机型采用横轴截割方式和调动灵活的履带行走机构外，还采用了铲板和星轮装载机构，并采用了刮板输送机转运物料。F4型悬臂式掘进机已经具备了现代悬
7、臂式掘进机的雏形。F系列掘进机是目前悬臂式横轴掘进机的原始机型。1971年奥地利ALPINE公司在匈牙利F系列掘进机的基础上，研制了AM50型掘进机，并在此基础上逐步形成了AM系列掘进机。1972年德国引进AM50型掘进机在半煤岩巷中使用，在此基础上，EICKHOFF公司自行研制成功了WAV170和WAV200型掘进机，并在此基础上发展为WAV系列型掘进机。F系列、AM系列和WAV系列掘进机均采用横轴截割机构。1956年苏联生产了首台IIK3型纵轴悬臂式掘进机，在8m断面下煤巷中使用。IIK3型掘进机是目前纵轴悬臂式掘进机的雏形。19620年1964年，英国从苏联引进了IIK3型掘进机进行工业
8、性试验，同时开始了悬臂式掘进机的研制。1963年DOSCO公司在IIK3型掘进机基础上，通过改变截割头截齿排列和更换电气系统，研制成了MKII型和MKIIA型掘进机，并逐步发展称为DOSCO系列掘进机，具有代表性的机型为用于岩巷掘进的MK3型。1968年德国EICKHOFF公司在引进DOSCO掘进机基础上研制开发出了EV100型掘进机。后来德国PAURAT公司又研制出了ET系列掘进机，使纵轴式掘进机逐步形成系列化。1966年，日本三井三池机械制造公司在三联IIK3型和英国DOSCO掘进机的基础上，研制成功了S系列掘进机。到20世纪70年代后期，S系列掘进机已逐步形成系列化。经过半个多世纪的发展
9、，目前，国外掘进机主要生产国，即英、德、俄罗斯、奥地利、日本等国所生产的掘进机已被广泛用于硬度低于f=8半煤岩巷道掘进，并扩大到岩巷。重型机不移位截割断面达3542m，多数机型能在纵向16，横向8的斜坡上可靠工作，截割功率在132350kw，机重在50120t，切割岩石硬度f=12。部分机型截割速度已降至1m/s以下，牵引速度采用负载反馈调节，以适应不同岩石硬度；一些机型除设有后支撑外，还在履带前后安装了卡爪式液压扎脚机构，以便在切割岩石时锚固定位。机电一体化已成为掘进机发展趋势，新推出的掘进机可以实现掘进方向和断面监控，电动机功率自动调节、离机遥控操作及工况监测和故障诊断，部分掘进机实现PL
10、C控制，实现回路循环检测。2国内掘进机的发展状况我国悬臂式掘进机的发展大体分为三个阶段。第一阶段是20世纪60年代初期到70年代末。这一阶段主要是以引进国外掘进机为主，在引进的同时，我国的技术人员开始尝试进行消化吸收，但研究水平较低，主要以切割煤的轻型机为主，以当时太原煤研所研制的反帝型、反帝型和反修型为代表，形成我国第一代掘进机。尽管如此，这一时期的尝试也为我国悬臂式掘进机的第二阶段发展打下了良好的技术基础。这一时期产品的主要特点是重量轻、体积小、截割能力弱、技术含量偏低，只适用于煤巷掘进。第二阶段是20世纪70年代末到90年代初，为消化吸收阶段，这一阶段我国分别从英国、奥地利、日本、苏联、
11、美国、德国、匈牙利等国引进了16种、近200台掘进设备，对于我国煤矿使用掘进机祈祷了推动作用。在此期间，我国与国外合作生产了几种悬臂式掘进机并逐步实现了国产化，同时由煤科总院太原分院研制的EM130型，EL90型和EL110型掘进机分别在佳木斯煤机厂和淮南煤机厂投入小批量生产。在煤矿采掘设备“一条龙”项目引进中，又引进了奥地利阿尔卑尼公司的AM50、日本三井三池公司的S10041型掘进机制造技术和先进的加工设备，使我国形成了批量生产掘进机的能力，基本上结束了中、小型掘进机依赖进口的局面。这一期间我国悬臂式掘进机的主要特点是可靠性大幅度提高已能适应我国煤矿的巷道掘进，中型掘进机型号日趋齐全。第三
12、阶段是20世纪90年代初至今，为自主研发阶段。这一阶段中型悬臂式掘进机发展日趋成熟，重型掘进机大批出现，悬臂式掘进机的设计与加工制造水平已相当先进，并且具备了根据矿井条件实现个性化设计的能力。这一时期形成了多个系列的产品，主要有煤科总院太原分院研制的EBJ（Z）系列，佳木斯煤机厂生产的S系列、煤科总院上海分院设计的EBJ系列等型号掘进机。我国的悬臂式掘进机发展主要受到英国DOSCO。日本三井三池S系列掘进机的影响，目前主要以纵轴悬臂式为主。同时，由于吸收了奥地利AM系列掘进机的特点，也有部分掘进机设计为横轴截割方式。后续将列出主要的机型及其技术参数。1.3 掘进机的发展趋势1.向重型化方向发展
13、从目前国内掘进机发展趋势来看,具有广阔的发展前景,在我国除用于煤矿巷道掘进外, 掘进机正进入铁路、 城市地铁隧道的掘进以及公路建设等行业。这就需要掘进机不仅能截割煤,也能够截割岩石, 并且是全岩的巷道。为了真正能截割全岩,在破岩方法和效率、减振、防尘以及运输上考虑解决方案, 其目的是提高掘进效率实现截割全岩,三一重型装备有限公司生产的EBZ200H型掘进机已经实现了这一功能。为了截割岩石首先需要有较大的截割力,这样就必然要增加截割电机的功率,电机的功率增加其外形尺寸也会相应加大,这样会使整个掘进机的外形及机体重量增加。掘进机机体重量增加后, 在截割岩石时会有更好的稳定性,机体的重力会平衡掉截割
14、力。随着高产高效矿井建设需要, 重型掘进机必然成为矿山的主力机型,市场前景更为看好。2.矮、窄机身中型掘进机目前在煤矿实际使用的掘进机型号中,功率适中的中型掘进机占据着主导地位,如EBZ160、EBZ132等,这一系列的掘进机技术已经趋于成熟。但是随着我国煤炭采掘业的不断发展,中厚煤层将逐步减少,煤矿巷道必然趋于薄煤层、半煤岩巷道,如山东、贵州、四川、河南等地。因此,有一定的破岩能力,机身矮或窄、功率大的机型会成为今后市场主要机型。三一重型装备有限公司在EBZ160掘进机拓展研发生产的EBZ160紧凑型掘进机机身高度只有1.62m,该设备已经在平顶山矿务局成功地使用。另外还有在 EBZ132掘
15、进机拓展研发的窄机身掘进机,针对我国西南地区特殊的地质条件提供了完全的解决方案,在四川各大煤矿得到了广泛的应用。3.辅助功能多的机型、主辅机一体化据统计,在目前巷道掘进工作中,巷道支护占用40 % 50 %的掘进作业时间。为了提高掘进速度,应根据巷道支护的要求, 在掘进机上装备锚杆钻机, 超前临时支护等装置, 以提高工作效率。目前以掘锚一体化、 掘钻一体化为主, 在破碎顶板的情况下,还产生了机载超前临时支护的掘护一体化的需求。另外,除了增加支护设备以外, 还有在掘进机上搭载湿式除尘系统或其他除尘方式的趋势,这是改善作业环境, 清除肺矽病途径之一, 这种利用负压空气除尘的系统已经在 EBZ200
16、H掘进机上成功地应用,大大地改善了现场人员的工作环境。4.通过综合、成套技术提供整体解决方案生产力的提高、技术进步及其复杂程度的增加,为综合成套技术设备提供了客观上的需求及可能性。目前,巷道掘进正由传统意义上的掘、装、运机械化转向现代意义的掘、装、运、支护机械化及自动化、智能化。各单项技术、现代控制技术、计算机技术及设计手段的发展,已为现代意义综合掘进提供了充分的技术累积。从技术层面看,现阶段正处于掘、装、运与支护及遥控的整合阶段。掘进机的自动控制及远程遥控的最终目标是实现井下自动化无人值守机掘工作面。与发达国家相比,我国综掘设备在遥控及自动控制方面还有相当的差距,令人感到欣喜的是近年来国内厂商对此普遍较重视,或是积极进行试验,或是在设备上留有升级接口。通过无线与有线2种方式来实现掘进机的遥控。除了遥控外,还有一些智能化技术,比如截割头轨迹
