李忠贞

摘 要：随着煤炭开采机械化的大力发展，掘进机已成为开采的主力，掘进机工作时的性能决定了其开采效率。文章从掘进机的自身性能、外界地质因素以及工作环境三大方面对掘进机性能的影响进行了详细的分析，能够为掘进机在应用过程中的完善及改进提供一些参考。

关键词：掘进机；挖掘性能；影响因素

1 前言

随着我国煤炭需求量的增大，传统的人工开挖方式不仅安全难以保证，产煤量也难以满足要求，煤炭生产机械化已经越来越受到广泛的重视。掘进机从上世纪五十年代出现以来，以其灵活、高效的优点在煤炭开采领域迅速得到广泛推广应用，机械化水平的提高煤炭高产、高效的主要因素集中在掘进速度的提高上，这就对掘进机的性能提出了较高的要求，因此，为了提高掘进机的性能，应该对影响掘进性能的主要因素进行详细分析，从而抓住主要问题进行改进，提高掘进机的采煤效率。

2 掘进机简介

掘进机主要分为全断面掘进机和部分断面掘进机两种，全断面掘进机主要用于水工隧洞，部分断面掘进机则主要用于矿业、煤炭的生产行业。目前国外的掘进机型式已逐渐趋于多样化，新型的掘进机已经配备了完善的工况监测和故障监测系统，大大减少了停机的时间。

悬臂式掘进机是部分断面掘进机的主要机型，我国于20世纪80年代中期开始批量生产，目前是我国煤矿井下巷道施工的主要机械设备，按照其工作结构破落煤岩的方式不同可分为纵轴式掘进机和横轴式掘进机两种。

3 影响掘进机性能的主要因素

任何机械使用过程中的影响因素均可以分为内在因素和外在因素两个方面，对于煤炭掘进机其内在因素主要是指挖掘机的参数以及其相应设备的协调程度，外界因素主要包括两个方面，一方面是指地质条件、岩石特性等，另一方面是指工作环境、工作过程等，下面主要从以上三个方面进行详细分析。

3.1 掘进机自身性能

3.1.1 整体操作稳定性。掘进机的工作效率、工作的安全性等均受到其操作稳定性的影响。通过研究分析可知纵轴掘进机如果要达到与横轴掘进机相同的稳定性需要增重20%左右[1]。由于重量分布不均等因素的影响，使得掘进机在工作时会发生侧翻、后翻以及履带打滑等失稳现象，提高掘进机的重量能够有效降低上述失稳现象的发生，但会出现在低洼地段掘进机下沉的问题，同时也会提高相应的设备制造成本，因此，应综合考虑造价及工程地质条件等，提高掘进机的整体稳定性，对于提高掘进机的工作效率，保证其正常运行具有重要意义。

3.1.2 掘进机的功率。在同等条件下，掘进机的功率越大，其截割性能就越好，截割速度也越快。目前我国使用的大部分掘进机的功率一般不超过160kw，功率偏小，不利于提高作业效率，而一些制造也较为发达的国家例如德国等，掘进机的功率普遍能够达到200～300kw，目前最高的掘进机功率为500kw，大大提高了掘进机的工作性能。目前，我国三一重型装备有限公司在大功率掘进机的研制方面以取得突破性进展，其生产的大功率掘进机部分性能已经能够达到国外产品的同类水平，从目前来看，今后掘进机的发展趋势应主要以大功率的掘进机为主，也将成为矿山掘进机的主力机型[2]。

3.1.3 截齿及截割头。截齿是掘进机的重要组成部分，掘进机的性能受其材料、工艺以及强度等影响较大。目前国产截齿材料多采用硬质合金，提高截齿的硬度、耐冲击性以及抗磨性从而使得掘进机能够适应更为复杂的工作条件。同时，好的截齿及截割头排列方式和分布也对掘进性能有一定的影响，通过改变截割头的形状和截齿的排列分布，可以有效的改善其受力性态，进而减小对截齿的摩擦，降低掘进机工作时的振动，有效降低对截割头叶片和头体的磨损，提高了截割头的长期稳定性，进而延长了掘进机的使用寿命，增加了企业的经济效益。在截割头其他参数不改变的条件下，可以仅通过对截齿排列参数的优化，来降低截割头的荷载波动频率，可以达到较好的效果，提高了掘进机工作时的可靠性。

3.1.4 装载机构。装载机构是掘进机的重要组成机构之一，其作用主要是将截割机破落下来的煤块收集、耙装至输送机上，从而通过运输机将煤炭输送出去。因此，装载机的装载能力大小就决定了掘进机整体的开采效率，而装载能力的大小主要取决于装载机构参数的选择，影响装载能力的因素较多，例如当星轮的转速较大，而与输送机的链速匹配不好时，就会造成耙送的煤无法及时运走，造成堆积，反之则会降低工作效率。因此，应不断的改进和完善掘进机的装载机构，使之和参数相匹配，提高掘进机整体的输煤能力。

3.1.5 其他因素。掘进机属于大型的智能化机械设备，其组成系统相对其他机械设备要复杂的多，因此影响其性能的因素还有许多，如掘进机的控制系统、供水系统、液压系统以及行走系统等，任何一个系统出现问题都会对掘进机的整体性产生影响。工程实践也表明，这些系统性能的稳定、持久及安全可靠，为掘进机的长期无故障运行提供了重要的保障。

3.2 外界地质因素的影响

3.2.1 岩石强度。岩石的强度对于掘进机的工作效率具有显著的影响，在其他条件相同的情况下，岩石抗压强度越大，截割阻力越大，使得其工作效率越低。从已有的研究成果可知，岩石抗压强度越大，截齿消耗量越多。而岩石强度太小时，无法完全保证提高截割效率，因为当岩石强度太低时容易形成泥浆等浆体现象，粘结于输送机上，过多时要停机清理，降低了挖掘效率，不利于煤料的运输。因此在掘进过程中应时刻监测前方可能出现的不同岩石情况，随时调整掘进机的供水系统和其他参数，或者对掘进工艺进行改进，保证掘进机的顺利进行。

3.2.2 岩层倾角。岩层的倾角对于掘进机的掘进速率也有一定影响，当前方岩体存在一定的岩层倾角时，岩体更易于破损，相比于不存在倾角的岩体，其切削速率提高了20%左右。

3.3 工作环境影响

3.3.1 巷道倾角。当开挖的巷道具有一定的倾角时，开挖过程中能够较好的利用煤炭的自身重力作用，一方面便于截割后的装载，另一方面也避免了煤块在截割头和工作面上的循环滞留，增强了掘进机的工作效率。

3.3.2 掘进工艺。在掘进机工作过程中，掘进工艺的选择也较为重要。其中，刀具走向、截割顺序等均会对开挖产生较大影响。应在开挖过程中，根据开挖岩石裂隙分布及节理走向地质条件合理的布置刀具路线，制定适合的截割深度，确保掘进工作的高效进行。

3.3.3 辅助工具及运输。目前，巷道开挖中支护的速度也是制约掘进机开挖效率的主要因素之一，掘进工作进行时往往先掘进一定距离后，等待支护系统进行支护作业，因此，日进尺的多少往往由支护系统的作业效率决定。在开挖过程中如能够实现支护与掘进平行作业，则能够大大提高掘进效率。同时，矿井的运输能力也是制约挖掘效率的一个主要因素，有一些矿井由于运输能力不足，常需要掘进机停下来等待运输物料完成后再进行掘进作业，这都严重影响了掘进工作的正常进行，应当提前制定合理的支护及运输计划，降低辅助工作对正常掘进工作的影响。

4 结束语

掘进机是一种大型的机械设备，其应用过程中设计到岩土、机械、电子、液压等多方面的学科知识，本文从掘进机的内部因素-掘进机的自身性能，包括整机操作的稳定性、掘进机的功率、截齿及截割头、装载机构及其他因素，以及外部因素-地质因素，主要指岩石的强度及倾角，工作环境包括巷道倾角、掘进工艺和辅助工具及运输三大方面对影响掘进机的性能的因素进行了详细的分析，希望能够对掘进机在煤炭开挖过程中的应用起到一定的参考作用。

参考文献

[1]王寅仓，丁原廉.采掘机械[M].北京：煤炭工业出版社，2004.

[2]李中才，孙玉峰.影响掘进机性能的主要因素分析[J].露天采矿技术，2006，（3）：34-35.