国产掘进机的发展现状及展望

国产掘进机的发展现状及展望

黄真奇

黄真奇汾西矿业设备管理中心032000

摘要介绍了国内掘进机的现状，指出国产掘进机与国外掘进机的差

距，针对差距指出了我国掘进机的发展方向。

关键词掘进机现状发展

1．国产掘进机的发展

国外掘进机设备可分为2类:一类是欧洲国家普遍使用的悬臂式掘进设备,它适应范围广,但掘进、支护不能平行作业,掘进效率低;另一类是以美国和澳大利亚为代表的连续采煤机和掘锚机组,可实现煤巷的快速作业,掘进效率高。

而我国由于受综掘设备的限制,目前仍以悬臂式掘进机为主。我国掘进机的研究开发应用经历了2个阶段:

(1)由开始封闭式研制阶段走向引进消化式使用和研制阶段,这是一个认识上的飞跃,它使我国的掘进机使用和研制技术提高到一定的水平,避免了不少弯路,如AM-50、S100的引进。

(2)由国外机型移植仿制阶段向自立开创、系列设计发展的突破阶段,如EBJ-120TP、EBZ-132、EBZ160等中重型机型的成功研发,使我国掘进机研究制造水平和综掘机械化水平均迈上了新台阶，由此开始了我国掘进机研制技术的自主发展。

我国悬臂式掘进机的研究起步始于20世纪60年代，虽然起步较晚，发展相对缓慢，技术性、配套性较差，但综掘机械化在我国煤矿煤及半煤岩巷道的开拓中已得到了广泛的应用。通过“六五”、“七五”和“八五”的技术攻关，我国的掘进机已从轻型发展到中、重型、加重型，切割对象从煤拓展到岩石，掘进机的使用范围产生了质的变化。目前，我国悬臂式掘进机的总体水平已接近国外同类机型，但与国外相比仍有不少的差距。今后我国进行技术攻关的目标是研制高可靠性的加重型掘进机和研制具有独立知识产权的连续采煤机及掘锚机组，以使我国掘进机的研制水平迈上一个新台阶。

2．国产掘进机的现状

目前国内掘进机主要研究及制造单位有中煤科工集团山西天地煤机装备有限公司、佳木斯煤矿机械有限公司、三一重装、南京晨光集团有限公司、上海创力等。已经开发出了20多种型号的掘进机机型，截割功率在50～315kw之间，并已初步形成系列产品，基本满足了国内市场的需求，结束了我国煤矿掘进机一直依靠进口的局面，极大的提高了煤矿掘进机械化程度。同时，已有了必要的试验测试手段和基本技术标准，形成了一支有一定技术能力的研制队伍，积累了较为丰富的研制经验，为我国掘进机的发展奠定了扎实的基础。

2.1国内掘进机技术在如下几个方面有长足进步:

(1)适用范围在扩大。国产最早的掘进机只能切割煤层，适合用于煤层较厚的煤矿，目前的许多新机型都已经能够截割半煤岩及全岩巷道。

(2)掘进断面在增加。原先最初产品掘进断面仅为13m2，今天决大多数产品掘进断面都达到了20m2，还有的已经达到36m2甚至更大。

(3)截割能力在加强。初始产品经济截割硬度仅为f4，到目前最大功率掘进机截割硬度达到f13。

(4)截割速度可变。掘进机在截割半煤岩时，由于煤和岩的硬度相差较大，机器截割头以恒功率，恒转速由煤到岩截割时势必会给截齿带来巨大的反作用力，大大降低其使用寿命，近年来国内各主要掘进机生产厂家均使用了双速电机，因为电机使用两套独立的绕组，所以截割电机可以提供高、低不同的两种切割速度。低速时，输出转矩矩大，适合于硬岩切割；高速时，输出转矩矩小，适合于软岩及煤岩切割。两种切割方式可以根据实际情况方便切换，从而大大的提高了掘进机的切割效率。

(5)装载能力也在加强。机器截割能力再强，截割下来的煤运不出去，还是会严重影响煤矿生产效率。早先的掘进机装载机构一般采用电机通过锥齿轮减速器驱动耙爪，结构复杂、井下维护较困难。由于其经常在水及煤泥中工作，减速器内易受污染，造成轴承、密封及齿轮等的损坏。目前的装载形式都是两个低速大扭矩马达分别直接驱动两个三爪星轮转动，达到装煤的效果，省去了较为复杂的圆锥齿轮减速器传动机构，结构简单，工作稳定，可靠性高，减少了维护工作量。

(6)采用无支重轮履带行走机构和履带导向轮黄油缸张紧支承块锁定装置。早先的掘进机履带机构一般设有5～9个支重轮，由于其经常在煤泥中工作，支重轮的密封、轴承极度易损坏，造成其可靠性低、寿命短，维护不及时其易损坏、可靠性低。目前掘进机的履带行走机构取消了支重轮，履带机构工作时，张紧油缸处于泄压状态，避免了黄油缸在行走时承受过高压力，同时也改善了履带板的受力状况，提高了履带行走机构的可靠性。。

(7)可靠的液压系统。液压系统的特性使其在重型机械设备中得到广泛应用，但是液压系统对油质的高要求又成了制约其使用的瓶颈，因此保持油液的清洁是高效使用液压系统的前提。另外，过高的液压系统温度会使油液粘度的下降，使得液压系统内泄增大、溢流阀溢流量增大，导致液压执行机构动作缓慢、无力。持续的高油温甚至会使密封件提前老化，致使液压系统崩溃。液压油发热其热量来源主要是从溢流阀溢流产生的，目前的掘进机采用带负载敏感控制的变量泵，该泵会根据系统的反馈压力提供系统所需的液压油，即一条液压回路工作时需要多少油量，泵就供给它多少油量；与传统定量泵比较，极大大提高了油液使用效率，减少了系统溢流产生的热量，提高液压件的使用寿命和可靠程度。

(8)更好的人性化设计。当今煤矿企业对矿用设备的人性化要求越来越高。如控制操作使用液控换向阀极大的减轻了一线操作手的工作强度。在掘进机上搭载湿式除尘系统，改善工作面作业环境,除尘效率达90%以上，更好的保护了工人的身体健康。

(9)多功能性。如今的掘进机不但拥有的传统的掘进功能，更是增加的许多扩展功能，譬如多数掘进机预留了锚杆阀组件，提供了锚杆支护机的扩展功能。

(10)自控技术在提高。掘进机具备了遥控控制功能，使得无人操作成为可能；大量传感器的的使用，使设备具有故障自诊断功能，使故障诊断更加及时、准确。

2.2国内掘进机的不足：

综观我国掘进机发展水平与现状，与国外相比，还存在一定差距，主要表现有以下几点：

(1)掘进支护不能平行作业，并且支护时间是切割时间的2～3倍，掘进机开机率低，限制了进尺水平的提高。

(2)截齿经济截割能力小，损坏严重。①抗冲击性能低：a、合金刀头的性能差。由于国产合金中有石墨杂质，晶粒分布不均，部分合金中有裂纹，这是造成合金头崩裂的主要原因。b、钎焊残余应力大。由于合金头刀头与齿体材料的热膨胀系数相差较大，且冷却时的收缩差随钎温度的增大而增大。c、截齿齿体头部崩裂和偏磨使合金头失去保护支撑而崩裂。②耐磨性差：国产截齿合金一般含钴量偏高，组织不完整，密度低，硬度不高，致使合金头刀头耐磨性差。③掉合金头：主要原因是焊缝质量差。截齿的磨损如维护不到位直接倒至齿座磨损，变相的增加了维护修理费用。

(3)随着切割岩石硬度的提高，掘进机的喷雾除尘效果较差。虽然目前的掘进机都装有内、外喷雾系统，但效果并不明显，且易损坏，

(4)基础研究薄弱，设计理论落后，缺乏专门的计算机开发软件。

(5)受基础工业水平的制约，国产掘进机制造质量不稳定，元部件的可靠性还有待提高。

3．国产掘进机发展前景展望

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。其发展趋势有如下:

(1)适用范围不断扩大。随着科学技术的进步，掘进机的适用范围在不断扩大，除继续致力于完善截割煤的功效外，同时还努力提高有效截割岩石硬度的能力；掘进机的掘进断面也在逐步扩大，最大达到30～40m2；适应坡度达到16～18°。为了提高掘进机的适用范围和通用性，机器高度降到了1.5m左右，从而也提高了机器的截割稳定性；随着截割岩石硬度的提高，掘进机向大截割功率、重型、超重型方向发展。

(2)适应于截割硬岩的矮机身中型掘进机。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、贵州等地。因此,有一定的破岩能力,机身矮、功率大的机型会成为今后掘进机研究方向。

(3)工作可靠性不断提高。机器的可靠性是其进行高效作业的根本保证。因此，掘进机各部分的结构型式、传动方式、使用材质等都要建立在实践验证的基础上。现有机型的截割机构一直沿用电动机——减速器的传动方式，元件的选型遵循着择优的原则，机器加工多在专业厂家加工制造。

(4)机电一体化趋势明显。随着实用型新技术的发展，新型掘进机机电一体化趋势越来越明显。主要表现为：推进方向监控、切割电机功率自动调节、截割路径循环程控、离机遥控操作、切割断面轮廓尺寸监控及工况检测和故障诊断等。虽然还有部分技术尚需时间的考核，但掘进机机电一体化的发展趋势不会变。

(5)不断探索新的切割技术。目前还在不断地研究、试验新的切割技术，如高压水射流和冲击式切割技术等方面的研究。

(6)辅助功能多的机型。①在掘进机上搭载高效的湿式除尘系统或其它除尘方式。②掘进机具有锚杆支护机功能,完善该项技术,使掘进和支护能平行作业。

这些技术的成熟将极大得改善工人的工作环境，提高生产效率，降低工人劳动强度和保障工人生命安全，因此将成为衡量掘进机的重要因素。

4．国产掘进机在国内使用情况

近年来我国煤矿设备装备水平不断提高，极大的提升了煤矿井下从业人员的劳动安全系统和降低了劳动强度。

煤矿井下设备装备的提升直接表现在综掘、综掘设备的投入，逐步淘汰了落后了炮掘和炮采工艺。单从综掘方面说投入了不同型号掘进机，如最初的AM50、S100到现在EBJ-120TP，EBZ160、EBZ200、EBZ220、EBZ220G、EBZ260、EBZ315等，基本为国产掘进机，个别企业引入了进口掘进机。相比来说全国掘进机使用主要是国产的。

5.结语

掘进机的发展趋势是逐渐扩大其对岩石硬度和各种地质条件的适应能力，提高掘进效率，最终实现掘进作业的完全机械化、自动化和无人控制。随着科学技术的不断进步，围绕这些课题的研究将会越来越深入，难点将会逐渐解决，系统将会更为完善，新的掘进理念和新的机型也将会不断出现。