沖擊地壓條件下掘進機研究方法

❶ 沖擊地壓預報及防治

沖擊地壓是井工方式采礦誘發的一種特殊動力工程地質現象，它是由於開采活動破壞了原岩應力狀態，導致圍岩應力高度集中，礦層及圍岩產生急劇變形，當其單位面積上壓力增加到引起變形率超過礦層及圍岩塑性變形最大可能速率時，礦層及其圍岩中積蓄的彈性能突然釋放，礦層及圍岩產生大位移和破壞，伴隨發生震動（礦震）、沖擊波、破裂聲響等動力工程地質現象，這種動力工程地質現象在金屬礦山及非金屬礦山都有所見，而以煤炭礦山尤為突出。因此，下面以煤炭礦山為對象，對這一問題展開討論。

對煤炭礦山來說，從20世紀30年代以來，先後在我國撫順、開灤、棗庄、北票、門頭溝、南桐等煤礦開始陸續發生沖擊地壓。這是煤礦井工開采深度加大伴隨發生的一種工程地質災害現象。而且隨著采深不斷增加，沖擊地壓產生的次數日益增多，成災強度日益猛烈，危害程度愈益嚴重。京西煤礦的門頭溝礦1947年開始發生沖擊地壓，據統計，該礦自1976年9月到1980年底，由月平均53次增加到498次，其中產生礦震里氏震級2.2級以上的由月平均24.2次增加到83.9次，由此可見問題之嚴重，這是必須及早重視的一個礦山地質工程問題。

1.沖擊地壓產生地點及深度

沖擊地壓既發生在回採工作面，也發生在掘進工作面。如撫順煤礦井工開采多數發生在回採工作面，天池煤礦則多發生在掘進工作面。這種現象既發生在煤層頂板，也發生在煤層底板；在掘進工作面也有發生在巷道兩幫，但多數是發生在煤層內。

沖擊地壓與採掘深度關系極大，如棗庄八一礦井開采深度140m時，沖擊地壓發生不明顯；采深達185m，煤巷掘進時，出現少量沖擊地壓；當采深達370m時，沖擊地壓明顯地增加；而采深達500m時，沖擊地壓顯現十分劇烈。大量事實表明，沖擊地壓發生存在有一個臨界深度。上述的棗庄礦為185m，撫順煤礦為280m，天池煤礦為240m，門頭溝煤礦為240m，開灤煤礦和唐山煤礦為500m，大同煤礦忻州窯礦為236～270m，南桐煤礦的硯石台礦采深－160m時才出現，顯然，沖擊地壓發生系與地應力水平及煤層和圍岩強度有關。

2.沖擊地壓預報

沖擊地壓的發生是有規律的，其形成過程主要表現為應力積累、積蓄的能量突然釋放，關鍵是受作用力和煤體（岩體）變形破壞規律控制的。沖擊地壓顯現規律可以幫助我們認識這個問題。已出現的沖擊地壓的顯現特徵有兩類：其一為頂、底板彎折，伴隨著炸幫；另一類為巷道片幫、煤爆、岩爆。而一般在一個礦區同一個採掘水平上顯現的方式類同。如大同煤礦忻州窯礦採掘進入二水平，開采9#、10#，11#煤時，都產生過沖擊地壓，其顯現方式大體相同，是以頂、底板折斷，伴隨著炸幫的形式發生。著者認為，這一現象與該地區地應力特徵有關。據著者實測，大同煤礦雲崗礦的地應力測量測得的水平應力分量約為垂直分量的兩倍。顯然，破壞理應先在頂、底板發生，繼而誘發兩幫炸裂，這是符合實際的。其發生形式為能量積累和釋放。20世紀60年代以來，許多研究沖擊地壓的學者認為，應將煤層—圍岩，即頂板岩層—煤層—底板岩層視為統一的承載體系，如果該承載體系的力學平衡狀態遭到破壞時，則突然釋放出大量的彈性能量，如果該彈性能遠遠大於該體系本身的彈性能時，就會發生沖擊地壓。承載系統越脆，變形消耗的能量愈小，釋放的彈性能愈大、愈快，發生沖擊地壓的可能性愈大。目前採用釋放彈性能與耗損能量比K_E和總變形的能量比K_W作為預測產生沖擊地壓可能性指標。一般認為，K_E≥6和K _W≥0.7時有發生沖擊地壓危險，生產中必須採取防治措施。

K_E及K_W系根據煤及圍岩應力應變曲線特徵來定。（圖13-1）。煤或圍岩載入-卸載釋放彈性能與系統內保存的彈性能分別為S₄ 及S₃。為取得K_E及K_W值一般採用單軸壓循環載入方式做應力應變曲線，取單軸壓應力水平相當於破壞應力的80%左右的變形曲線來定，如圖13-1中△OAH為可釋放的彈性能S₄，而△ABH為耗損的變形能S₃。

圖13-1 材料應力應變曲線特徵

地質工程學原理

地質工程學原理

地質工程學原理

地質工程學原理

著者認為，上面的判據僅表明發生沖擊地壓的可能條件之一，而不是充分條件。另一個條件是：承載系統內煤層和頂、底板發生破壞條件，即：

（1）如由材料強度不足而引起沖擊地壓時，其判據為

地質工程學原理

式中：σ_c為材料單軸壓破壞強度；σ_t 為巷道或采場周邊的最大切向力；η為穩定性系數，η＜1時，將發生破壞。

（2）承載系統為板裂結構岩體時，其破壞判據為

地質工程學原理

式中：P為作用於板裂體上的有效力；P_cr為板裂體潰曲破壞臨界載荷：

地質工程學原理

當η＜1時，有產生破壞的條件，能量判據K_E，K_W加上破壞判據才是預報沖擊地壓的充分條件，為此，在預報沖擊地壓時，必須取得岩石力學性質參數E、μ、σ_c及地應力資料。

3.沖擊地壓防治

根據上面的分析，產生沖擊地壓實際上有地應力和煤及圍岩力學性質兩個條件。為了消除第一個條件，一方面從巷道布置、巷道斷面選型著手，盡量消除巷道周邊產生大的切向應力的可能；另一方面，採用適當的岩體改造措施，減小煤和圍岩內的應力差σ_t-σ_r。為了實現第二個條件，應採取適當的岩體改造措施降低煤和圍岩材料的剛度或提高其強度。為了降低材料的剛度可採用注水技術使系統內材料軟化或採用高壓水劈裂的方法降低系統的剛度；為了提高材料強度可採用灌漿或預應力錨索方法加固。究竟採用哪種處理技術要由施工技術可能和經濟比較來定，如果材料脆性度很高，掘進後就可能產生沖擊地壓，沒有時間來做支護和錨固，顯然支護和錨固方案是不可行的，那就必須採取降低系統剛度的預處理措施來防治沖擊地壓的發生。

❷ 淺談如何實現煤巷的快速掘進

朱偉（淮南礦務局張集礦）
摘要：煤巷快速掘進技術是通過實現綜掘工藝中掘、支、運三大工序的掘錨一體化、支護合理化、裝運機械化及其之間的優化配置，從而最大限度提高單進水平和勞動效率，改善安全環境和工程質量，降低巷道成本的實用技術。本文對煤巷快速掘進技術的實現進行研究分析。
關鍵詞：煤巷 快速掘進 綜掘機械化引言隨著煤炭行業發展形勢的不斷好轉，煤礦企業效益不斷提高，很多企業為了追求效益，大力重視採煤而輕視掘進，從而出現煤礦企業採掘不相平衡，嚴重影響了煤礦企業經濟效益的提高，這時，掘進的重要性就很明顯的表現出來，於是，快速掘進技術也隨之被提出，確保煤礦企業的可持續發展。
1 煤巷快速掘進的技術措施
1.1 選用性能優良的掘進機 在快速掘進技術的實施中，掘進機在其中擔當重要的角色，是實現煤巷快速掘進的關鍵設備，煤礦巷道的掘進效率以及煤礦生產的經濟效益在很大程度上依賴於掘進的工作的好壞，在選擇掘進機時，必須考慮現場的施工條件及周圍環境的影響，在井下，煤岩及部分礦物是掘進機的主要工作對象，其工作振動及沖擊都很大，再加上煤巷掘進施工中的環境極其惡劣，因此就要求掘進設備在適應工作環境的前提下，必須能夠夠保持長時間不間斷工作；掘進機在液壓、電氣、元件的選用上，要嚴格進行分析適用性，然後再篩選，在產品質量這一關，必選要嚴格把好，以避免不必要的誤選而影響掘進機的工作性能，對於其中一些比較關鍵的原件，盡量選用國外先進技術設備，這樣可以很好的保證其工作性能和使用壽命；在齒輪傳動裝置及機械連接裝置方面，盡量採用獨立零部件或組件，避免使用串聯結構系統，在有條件的地方以嵌裝式結構代替螺栓組結構，採用模塊組裝方式，這樣可以大幅度簡化機械結構，可以很好的進行拆裝檢修工作，同時可以提高設備使用的可靠性，從而保證機器具有較好的穩定性，達到掘進效率高，操作、維護、維修簡便，運行安全可靠的目的。
1.2 提高機電一體化應用程度 機電一體化在快速掘進中的應用必須得到保證，首先，掘進機操作要方便，即要實現自動控制，包括推進方向監控、切割電機功率自控調節、切割斷面輪廓尺寸監控等；另外，對掘進機進行必要的工況監測，並具有很好的自我故障診斷性能，包括供電電壓測控、電機負荷和溫度、液壓系統油壓、油溫及污染等監測；通過現代測控技術的應用，對掘進機的工況進行實時監測和故障診斷，確保不機器正常穩定的工作，實現快速掘進機電一體化，這樣可以大大提高掘進機的工作性能，同時有利於改進和完善煤巷快速掘進技術。
1.3 提高設備綜合配套能力 在煤巷快速掘進過程中，常常因為煤巷掘進效率低以及機械發揮作用不充分而影響煤礦生產，對煤礦經濟效益的提高有一定的阻礙，就其原因分析，在很大程度上與設備綜合配套能力有很大的關系，因為在巷道掘進系統中，主要配套環節非常多，因此，要提高煤巷掘進效率、充分發揮機械化作用，設備綜合配套能力的地位就不容忽視，特別是在支護和運輸環節上，因為這兩個環節是快速掘進中很關鍵的環節，其佔用的時間較多，解決好這兩個關鍵環節對綜掘設備的潛力發揮有很大的推動作用。在巷道支護方面，對支護的時間控制非常重要，根據巷道地質條件，應盡量採用錨桿支護，這樣可以很好的保證巷道支護效果，且勞動強度低，提高掘進效率；在快速掘進施工時，應盡量採用機載錨桿鑽機打孔和安裝錨桿，改變掘進機割煤與錨桿鑽孔安裝不平衡的現象。期刊文章分類查詢,盡在期刊圖書館在運輸方面，盡量採用錨桿支護，避免使用金屬棚支護，這樣可以減少材料運輸工作量，並且改進輔助運輸方式，提高運輸轉載效率。
1.4 掘錨一體化技術的應用 如果單獨採用掘進機掘進、單體錨桿機鑽裝錨桿這種掘進方式，在實踐過程中，很多時候並不能滿足快速掘進的需要，在快速掘進技術實施中，盡量實現掘進與支護平行作業，這樣才能保證快速掘進，因此，掘錨機組也隨之問世，這就很好地實現了掘進和支護平行作業。在現代化的大型高產高效礦井中，它是一種理想的快速掘進設備。
1.5 盡量推廣連續採煤機的應用 連續採煤機是現代化的掘進設備，實踐證明，將連續採煤機和錨桿支護配合使用，其掘進效率有很大的提高，它是目前實現「雙高」巷道快速掘進工作面非常成功的配套技術，因此，在條件允許的情況下，應盡量對連續採煤機的採用進行推廣。
2 煤巷快速掘進的管理措施
2.1 現場生產管理 在對現場進行生產管理時，管理人員要合理的組織培訓，確保員工能夠認真執行作業規程，嚴格按作業規程中規定各工種工序作業，保證實現正規循環；實行定崗、定位工作制，使任務到組，固定崗位，責任到人，明確到一定的時間內使用固定的設備或工具，在各自的崗位上完成應完成的既定任務。
2.2 組織綜合施工隊 組織綜合施工隊，將掘進、支護、運輸、機電等人員有條理地組織在一個隊內，施工時對其統一指揮，並使各組、各工序之間能有機地配合，一旦出現施工事故影響施工時，可統一調度，有效地縮短事故影響時間，以保證平行作業各工種之間的配合協作。
2.3 加強出勤管理 在快速掘進作業時，人員的出勤也是很重要的一部分，人力在快速掘進中是第一位的，掘進效率的提高在很大程度上還要靠人員的作業效率，如果出現工作人員不足，其中的一些工序完成情況將會受到很大的影響，甚至造成各工序的吊鏈和紊亂，正規循環遭到破壞，因此，在對快速掘進中的出勤管理環節上必須做好工作，一方面抓出勤管理，另一方面提高勞動生產效率，同時注重培訓，提高工人勞動技術素質，以適應機械化發展的需要。
3 結束語實踐證明，在煤巷快速掘進過程中，綜合機械化掘進技術有著不可替代的作用，一方面，它對煤巷綜掘機械化水平的提高有了很大的促進作用，推動煤巷快速掘進技術的快速發展，同時，綜合機械化快速掘進施工技術的推廣應用，提高了掘進效率和施工質量，隨著快速掘進技術的不斷更新發展，煤礦企業還應不斷提高自身的煤巷快速掘進水平，從而為煤礦企業取得更高的經濟效益和社會效益，以促進「雙高」煤礦的快速發展。
[2]徐永圻.煤礦開采學[M].徐州:中國礦業大學出版社.1999.

❸ 煤爆———沖擊地壓機理的研究現狀

沖擊地壓是指在集中應力作用下，煤岩體內集聚的彈性應變能在一定條件下突然釋放，使煤岩體發生急劇破壞並向採掘空間拋出的一種動力現象。根據沖擊地壓的大量實例說明，沖擊地壓是煤岩突然破壞而產生的現象。煤炭部門習慣上所指的是，在采動影響下，煤岩突然破壞圍岩發生震動拋出的現象。是頂板、煤岩、底板相互作用所致。頂板參與沖擊地壓的特點是震級大、破壞力大，對煤礦生產與安全構成嚴重威脅。我國煤礦發生沖擊地壓的條件極為復雜，形成沖擊地壓的強度、頻度、災害程度等差別很大，故在形成機理的理論認知方面亦不斷發展，主要可歸結為強度理論、能量理論、剛度理論、沖擊傾向理論與沖擊地壓失穩理論等。

6.1.2.1 強度理論判據

根據沖擊地壓發生的實際情況觀測，直觀經驗地認為，沖擊地壓是與煤層突然破裂有關的現象，是應力達到煤岩的極限強度所發生的突然破壞，並以此作為判別沖擊地壓發生與否的准則。事實上，採煤工作面，掘進工作面的周邊應力，經常處於煤岩體極限強度後的變形狀態，而發生沖擊地壓的只是極少數，說明其為影響因素，但不屬主控因素，僅以煤岩強度理論作判據是不充分的。

6.1.2.2 能量理論判據

20世紀60年代中期，庫克等人總結了南非15年來沖擊地壓研究與防治的經驗基礎上，提出能量理論。提出礦體圍岩系統的力學平衡狀態破壞時，若其釋放能量大於消耗的能量時，則發生沖擊地壓。考慮到圍岩、礦體相互作用對沖擊地壓產生的影響。從能量守恆定律出發，以解析式表達能量平衡方程，解釋沖擊地壓的能源問題。目前比較完善的能量判據公式是布霍依諾、布格爾特和里波溫所提出，即

反應力應變岩石力學在工程中應用

式中:W_R為圍岩所釋放的能量;α為圍岩能量釋放有效系數;W_E為煤岩所釋放的能量;λ為煤岩能量釋放的有效系數;W_d為煤岩破壞時消耗於煤岩與圍岩交界處所受阻力應於克服的能量。大於1則產生礦山沖擊。

從宏觀地質背景與態勢特徵，釐清區內應力情況與二次應力場展布特性，正確率定W_R與W_d值，考慮空間效應，可作出較好貢獻。

6.1.2.3 剛度理論

剛度理論淵源於剛性壓力機，將礦柱與圍岩的關系比擬為試樣與試驗機的關系。將煤岩試樣在極限強度後所發生突然破壞的剛度條件作為礦柱發生沖擊地壓的條件。20世紀70年代，布萊克將此理論完善化，用於分析美國加利納礦的沖擊地壓問題，將礦體與圍岩視為剛度不同的兩個介質，認為礦柱剛度大於圍岩剛度是發生沖擊地壓的必要條件。我國有的科研人員，根據剛性試驗機原理，提出剛度沖擊性指標K_CF=K_m/│K_S│<1時有礦山沖擊地壓危險。判別式中，K_m是極限強度前的剛度為正向增加的正值，K_S是超過極限以後的負向衰減值，是負值。在卸荷條件、應力應變曲線在峰值後的應力降至一定量值時，會產生沖擊地壓。但這僅是點的剛度進行比較，未考慮點鄰域的有關狀態，故只能作為必要條件，還缺乏作為判斷的充分條件。

6.1.2.4 沖擊傾向度

沖擊地壓的介質都具有一些特殊的物理力學性質，因而可以用一種或一組指標來衡量煤岩介質產生沖擊或破壞的潛在能力。沖擊傾向度由許多參數量度，主要有彈性變形能指數、脆性指數、脆性破壞系數、有效沖擊能指數、極限能量比、極限剛度比、破壞速度指數、應力應變時間特性指數，最大塑性變形速度等。用這些參數將不同煤層的煤進行比較判別，就能事先大致估計煤層發生沖擊地壓的危險程度。產生沖擊地壓的沖擊傾向條件是:煤體的實際沖擊傾向度大於所規定的極限值。這種理論在波蘭煤礦部門很盛行。僅依靠對煤岩的物理力學性來判定能否發生沖擊性地壓是不完善的，難獲預期效果，因地質背景的態勢特徵與開采條件具很大影響。以不同觀點建立的判據准則加以簡單組合，無共同物理基礎，缺乏內在聯系。

6.1.2.5 沖擊地壓失穩理論

煤層開采前，煤層及頂底岩層處於平衡狀態，開采打破了原有平衡建立新的平衡，如狀態過渡是連續平衡的，屬穩定狀態，不會產生沖擊地壓，當影響從平衡狀態突然躍進變為新的平衡狀態時，有可能產生沖擊地壓。如躍變為新的平衡狀態時勢能較大，成為非穩定時，微小擾動將使系統平衡狀態產生突然躍變，發生沖擊地壓。用勢能原理判別系統平衡狀態穩定性情況，是判別沖擊地壓發生的必要條件，以能量准則判別動力過程穩定性情況，是沖擊地壓發生的充分條件。失穩理論形式上與組合理論相似，包含了所有理論，具有共同物理基礎的合理部分，如在動力過程的失穩判據，就是能量理論所提出的判據，但作了限定性補充，提出只有當系統平衡狀態是非穩定時，外界微小擾動才會發生動力失穩過程。

沖擊地壓與所處地質背景及態勢特徵密切關聯，與其所處應力狀態是首要的關鍵因素，而應力狀態，決定於頂板的情況，決定於頂板岩層的剛度和頂板的抗彎撓度特性，近期已有學者注意與進行頂板大面積來壓機理研究，發生沖擊地壓與頂板性質的關系。從全國沖擊地壓發生事例的調查結果表明，圍岩性質是影響煤層沖擊的主要因素。這是對煤層沖擊地壓形成機理的重大突破，使礦體開采中預測預防提出了正確的指導方向，亦為治理提出了良好對策。

❹ 研究掘進機的目的和意義

無非是提高工作效率、質量，改善工作環境，井下若發生事故傷亡的人員少。主要是解放生產力。

❺ 沖擊地壓礦井必須落實什麼防突措施

摘要 你好，很高興能夠回答您的問題，根據您所描述的情況，目前一般情況下建議您參考一下呢

❻ 城市地鐵矩形地下通道掘進機的研究是什麼

城市地鐵矩形地下通道掘進機的研究與應用城市建設發展速度越來越陝,交通運輸對城市建設發展的作用更加凸現。發展與建設的推進求城市解決更多的地下人行通道,如地鐵車站的進出口的過街人行隧道、城市地下管線共同溝等類地下隧道工程以矩形最為經濟。因此城市交通矩形地下通道掘進機的研究與應用十分必要。 1、矩形隧道的發展與應用世界最早的盾構法隧道是1826年開始建造的英國倫敦穿越泰晤士問底的公俏隧道,,由於採用人工開挖和施工中涌水淹沒事故,長458m的矩形隧道掘進了18年才完工。 20世紀70年代以來,隨著經濟的發展,盾構掘進機施工技術有了新的飛躍。尤其是日本,地下空間的開發和利用的需求,促進了盾構隧道技術的進—步發展。20世紀80鋼代後,世界各國掀起了開發異形斷面盾構掘進機的高潮,先後進行了矩形隧道、橢圓形隧道、雙圓形隧道、多圓形隧道盾構掘進機及施工技術的試驗研究和工程應用。從隧道的使用功能來分析,城市交通人行地道、地下共同溝、地鐵隧道的斷面形式以矩形最為合適,最為經濟,因而矩形盾構掘進機的重新研究開發和應用意義十分分重大。 日本對大斷面矩形盾構工法開展了研究,主要解決穿越鐵路的車行下立交工程施工,用鋼管片拼裝後再澆築混凝土內襯,, 。。總之,矩形隧道和矩形盾構技術的應用方興未艾,其優點日益體現,其技術也日趨成熟。 上海隧道施工技術研究所於1995年起,、矩形隧道試驗工程方案和工程設計。1999年4月,上海 ............地址：地產互動資源信息網

❼ S100A綜掘機工作原理

在液壓系統設計部分，基本上確定各零部件的液壓使用原理及參數計算。這里分析計算了截
割部、行走機構、裝運機構、中間運輸機等載荷分析。馬達部分的確定：裝載部的星輪機構
馬達、行走機構的驅動馬達、中間運輸機的驅動馬達等。油缸部分的確定：升降油缸、回轉
油缸、伸縮油缸、履帶行走機構的張緊油缸、鏟板部的升舉油缸的計算設計。
液壓缸的結構設計部分，進行了伸縮油缸的機構設計計算，並繪制零件圖。也進行了泵站的
參數計算確定和液壓系統的計算，評估液壓系統性能。
最後進行掘進機的通過性分析與穩定性分析。
關鍵詞：縱軸式掘進機；總體方案設計；液壓系統設計
中圖分類號：TH
1 引言
1.1 當前國內外掘進機研究水平的狀況
近年來，隨著我國煤炭行業的快速發展，與之唇齒相依的煤機行業也日益受到重視。在
煤炭行業綱領性文件《關於促進煤炭工業健康發展的若干意見》中，在全國煤炭工業科學技
術大會上以及國家發改委出台的煤炭行業結構調整政策中，都涉及到發展大型煤炭井下綜合
採煤設備等內容。
掘進和回採是煤礦生產的重要生產環節，國家的方針是：採掘並重，掘進先行。煤礦巷
道的快速掘進是煤礦保證礦井高產穩產的關鍵技術措施。採掘技術及其裝備水平直接關繫到
煤礦生產的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件，
也是巷道掘進技術的發展方向。隨著綜采技術的發展，國內已出現了年產幾百萬噸級、甚至
千萬噸級超級工作面，使年消耗回採巷道數量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效
集約化生產的共性及關鍵性技術。
我國煤巷高效掘進方式中最主要的方式是懸臂式掘進機與單體錨桿鑽機配套作業線，也
稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應用，主要掘進機械為懸臂式掘
進機。
我國煤巷懸臂式掘進機的研製和應用始於20 世紀60 年代，以30～50kW 的小功率掘進
機為主，研究開發和生產使用都處於試驗階段。80 年代初期，我國淮南煤機廠（現重組為
凱盛重工）引進了奧地利奧鋼聯公司AM50 型掘進機、佳木斯煤機廠（現隸屬於國際煤機）
引進了日本三井三池製作所S-100 型掘進機，通過對國外先進技術的引進、消化、吸收，推
動了我國綜掘機械化的發展。但當時引進的掘進機技術屬於70 年代的水平，設備功率小、
機重輕、破岩能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用，加之國產機製造缺陷，
在使用中暴露了很多問題。國內進一步加強對引進機型的消化吸收工作，積極研製開發了適
合我國地質條件和生產工藝的綜合機械化掘進裝備。經過近30 年的消化吸收和自主研發，

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目前，我國已形成年產1000 余台的掘進機加工製造能力，研製生產了20 多種型號的掘進機，
其截割功率從30kW 到200kW ，初步形成系列化產品，尤其是近年來，我國相繼開發了以
EBJ-120TP 型掘進機為代表的替代機型，在整體技術性能方面達到了國際先進水平。基本能
夠滿足國內半煤岩掘進機市場的需求，半煤岩掘進機以中型和重型機為主，能截割岩石硬度
為f＝6～8，截割功率在120kW 以上，機重在35t 以上。煤礦現用主流半煤岩巷懸臂式掘進
機以煤科總院太原研究院院生產的EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及佳木斯煤機廠生產的
S150J 型三種機型為主，佔半煤岩掘進機使用量的80％以上。
然而，國內目前岩巷施工仍以鑽爆法為主，重型懸臂式掘進機用於大斷面岩巷的掘進在
我國處於試驗階段，但國內煤炭生產逐步朝向高產、高效、安全方向發展，煤礦技術設備正
在向重型化、大型化、強力化、大功率和機電一體化發展，新集能源股份公司、新汶礦業集
團、淮南礦業集團及平頂山煤業集團公司等企業先後引進了德國WAV300、奧地利AHM105、
英國MK3 型重型懸臂式掘進機。全岩巷重型懸臂式掘進機代表了岩巷掘進技術今後的發展
方向。
雖然三一重裝去年推出了國內第一台EBZ200H 型硬岩掘進機，但國產重型掘進機與國
外先進設備的差距除總體性能參數偏低外，在基礎研究方面也比較薄弱，適合我國煤礦地質
條件的截割、裝運及行走部載荷譜沒有建立，沒有完整的設計理論依據，計算機動態模擬等
方面還處於空白；在元部件可靠性、控制技術、在截割方式、除塵系統等核心技術方面有較
大差距。
1.2 本設計的主要研究內容
本論文的研究內容有：根據給定的設計要求和目的，按照中國煤炭行業標准和行業設計
規范，進行縱軸式掘進機的總體方案設計與液壓系統設計。
主要有以下幾個方面：
a. 按行業標准MT138—1995《懸臂式掘進機的型式與參數》，MT238.3—2006《懸臂
式掘進機|第3 部分|通用技術條件》，結合工作要求和設計目的，確定掘進機的總體型式和
總體參數；
b. 分析整個工作部件的工作原理，給出機械傳動系統圖和繪制整體配置圖；
c. 為實現工作要求，進行了整體液壓系統原理設計，形成本掘進機的液壓系統原理圖；
d. 對截割部、行走機構、裝載機構、中間運輸機構進行載荷分析，確定各部分的載荷，
為進行液壓系統各執行元件的設計提供依據。這里通過計算確定了8 個馬達和11 個油缸的
主要參數；
e. 重點選取伸縮油缸進行詳細的結構設計，確定缸筒壁厚度，缸體外徑，進出口布置，
工作行程，平底缸蓋厚度，活塞寬度，最小導向長度，缸體長度等，並進行了強度，剛度和
穩定性校核；
f. 進行液壓系統參數計算，由各迴路的流量、工作壓力，完成液壓系統參數計算，確定
泵站的主要技術參數，確定6 個小系統所需要的6 個泵及其各自的功率，並綜合確定泵站電
機的功率參數。同時，由6 個小系統的總體最大流量，確定油箱容積。進行液壓系統的性能
驗算，確定整個系統的效率、產生的熱量和溫升，以評估系統的優越。並做了液壓缸的工作
速度驗算，保證系統工作的順利進行。
g. 按照規范進行了掘進機的通過性與穩定性分析。

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2 掘進機總體設計與液壓系統設計的理論基礎與設計規范
2.1 掘進機型式的基本參數要求
根據MT238.3—2006《懸臂式掘進機|第3 部分|通用技術條件》，確定掘進機型式的基
本參數。
表2-1 掘進機型式的基本參數[1]
Tab.2-1 Table of the basic parameters of roadheader models
機型
技術參數 單位
特輕 輕 中 重 超重
切割煤岩最大
單向抗拉強度 MPa ≤ 40 ≤ 50 ≤ 60 ≤ 80 ≤ 100
煤,m3 / min 0.6 0.8 — — —
生產能力 煤夾
矸,m3 / min
0.35 0.4 0.5 0.6 0.6
切割機構功率 kW ≤ 55 ≤ 75 90～132 > 150 > 200
適應工作最大
坡度(絕對值)
不小於
(·) ±16 ±16 ±16 ±16 ±16
可掘巷道斷面 ㎡ 5～12 6～16 7～20 8～28 10～32
機重(不包括轉
載機)
T ≤ 20 ≤ 25 ≤ 50 ≤ 80 > 80
2.2 掘進機的截割頭載荷計算公式
截齒截割岩石的阻力產生了截割力, 其值與被切削的岩石有關, 也與截齒的形狀和切深
有關。這些參數大多通過假岩壁截割試驗取得, 所需截割力的近似計算按式(2-1)求得
K
P h
c
c z
c cos ( / 2)
0.016 2
2
β
σ
= π [2] (2-1)
式中： c P —平均截割力, kN;
c h —切屑厚度(截齒截割煤岩體的深度) , mm;
z σ —岩石的抗拉強度, MPa;
c β —截齒的刀具角, °;
K —岩石的脆性系數, D z K = σ /σ , 其中D σ 為岩石的抗壓強度。在K 取值
為10 左右時，本公式准確性比較高。
2.3 縱軸式掘進機的截割頭每個截齒的最大切割厚度計算公式
對於縱軸式掘進機截割頭,每個截齒的最大切削厚度可由式(2-2)計算求得:
h V n m c b 0 = / [2] (2-2)
式中： b V —截割頭牽引速度(或擺動速度),mm/ min ；
0 n —截割頭的轉速, r / min ；
m—在一條截線上的截齒數。

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2.4 工況分析及載荷計算公式
對於液壓缸，外負載為：
c f i F = F + F + F [3] (2-3)
式中： F —工作負載；
f F —摩擦負載；
i F —慣性負載。
對於液壓馬達，外負載為：
n f i M = M + M + M [3] (2-4)
式中： M —工作負載扭矩；
f M —摩擦阻力矩；
i M —慣性力矩。
3 縱軸式掘進機總體設計
懸臂式掘進機主要由截割、行走、裝運、裝載四大機構和液壓、水路、電氣三大系統組
成，並通過主體部將各執行機構有機的組合於一體。總體方案設計主要是進行掘進機的選型
和總體參數的確定。根據任務書的要求，按行業標准MT138—1995《懸臂式掘進機的型式
與參數》，MT238.3—2006《懸臂式掘進機|第3 部分|通用技術條件》選定機型類別為重型
掘進機。按照行業的設計規范和使用的情況，確定各部件的驅動方式和連接結構。這里除了
截割頭使用電機驅動外，其餘的都採用液壓驅動。
本掘進機的總體設計，主要包括以下內容：
1、據設計任務書選擇機型及各部件結構型式。
2、定整機的主要技術性能參數，包括尺寸參數、重量參數、運動參數和技術經濟指標。
3、按照總體設計的性能要求，確定整機系統的組成及它們之間的匹配性以及各個部件
的主要技術參數。
4、進行必要的總體計算，並繪制傳動系統圖和總體配置圖。
切割頭採用圓錐形式，按行業標准MT477-1996《YBU 系列掘進機用隔爆型三相非同步電
動機》選取截割電機，減速機採用二級行星減速器。內伸縮式結構緊湊、尺寸小、伸縮靈活
方便，因此採用內伸縮式截割頭。耙裝部機構採用弧形三齒星輪式，有左右兩個，對稱布置。
輸送機構，採用刮板鏈式輸送機，由機尾向機頭方向傾斜向上布置。轉載機採用膠帶輸送機
的形式。行走機構採用履帶式，驅動方式由液壓馬達驅動，可在底板不平或者松軟的條件下
工作。採用噴霧式除塵，綜合使用內噴霧形式和外噴霧形式。
掘進機的總體參數，是指主要性能參數，它表示了掘進機特性的指標。掘進機的總體參
數有：機重、外形尺寸、可掘斷面、生產率、截深、擺動速度、切割力等。
確定的主要參數如表3-1：

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表3-1 主要技術參數
Tab.3-1 main technical parameters
總體參數
總體長度 總體寬度 總體高度 總重 卧底深度
8.7 m 2.8 m 1.8 m 45 t 200 mm
爬坡能力 截割硬度
±16° ≤60 Mpa
截割范圍
高度 寬度 面積
4.5 m 5.6 m 22.6 ㎡
截割部
截割頭形狀 截割頭轉速 截割頭伸縮量 隔爆型三相電動機噴霧
圓錐台形 46 r/min 550 mm
YBUD2-132-4 隔
爆，水冷方式，1 台
內、外噴霧方式
水平回轉角 上擺角 下擺角
33° 32° 28°
鏟板部
裝載形式 裝載寬度 星輪轉速 裝載能力 鏟板卧底
三齒星輪式 2.8 m 28 r/min 230m3 /h 300 mm
鏟板抬起
340 mm
刮板輸送機
運輸形式 溜槽寬度 鏈速 龍門高度 張緊形式
雙邊鏈刮板式 540 mm 0.90 m/s 360 mm 油缸張緊
行走部
形式 履帶寬度 制動方式 接地比壓 行走速度
履帶式 450 mm 摩擦離合器制動 0.14 MPa 0-5/10m/min
接地長度 張緊形式
3.3 m 油缸張緊

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在本總體方案設計的最後，給出了本掘進機的傳動系統圖和總體配置圖。
確定的掘進機的傳動系統圖如圖3-1：
7 8 9 10 11 12
19 17 18
1 2 3 4 5 6
13
16
14
15
圖3-1 掘進機的傳動系統
Fig.3-1 The drive system of roadheader
1—內齒輪 2—中心輪 3—二級中心輪 4—行星輪 5—電動機 6、7—圓錐齒輪 8—鏈輪
9—鏈輪軸 10—內齒輪 11—二級行星減速機 12—齒輪 13—油馬達 14—齒輪 15—齒圈 16—
油馬達 17、18—渦輪蝸桿 19—星輪
4 掘進機液壓系統設計
液壓系統設計在明確基本要求的基礎上，進行工況分析，工作負載計算，擬訂液壓系統
圖。在進行各迴路的設計之後，確定總體工作原理圖，再進行各迴路的執行元件的設計計算。
這里進行了截割部、行走機構、裝載部、中間運輸機構的載荷分析，詳細確定了各部分的工
作情況，載荷大小，公式和分析方法來源於中國煤炭行業標准和中國煤炭科學研究院的研究
成果。由此確定了各部件的驅動方式和驅動元件的參數，包括8 個馬達的技術參數和11 個
油缸的主要尺寸確定。
重點選取伸縮油缸進行詳細的結構設計，確定缸筒壁厚度，缸體外徑，進出口布置，工
作行程，平底缸蓋厚度，活塞寬度，最小導向長度，缸體長度等，並進行了強度，剛度和穩
定性校核。
完成液壓系統參數計算，確定泵站的主要技術參數，通過計算確定6 個小系統所需要的
6 個泵及其各自的功率，並綜合確定泵站電機的功率參數。同時，由6 個小系統的總體最大
流量，確定油箱容積。
進行液壓系統的性能驗算，確定整個系統的效率、產生的熱量和溫升，以評估系統的優
越。並做了液壓缸的工作速度驗算，保證系統工作的順利進行。
本設計確定的主要液壓系統參數如表4-1。

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表4-1 主要液壓系統參數
Tab.4-1 main hydraulic system parameters
泵站
三聯泵1 三聯泵2 系統額定壓力 油箱容量
電機額定功
率
電機工作轉
速
CBZ2063/63/32 CBZ2063/50/32 16 MPa 640 L 110 kW 1450 r/min
電機額定電壓
AC1140V
裝載迴路
馬達型號 泵型號 系統工作壓力 泵提供流量 泵工作功率
馬達額定工
作轉速
2 個NHM1200 CBZ2063 16 MPa 77.6 L/min 24.4 kW 28 r/min
中間運輸迴路
馬達型號 泵型號 系統工作壓力 泵提供流量 泵工作功率
馬達額定工
作轉速
NHM400 CBZ2063 16 MPa 77.6 L/min 24.4 kW 87.2 r/min
行走迴路（左、右）
馬達型號 泵型號 系統工作壓力 泵提供流量 泵工作功率
馬達額定工
作轉速
NHM175A CBZ2032 16 MPa 45.5 L/min 17.8 kW 280 r/min
轉載機與水泵迴路
裝載機馬達 水泵 系統工作壓力 串聯迴路流量泵工作功率
馬達額定工
作轉速
BM-E630 CBZ2050 16 MPa 77.64 L/min 24.4 kW 87.2 r/min
泵—缸迴路
泵型號 系統工作壓力 泵提供流量 泵工作功率
CBZ2050 16 MPa 61.63 L/min 19.3 kW
本設計確定的油缸的參數如表4-2。
表4-2 油缸的主要參數
Tab.4-2 main parameters of fuel tank
伸縮油缸1 個
油缸驅動力 桿徑 內徑 無桿腔有效面積 有桿腔有效面積 工作最大流量
29.7 kN 80 mm 125 mm 123 cm2 72.5 cm2 25.3 L/min
升降油缸2 個
油缸驅動力 桿徑 內徑 無桿腔有效面積 有桿腔有效面積 工作最大流量
410.4 kN 110 mm 180 mm 254 cm2 159 cm2 13.3 L/min
回轉油缸2 個
油缸驅動力 桿徑 內徑 無桿腔有效面積 有桿腔有效面積 工作最大流量
440.9 kN 110 mm 180 mm 254 cm2 159 cm2 8.3 L/min
履帶行走機構張緊油缸2 個
油缸驅動力 桿徑 內徑 無桿腔有效面積 有桿腔有效面積
106.7 kN 63 mm 100 mm 78.5 cm2 47.4 cm2
鏟板油缸2 個
油缸驅動力 桿徑 內徑 無桿腔有效面積 有桿腔有效面積 工作最大流量
89 kN 63 mm 100 mm 78.5 cm2 47.4 cm2 15.5 L/min

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伸縮油缸結構設計得出的主要參數如表4-3。
表4-3 伸縮油缸的重要參數
Tab.4-3 main parameters of extendable fuel tank
缸筒壁厚度 缸體外徑 進出口布置行程 平底缸蓋厚度最小導向長度 缸體長度
13.5 mm 152 ㎜
螺紋連接
M33×2
550 mm 12 ㎜ 230 mm 720 ㎜
液壓系統的性能參數如表4-4。
表4-4 液壓系統的主要性能參數
Tab.4-4 the main performance parameters of hydraulic system
系統效率 系統熱量 系統溫升
0.218 68.3×103 W 14.15 oC
5 本掘進機液通過性與穩定性分析
穩定性是指掘進機在規定方向行走和工作時不發生翻倒或側滑的能力。它不僅關繫到行
走和工作的安全、機器的生產率，而且還直接影響截齒、機械聯接與傳動元件、以及電氣元
件和液壓元件的壽命，是評價懸臂式掘進機使用性能的一項重要指標，只有具有良好的穩定
性，才能保證機器性能的充分發揮。本設計按照規范進行了掘進機的通過性與穩定性分析。
這是評估掘進機的綜合性能的重要指標，是最終確定本掘進機的是否可以出產的重要依據。
通過性參數如表5-1。
表5-1 通過性參數
Tab.5-1 the parameters of through performance
離地最小間隙 接地比壓 適應巷道坡度
253 mm 0.14Mpa ±16°
穩定性參數有：
（一） 靜態穩定性計算結果如表5-2。
表5-2 靜態穩定性參數
Tab.5-2 static stability parameters
極限傾翻角
上山（坡）極限傾翻角下山（坡）極限傾翻角橫向極限傾翻角
下滑臨界坡度角
40° 31° 36° 45°
（二） 動態穩定性計算結果如表5-3。
表5-3 動態穩定性參數
Tab.5-3 dynamic stability parameters
不同截割情況的穩定比
縱向截割（上下截割）
當截割頭向上截割時 當截割頭向下截割時
橫向截割（左右截割） 軸向鑽進
K = 3.8 K = 1.8 K = 2.3 K = 3.4

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6 結語
本設計主要是根據掘進機的設計要求和用途，進行本掘進機總體方案設計和液壓系統設
計，確定掘進機型號為EBZ132，能夠滿足中低硬岩、煤層的經濟截割，切割能力較強，應
用范圍也很廣泛，不只在井下採掘作業，也可以在工程建築裡面的航道掘進。EBZ132 整機
結構緊湊，布局合理，機重與截割功率匹配，接地比壓小，地隙大，適應性強。

❽ 掘進機的性能有多優異製造掘進機有多難掘進機主要應用於哪些地方

近年來，經過自主研發和系統研究，湖南省整齊地出現了一大批達到甚至超過同類技術國際先進水平的產品。從工程機械到農產品，從科技應用到文化創新……長期以來，為了進一步實施和推進「創新引領開放崛起」戰略，敢於第一的湖南人和企業在追逐行業領先、世界一流技術的道路上從未止步。這些令世界驚嘆的創新產品背後的故事是什麼？

此外，根據「距離遠、埋深大、應力高、水壓大、地溫高、涌水大、易岩爆」等地質特點和技術難點，研製出價值1.8億元的「長春」TBM。

❾ 掘進機工作原理

工作原理：隨著行走機構向前推進，工作機構中的切割頭不斷破碎岩石，並將碎岩運走。在推進油缸的軸向壓力作用下，電動機驅動滾刀盤旋轉，將岩石切壓破碎，其周圍有勺斗，隨轉動而卸到運輸帶上。硬岩不需支護，軟岩支護時可噴射、澆灌混凝土或裝配預制塊。

掘進機的刀盤工作機構是在隧洞全斷面上切割岩層的滾刀盤，分平面滾刀盤和球面滾刀盤兩種。盤上裝有數十把滾刀，布置形式有同心轉軸式、行星轉軸式等多種。刀盤工作機構用擋板與其他部分隔開。擋板前設有噴霧裝置、吸塵設備，用以除塵。擋板後方有駕駛室，內有隔聲設備，以及液壓操縱閥和激光導向設備，便於按隧道的設計軸線控制掘進機走向。

掘進隧洞時，電動機驅動各個傳動機構，使工作機構的滾刀盤旋轉，並由液壓油缸將滾刀壓向工作面岩壁。在軸向推進力作用下，所有滾刀的刀鋒抵緊岩壁並不斷滾動，此時岩石被刀鋒的擠壓力破碎，整個工作面岩壁被刻劃出同心圈（或是內擺線）的溝槽和岩圈；同時，滾刀兩側的楔面擠緊溝槽所產生的側向力將岩圈剪切碎裂。落下的石碴，由幾個連續旋轉的裝碴鏟斗輪流鏟起，在轉到最高位置時，卸入帶式轉載機的受料槽，再轉載到軌道礦車，運出洞外。

(9)沖擊地壓條件下掘進機研究方法擴展閱讀：

掘進機特點：掘進機的功率強大，又是聯合作業，故掘進速度高；同時還具有洞壁勻整，超挖量小（僅為鑽爆法的1/4），能節省襯砌材料；又因不用爆破,不致擾動周圍岩層，以及操作自動化，並能保證施工安全等優點。其缺點是機體龐大，且專用性強，而無法適應不同形狀、不同尺寸的隧洞斷面；工作中維修也較困難；施工初期投資高，故掘進短隧洞不經濟。

掘進機應用：掘進機已成功地應用於硬粘土、頁岩、砂岩、石灰岩、花崗岩等岩質地層的隧洞施工，且水平和傾斜隧洞均能使用；掘進的隧洞直徑自2.4米至10.8米。自20世紀50年代出現隧洞掘進機以來，已應用於礦山運輸巷道、引水和泄水隧洞、交通用山嶺隧道和水底隧道及原子能工程用的洞室等。

中國自60年代中期開始研製，經過近二十年來的使用與改進，主機結構已基本定型，技術性能日臻完善，已能有效地用盤形滾刀掘進抗壓強度為200兆帕的中硬岩層；用球齒（碳化鎢）滾刀掘進抗壓強度為250兆帕的硬岩。對抗壓強度超過300兆帕的極硬岩層，則因刀具磨損劇烈,在經濟上不合理。當前，正在對掘進機的刀具壽命和破岩機理作進一步研究，並試驗用高壓射流作輔助破岩。

參考資料來源：

網路-隧洞掘進機

網路-隧道掘進機

網路-掘進機

❿ 掘進機的研究水平

近年來，隨著我國煤炭行業的快速發展，與之唇齒相依的煤機行業也日益受到重視。在煤炭行業綱領性文件《關於促進煤炭工業健康發展的若干意見》中，在全國煤炭工業科學技術大會上以及國家發改委出台的煤炭行業結構調整政策中，都涉及到發展大型煤炭井下綜合採煤設備等內容。
掘進和回採是煤礦生產的重要生產環節，國家的方針是：採掘並重，掘進先行。煤礦巷道的快速掘進是煤礦保證礦井高產穩產的關鍵技術措施。採掘技術及其裝備水平直接關繫到煤礦生產的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術是保證礦井實現高產高效的必要條件，也是巷道掘進技術的發展方向。隨著綜采技術的發展，國內已出現了年產幾百萬噸級、甚至千萬噸級超級工作面，使年消耗回採巷道數量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效集約化生產的共性及關鍵性技術。
我國煤巷高效掘進方式中最主要的方式是懸臂式掘進機與單體錨桿鑽機配套作業線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應用，主要掘進機械為懸臂式掘進機。
懸臂式掘進機是集截割、裝運、行走、操作等功能於一體，主要用於截割任意形狀斷面的井下岩石、煤或半煤岩巷道。現在國內的掘進機設計雖然說離國際先進的技術還有段距離，但是國內的技術水平已能基本滿足國內的需求。大中型號的掘進機不斷被創新。