综掘机械–“十一五”技工

名誉主任朱德仁

主任邱江

常务副主任刘富

副主任刘爱菊吕一中肖仁政张西月郝临山魏焕成曹允伟仵自连桂和荣雷家鹏张贵金韩文东李传涛孙怀湘程建业

秘书长刘富( 兼)

委员( 按姓氏笔画为序)牛宪民王枕王明生王树明王朗辉甘志国白文富仵自连任秀志刘爱菊刘富吕一中孙怀湘孙茂林齐福全何富贤佘传栋吴丁良张久援张先民张延刚张西月张贵金张瑞清李传涛肖仁政辛洪波邱江邹京生陈季言屈新安林木生范洪春侯印浩赵杰赵俊谦郝临山夏金平桂和荣涂国志曹中林梁茂庆曾现周温永康程光岭程建业董礼谢宗东谢明荣韩文东雷家鹏题正义魏焕成

主编刘先玉李宏

参编申永乐

煤炭是重要的一次能源。随着工业的发展和生产规模的不断扩大，煤炭在国民经济中的地位越来越重要。20 世纪60 年代以来，随着采煤机械化和综合机械化的发展，各主要产煤国家大大提高了工作面的开采强度，工作面推进速度越来越快，这就要求加快掘进速度，以达到采掘平衡。国内外的生产实践已证实，为了加快巷道掘进速度，采用掘进机施工是一项有效措施。掘进机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，与传统的钻爆法掘进巷道相比，它具有以下优点: ①巷道掘进速度平均可提高1 ～1. 5 倍，工效平均提高1 ～ 2 倍，成本降低30% ～ 50%; ②快速掘进巷道有利于及时查明采区的地质条件，正确部署回采工作面的准备和接替; ③由于不需要爆破，巷道围岩不受破坏，既有利于巷道支护，又可减少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和支护作业的充填量，从而减少了不必要的工程量; ⑤改善了劳动条件，减少了笨重的体力劳动。

一、掘进机的发展概况

20 世纪30 年代后期，各国开始了用掘进机开掘巷道的尝试，由于结构不完善，未得到工业应用，如苏联1938 年就研制了ПК － 1 型截链式掘进机。40 年代后，掘进机的类型、结构和性能都有了较大的发展。1958 年匈牙利研制的F5 型掘进机得到了推广使用，1949 年苏联制成ПК － 2M 型掘进机，1956 年制成ПК － 3 型掘进机。成批生产的ПК － 3M型掘进机在苏联煤矿中取得了良好的使用效果。60 年代以来，掘进机已成为各主要产煤国家不可缺少的设备，各国竞相制造掘进机，发展很快。英国1960 年引进ПК － 3 型掘进机，并在此基础上研制生产了多斯科MK2 型、MK2A 型及RH 型掘进机。日本在引进苏联、英国掘进机的基础上，改进研制成MRH 系列掘进机，联邦德国60 年代制成甲虫型掘进机及EV 型掘进机。1962 年我国才开始掘进机的研制工作，起初是在苏联ПК － 2M 型、ПК － 3 型掘进机的基础上进行改进提高，而后才着手研制。达到初步定型并小批生产的有ELMA 型、EM1 － 30 型煤巷掘进机。1979 年我国从英国、日本、奥地利、匈牙利、苏联、美国、德国引进煤及半煤岩巷掘进机，速度提高1. 5 ～ 2. 5 倍，劳动生产效率提高50% ～ 100%。目前，各国制造、推广使用的煤巷、半煤岩巷掘进机，多以部分断面悬臂式工作机构为主，均适用于5 ～ 20 m2任意断面形状的巷道掘进。其中苏制4ПК 型、日制MRH － S50－ 13 型、匈牙利制F6 － HK 型、国产ELMB － 75 系列掘进机适用于中小断面煤巷掘进，英制MK2A2400 型、奥制AM50 型和国产EBJ － 120TP 型掘进机适用于较大断面煤和半煤岩巷道的掘进。由于这种类型掘进机具有适应性强、结构较简单、易操作、能实现煤岩分掘、机重适宜、拆装运输方便和调动灵活等优点，因此，发展快，使用量大。据统计，各国生产使用量达3000 台左右，其中苏联、英国为数多，约占总数的3 /4。苏联1969 年使用掘进机掘进的煤和半煤岩巷道占该类巷道的13%，1972 年上升到20%，1979 年上升到37. 2%。英国已有90%的煤及半煤岩巷道使用掘进机。从生产发展的趋势看，巷道断面有所加大，国外一般提高15% ～ 30%，而且，纯煤巷的开掘量在减少，半煤岩巷道的掘进量在增多。因此，要求悬臂式掘进机能挖掘煤岩硬度较高的矿层，即要求把当前掘进机可经济截割煤岩的抗压强度从58. 84 MPa 提高到58. 84 ～ 100 MPa。其中掘进机截割头的功率是掘进机生产能力重要标志，如ПК － 9P 型、AM50 型和EBJ － 120TP 型掘进机截割头的功率分别93、100 和176. 5 kW。从发展看，悬臂式掘进机的截割头功率在逐渐增大，而随着功率的加大，机器的结构、外形和重量也相应增加，给制造和使用方面都带来一定困难。因此，在设计截割较大硬度煤岩的掘进机时，除适当加大截割功率外，还应着重研究和采用截割参数。即设计合理的截割头形状，改善截齿的结构、材料和排列方式，选用合适的截割速度和牵引速度，增大扭矩和截割力，以求达到在一定功率下充分发挥电动机的能量，获得截割效果。当前煤及半煤岩巷掘进机械化技术发展总的趋势是:( 1) 进一步扩大掘进机的适应范围，大力发展部分断面掘进机。( 2) 增加机器的截割力，提高工作的稳定性。目前，中型掘进机多采用132 ～ 200 kW的截割电动机，重型掘进机多采用200 kW 以上的截割电动机，截割力常达100 ～ 200 kN。为提高截割力、增大扭矩、降尘，新型掘进机截割头转速一般为20 ～ 30 r /min。新型掘进机大多采用宽履带，以减少对地比压，增强爬坡能力。目前，纵向适应坡度为14° ～ 15°，横向适应倾斜为± 8°。同时，采用增加自重、降低重心、紧化结构、履带前后加装液压操作卡爪式支腿机构，来提高机体工作状态下的稳定性。( 3) 采用高压水射流，提高降尘和助切效果。( 4) 发展掘进机的自动控制。掘进机采用激光定向和微机处理技术，在20 世纪80年代初就取得了重大突破，在掘进方向和截割断面轮廓的显示监视和调节控制技术方面有了重大发展，英国、德国等自动控制系统在井下试验已取得了一定成果。( 5) 提高掘进机零部件的可靠性和延长使用寿命。一般要求掘进机在井下连续使用3 ～ 4 年才大修。( 6) 研制工作面机械化掩护支架，使掘进和支护能平行作业。( 7) 加强掘进设备的综合配套，组成不同条件下的综掘作业线，取得好的经济效益。加快煤及半煤岩巷道掘进速度，不管是用炮掘还是用综掘，掘进速度比平均速度都要高出十几倍，潜力很大。掘出巷道后到移交使用要保证巷道不被压坏，不返修。除了提高施工质量外，根据地质工程条件，选择合理的支护也是至关重要的。为此，本书侧重介绍综掘、炮掘作业线的组成、先进的施工工艺、科学的组织管理以及煤及半煤岩巷道的合理支护。