谈部分断面巷道掘进机工作原理与方式

罗孝书

【摘要】由于部分断面掘进机具有生产效率高、掘进速度快、适应性强、调动灵活等优点，目前巳成为各主要产煤国家不可缺少的生产设备，发展很快。我国也有了多种定型产品，掘进机的使用数量也在逐年增多。

【关键词】采煤部分断面巷道掘进机原理方式

所谓部分断面巷道掘进机，是指其工作机构仅能同时截割工作面煤岩断面的一部分。为了截割破落整个工作面的煤岩.必须平行于工作面连续移动其工作机构进行多次切割，才能最后形成要求的巷道断面尺寸。由于部分断面掘进机具有生产效率高、掘进速度快、适应性强、调动灵活等优点，目前巳成为各主要产煤国家不可缺少的生产设备，发展很快。我国也有了多种定型产品，掘进机的使用数量也在逐年增多。

一、部分断面巷道掘进机结构分析

部分断面巷道掘进机一般均由工作机构、装载和转运机构、行走机构，以及液压系统、電气系统、喷雾灭尘系统组成。下面对部分断面掘进机的各主要组成部分的结构作一简要分析。

1.工作机构

部分断面巷道掘进机均采用悬臂式工作机构，即在机器前端伸出的悬臂上装截割头，悬臂可沿工作面的水平或垂直方向作左、右或上、下摆动。这种方式的主要优点是，对复杂的矿山地质条件适应性较好，对掘进巷道的形状一般无限制，结构较简单。由于悬臂式工作机构的外形尺寸比掘进断面小，因此便于维修和更换截齿，也便于及时支护巷道。但由于悬臂较长，工作时易引起机器振动，影响机器的稳定性。

截割头相对悬臂的布置方式，可以分为纵轴式和横轴式两种。

横轴式的截割头旋转轴线与悬臂轴线互相垂直。在工作时截齿的截割方向比较合理，碎落煤岩比较省力，排出切屑也比较方便。横轴式截割头在工作中的截割阻力被机体自重所吸收.因此与纵轴式掘进机相比，在同样功率的条件下，横轴式掘进机的重量要轻三分之一左右。但横轴式工作机构在切进工作面时必须左、右移动，向上或向下截割时，也必须辅以左、右移动，才能使悬臂上不装截齿的断面不接触工作面，所以不如纵轴式工作机构使用方便。

为了充分利用悬臂长度，掘进机工作机构减速器一般均为工作悬臂的一部分，且有多种传动方式。如ELMB型掘进机采用两级2K—H行星齿轮减速器，这种方式具有结构紧凑、重量较轻、传动功率和速比大、效率高的优点，所以在纵轴式掘进机工作机构中应用较多。但是行星齿轮传动的制造和装配要求比圆柱齿轮传动高得多，若需要变速还需要另外增设变速箱。

AM一50型掘进机的工作悬臂不能伸縮，因此在掘进机开始工作时，需借助履带行走机构的推进力切入煤壁。虽然其优点是机器结构比较简单，但工作时履带机构进退频繁，加剧磨损，操作不便，而且不能利用截割头开挖水沟和柱窝，因此，部分断面掘进机大都采用可伸縮的悬臂式工作机构。机器工作时，截割头借助悬臂的伸縮切入煤壁，而不需开动履带行走机构。

掘进机的截割头与采煤机滚筒的区别是，掘进机截割头在工作时有旋转、纵向进给和横向进给三种运动，因此，截割头的形状和截齿的布置要同时从旋转一纵向进给、旋转一横向进给两个方向综合考虑。

纵轴式掘进机的截割头一般为截顶圆锥状，这样能保证截割出来的顶、底板比较平整，截割头由锥体、齿座、锥形截齿和中心钻等组成。齿座成螺旋线焊接在锥体上，共装有30个截齿。中心钻用来超前钻孔，为锥形截齿开出自由面，以利截割。截割头上还布置有19个用于内喷雾灭尘的喷嘴。横轴式掘进机的截割头多采用两个对称的半球状滚筒，如AM—50型掘进机的截割头。

截割头上的截齿有扁形截齿和锥形截齿两种。在煤巷中一般两种都可使用，在半煤岩巷道中一般采用扁形截齿。

2.装载与转运机构

部分断面巷道掘进机上用得最普通的装载机构是扒爪机构。这种机构工作可靠，装载效果好。但因掘进机工作时履带一般不能随意开动，所以装载面宽度受到限制。为了扩大装载面宽度，某些掘进机的装载铲板可水平摆动，但这又使机器结构变得复杂。

EM1—30型等掘进机采用双环形刮板链装载机构。它是用两个较短的环形刮板链2按图示方向运行，把铲板上的煤岩装入中间刮板输送机上的。由于两个环形刮板链的导向架可以绕各自的链轮轴摆动，因此装载面宽度可以调节。但是装载面宽度不能超出铲板宽度，所以调节的范围是有限的。这种机构比扒爪机构复杂，装载效果较差。是一种刮板式装载机构，按刮板链图示方向运行，把铲板上的煤岩送入刮板输送机。

部分断面巷道掘进机一般有两级转载机，即中间刮板输送机和胶带装载机。如ELMB型掘进机的装运机构传动系统，由安装在中间刮板输送机机头处的两台液压马达驱动刮板链，通过机尾从动轴将动力传给扒爪装载机构。这种传动方式可以不在装载铲板下面安装动力装置，设计和使用都比较方便，但刮板链受力较大。

掘进机的第二级转载机一般采用带式输送机，其作用是将中间刮板输送机运出的煤岩转运至掘进机的后配套运输设备中去。为了卸载方便，胶带转载机卸载端一般可水平摆动和垂直升降。胶带转载机的传动方式一般有三种形式：第一种如ELMB型掘进机，由两台摆线液压马达直接驱动主动滚筒；第二种如AM一50型掘进机，由电动机经减速器驱动主动滚筒；第三种如EM1A—30型掘进机，采用电动滚筒，即将电动机和减速器装在主动滚筒内，结构比较紧凑。

3.行走机构

部分断面巷道掘进机一般采用履带行走机构，这是因为履带行走机构具有牵引能力大、机动性好、工作可靠和对底板适应性好等优点。履带行走机构不仅是驱动掘进机行走的工作装置，又是整台掘进机各部件的连接、支撑基础。为使掘进机调动灵活，两条履带大都采用分别驱动的传动方式。

ELMB型掘进机采用两台内曲线低速大转矩液压马达分别直接驱动两条履带的主动链轮，此种履带行走机构最为简单。

4.液压系统

除工作机构外，装运机构、履带行走机构、胶带转载机也可以采用泵一马达系统来驱动。这种驱动方式的特点是结构紧凑、操纵方便、调速性能和过载保护性能都较好。由于工作机构要求有较大的过载能力，而液压马达对冲击载荷和短时过载的适应性较差，故一般掘进机的工作机构都采用电动机单独驱动方式。现以ELMB型掘进机为例，说明掘进机液压系统的工作原理。

ELMB型掘进机除工作机构外，其余各部分的动作均采用液压传动。

整个液压系统中各回路的压力值可通过耐振压力表观察。压力表由压力表开关阀控制。若需观察某回路压力时，可操纵压力表开关旋钮至指定回路刻度，再从压力表上读数即可。一般情况下，压力表开关阀处于闭合位置，压力表针指向零。

为使机器空载调动时提高行走速度，回路II和III采用合流裝置，可通过一个二位三通转阀，将回路II的流量合并到回路II中去，此时回路II流量增加，行走速度由2.86m/min提高到5.04m/min，回路Ⅲ此时停止工作。

5.除尘装置

巷道掘进机由于连续地截割煤岩，工作面粉尘很大，单靠通风不能将空气中含尘量降到标准范围以下。煤岩粉尘不仅危害人身健康，甚至无法进行生产，而且粉尘还是井下煤尘爆炸的根源。随着煤巷、半煤岩巷掘进机的日益发展，掘进工作面的除尘问题也越来越突出。

目前，部分断面巷道掘进机均设置有外喷雾或内、外喷雾结合的喷雾灭尘系统。如ELMB型掘进机内、外喷雾灭尘系统，包括有内喷雾、外喷雾和冷却一引射喷雾三部分。其供水装置为PB80/55型喷雾水泵，流量为80L/min，最高压力为5.5MPa。

引射喷雾器由喷嘴、引射风筒、导水芯子等组成。当压力水从装有螺旋导水芯的喷嘴中高速喷出时，引射风筒的后部形成一个负压区，风筒后部周围空气被吸入并形成风流。风流在经过引射风筒的直线段喉管时.速度达到最大，并随水雾一起喷射到前方，喷出的水雾呈圆锥状。引射喷雾器安装在主机前部导轨两侧，喷雾口径2.5mm加，工作压力≤1MPa。

外喷雾装置的喷嘴安装在掘进机工作臂上，按不同的喷射角度在固定架上布置了8个引射喷嘴。喷出的水雾扩散后包络截割头使截割过程中产生的粉尘遇水雾湿润后沉降。

内喷雾装置的19个喷嘴布置在截割头上，压力水经喷嘴向截齿切割点喷雾。截割头截割9煤岩时，喷嘴也随之旋转并伸人煤岩，可实现湿式截割，这样不仅可减少粉尘，同时还可对截齿起到冷却的作用，抑制截齿摩擦可能产生的火花，延长截齿的寿命。

喷雾灭尘装置虽可在一定程度上降低粉尘含量，但由于喷嘴在截割工程中易堵塞，易损坏，因而使降尘效果不好，不能保证应有的空气净化程度。为了提高降尘的效果，国外一些掘进机除采用喷雾灭尘外，还采用各种集尘器除尘，其工作原理主要是利用风机，使集尘器内产生负压，将工作面含尘空气吸人集尘器，然后采用湿式或干式方法分离粉尘，最后将净化过的空气排入巷道中.集尘器的除尘效果比较好，但体积较大，功率消耗大.噪声也大。在所掘巷道断面较小时，使用很不方便，故目前我国还很少使用。