影響掘進(jìn)機(jī)性能的主要因素分析

李忠貞

摘 要：隨著煤炭開(kāi)采機(jī)械化的大力發(fā)展，掘進(jìn)機(jī)已成為開(kāi)采的主力，掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的性能決定了其開(kāi)采效率。文章從掘進(jìn)機(jī)的自身性能、外界地質(zhì)因素以及工作環(huán)境三大方面對(duì)掘進(jìn)機(jī)性能的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，能夠?yàn)榫蜻M(jìn)機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中的完善及改進(jìn)提供一些參考。

關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；挖掘性能；影響因素

1 前言

隨著我國(guó)煤炭需求量的增大，傳統(tǒng)的人工開(kāi)挖方式不僅安全難以保證，產(chǎn)煤量也難以滿足要求，煤炭生產(chǎn)機(jī)械化已經(jīng)越來(lái)越受到廣泛的重視。掘進(jìn)機(jī)從上世紀(jì)五十年代出現(xiàn)以來(lái)，以其靈活、高效的優(yōu)點(diǎn)在煤炭開(kāi)采領(lǐng)域迅速得到廣泛推廣應(yīng)用，機(jī)械化水平的提高煤炭高產(chǎn)、高效的主要因素集中在掘進(jìn)速度的提高上，這就對(duì)掘進(jìn)機(jī)的性能提出了較高的要求，因此，為了提高掘進(jìn)機(jī)的性能，應(yīng)該對(duì)影響掘進(jìn)性能的主要因素進(jìn)行詳細(xì)分析，從而抓住主要問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)，提高掘進(jìn)機(jī)的采煤效率。

2 掘進(jìn)機(jī)簡(jiǎn)介

掘進(jìn)機(jī)主要分為全斷面掘進(jìn)機(jī)和部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)兩種，全斷面掘進(jìn)機(jī)主要用于水工隧洞，部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)則主要用于礦業(yè)、煤炭的生產(chǎn)行業(yè)。目前國(guó)外的掘進(jìn)機(jī)型式已逐漸趨于多樣化，新型的掘進(jìn)機(jī)已經(jīng)配備了完善的工況監(jiān)測(cè)和故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大大減少了停機(jī)的時(shí)間。

懸臂式掘進(jìn)機(jī)是部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)的主要機(jī)型，我國(guó)于20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始批量生產(chǎn)，目前是我國(guó)煤礦井下巷道施工的主要機(jī)械設(shè)備，按照其工作結(jié)構(gòu)破落煤巖的方式不同可分為縱軸式掘進(jìn)機(jī)和橫軸式掘進(jìn)機(jī)兩種。

3 影響掘進(jìn)機(jī)性能的主要因素

任何機(jī)械使用過(guò)程中的影響因素均可以分為內(nèi)在因素和外在因素兩個(gè)方面，對(duì)于煤炭掘進(jìn)機(jī)其內(nèi)在因素主要是指挖掘機(jī)的參數(shù)以及其相應(yīng)設(shè)備的協(xié)調(diào)程度，外界因素主要包括兩個(gè)方面，一方面是指地質(zhì)條件、巖石特性等，另一方面是指工作環(huán)境、工作過(guò)程等，下面主要從以上三個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)分析。

3.1 掘進(jìn)機(jī)自身性能

3.1.1 整體操作穩(wěn)定性。掘進(jìn)機(jī)的工作效率、工作的安全性等均受到其操作穩(wěn)定性的影響。通過(guò)研究分析可知縱軸掘進(jìn)機(jī)如果要達(dá)到與橫軸掘進(jìn)機(jī)相同的穩(wěn)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(jìn)機(jī)在工作時(shí)會(huì)發(fā)生側(cè)翻、后翻以及履帶打滑等失穩(wěn)現(xiàn)象，提高掘進(jìn)機(jī)的重量能夠有效降低上述失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，但會(huì)出現(xiàn)在低洼地段掘進(jìn)機(jī)下沉的問(wèn)題，同時(shí)也會(huì)提高相應(yīng)的設(shè)備制造成本，因此，應(yīng)綜合考慮造價(jià)及工程地質(zhì)條件等，提高掘進(jìn)機(jī)的整體穩(wěn)定性，對(duì)于提高掘進(jìn)機(jī)的工作效率，保證其正常運(yùn)行具有重要意義。

3.1.2 掘進(jìn)機(jī)的功率。在同等條件下，掘進(jìn)機(jī)的功率越大，其截割性能就越好，截割速度也越快。目前我國(guó)使用的大部分掘進(jìn)機(jī)的功率一般不超過(guò)160kw，功率偏小，不利于提高作業(yè)效率，而一些制造也較為發(fā)達(dá)的國(guó)家例如德國(guó)等，掘進(jìn)機(jī)的功率普遍能夠達(dá)到200～300kw，目前最高的掘進(jìn)機(jī)功率為500kw，大大提高了掘進(jìn)機(jī)的工作性能。目前，我國(guó)三一重型裝備有限公司在大功率掘進(jìn)機(jī)的研制方面以取得突破性進(jìn)展，其生產(chǎn)的大功率掘進(jìn)機(jī)部分性能已經(jīng)能夠達(dá)到國(guó)外產(chǎn)品的同類水平，從目前來(lái)看，今后掘進(jìn)機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)主要以大功率的掘進(jìn)機(jī)為主，也將成為礦山掘進(jìn)機(jī)的主力機(jī)型[2]。

3.1.3 截齒及截割頭。截齒是掘進(jìn)機(jī)的重要組成部分，掘進(jìn)機(jī)的性能受其材料、工藝以及強(qiáng)度等影響較大。目前國(guó)產(chǎn)截齒材料多采用硬質(zhì)合金，提高截齒的硬度、耐沖擊性以及抗磨性從而使得掘進(jìn)機(jī)能夠適應(yīng)更為復(fù)雜的工作條件。同時(shí)，好的截齒及截割頭排列方式和分布也對(duì)掘進(jìn)性能有一定的影響，通過(guò)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(tài)，進(jìn)而減小對(duì)截齒的摩擦，降低掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的振動(dòng)，有效降低對(duì)截割頭葉片和頭體的磨損，提高了截割頭的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，進(jìn)而延長(zhǎng)了掘進(jìn)機(jī)的使用壽命，增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在截割頭其他參數(shù)不改變的條件下，可以僅通過(guò)對(duì)截齒排列參數(shù)的優(yōu)化，來(lái)降低截割頭的荷載波動(dòng)頻率，可以達(dá)到較好的效果，提高了掘進(jìn)機(jī)工作時(shí)的可靠性。

3.1.4 裝載機(jī)構(gòu)。裝載機(jī)構(gòu)是掘進(jìn)機(jī)的重要組成機(jī)構(gòu)之一，其作用主要是將截割機(jī)破落下來(lái)的煤塊收集、耙裝至輸送機(jī)上，從而通過(guò)運(yùn)輸機(jī)將煤炭輸送出去。因此，裝載機(jī)的裝載能力大小就決定了掘進(jìn)機(jī)整體的開(kāi)采效率，而裝載能力的大小主要取決于裝載機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇，影響裝載能力的因素較多，例如當(dāng)星輪的轉(zhuǎn)速較大，而與輸送機(jī)的鏈速匹配不好時(shí)，就會(huì)造成耙送的煤無(wú)法及時(shí)運(yùn)走，造成堆積，反之則會(huì)降低工作效率。因此，應(yīng)不斷的改進(jìn)和完善掘進(jìn)機(jī)的裝載機(jī)構(gòu)，使之和參數(shù)相匹配，提高掘進(jìn)機(jī)整體的輸煤能力。

3.1.5 其他因素。掘進(jìn)機(jī)屬于大型的智能化機(jī)械設(shè)備，其組成系統(tǒng)相對(duì)其他機(jī)械設(shè)備要復(fù)雜的多，因此影響其性能的因素還有許多，如掘進(jìn)機(jī)的控制系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)以及行走系統(tǒng)等，任何一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的整體性產(chǎn)生影響。工程實(shí)踐也表明，這些系統(tǒng)性能的穩(wěn)定、持久及安全可靠，為掘進(jìn)機(jī)的長(zhǎng)期無(wú)故障運(yùn)行提供了重要的保障。

3.2 外界地質(zhì)因素的影響

3.2.1 巖石強(qiáng)度。巖石的強(qiáng)度對(duì)于掘進(jìn)機(jī)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(qiáng)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(qiáng)度越大，截齒消耗量越多。而巖石強(qiáng)度太小時(shí)，無(wú)法完全保證提高截割效率，因?yàn)楫?dāng)巖石強(qiáng)度太低時(shí)容易形成泥漿等漿體現(xiàn)象，粘結(jié)于輸送機(jī)上，過(guò)多時(shí)要停機(jī)清理，降低了挖掘效率，不利于煤料的運(yùn)輸。因此在掘進(jìn)過(guò)程中應(yīng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)前方可能出現(xiàn)的不同巖石情況，隨時(shí)調(diào)整掘進(jìn)機(jī)的供水系統(tǒng)和其他參數(shù)，或者對(duì)掘進(jìn)工藝進(jìn)行改進(jìn)，保證掘進(jìn)機(jī)的順利進(jìn)行。

3.2.2 巖層傾角。巖層的傾角對(duì)于掘進(jìn)機(jī)的掘進(jìn)速率也有一定影響，當(dāng)前方巖體存在一定的巖層傾角時(shí)，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(huán)境影響

3.3.1 巷道傾角。當(dāng)開(kāi)挖的巷道具有一定的傾角時(shí)，開(kāi)挖過(guò)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(huán)滯留，增強(qiáng)了掘進(jìn)機(jī)的工作效率。

3.3.2 掘進(jìn)工藝。在掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中，掘進(jìn)工藝的選擇也較為重要。其中，刀具走向、截割順序等均會(huì)對(duì)開(kāi)挖產(chǎn)生較大影響。應(yīng)在開(kāi)挖過(guò)程中，根據(jù)開(kāi)挖巖石裂隙分布及節(jié)理走向地質(zhì)條件合理的布置刀具路線，制定適合的截割深度，確保掘進(jìn)工作的高效進(jìn)行。

3.3.3 輔助工具及運(yùn)輸。目前，巷道開(kāi)挖中支護(hù)的速度也是制約掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖效率的主要因素之一，掘進(jìn)工作進(jìn)行時(shí)往往先掘進(jìn)一定距離后，等待支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行支護(hù)作業(yè)，因此，日進(jìn)尺的多少往往由支護(hù)系統(tǒng)的作業(yè)效率決定。在開(kāi)挖過(guò)程中如能夠?qū)崿F(xiàn)支護(hù)與掘進(jìn)平行作業(yè)，則能夠大大提高掘進(jìn)效率。同時(shí)，礦井的運(yùn)輸能力也是制約挖掘效率的一個(gè)主要因素，有一些礦井由于運(yùn)輸能力不足，常需要掘進(jìn)機(jī)停下來(lái)等待運(yùn)輸物料完成后再進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，這都嚴(yán)重影響了掘進(jìn)工作的正常進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)提前制定合理的支護(hù)及運(yùn)輸計(jì)劃，降低輔助工作對(duì)正常掘進(jìn)工作的影響。

4 結(jié)束語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)是一種大型的機(jī)械設(shè)備，其應(yīng)用過(guò)程中設(shè)計(jì)到巖土、機(jī)械、電子、液壓等多方面的學(xué)科知識(shí)，本文從掘進(jìn)機(jī)的內(nèi)部因素-掘進(jìn)機(jī)的自身性能，包括整機(jī)操作的穩(wěn)定性、掘進(jìn)機(jī)的功率、截齒及截割頭、裝載機(jī)構(gòu)及其他因素，以及外部因素-地質(zhì)因素，主要指巖石的強(qiáng)度及傾角，工作環(huán)境包括巷道傾角、掘進(jìn)工藝和輔助工具及運(yùn)輸三大方面對(duì)影響掘進(jìn)機(jī)的性能的因素進(jìn)行了詳細(xì)的分析，希望能夠?qū)蜻M(jìn)機(jī)在煤炭開(kāi)挖過(guò)程中的應(yīng)用起到一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)

[1]王寅倉(cāng)，丁原廉.采掘機(jī)械[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2004.

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