采掘机械第四篇3章-掘进机

1、煤矿安全规程中规定使用掘进机掘进应遵守：煤矿安全规程中规定使用掘进机掘进应遵守： 一、掘进机必须装有只准以专用工具开、闭的电气控制 回路开关，专用工具必须由专职司机保管。司机离 开操作台时，必须断开掘进机上的电源开关。 二、在掘进机非操作侧，必须装有能紧急停止运转的按 纽。 三、掘进机必须装有前照明灯和尾灯。 四、开动掘进机前，必须发出警报。只有在铲板前方和 截割臂附近无人时，方可开动掘进机。 五、掘进机作业时，应使用内、外喷雾装置，内喷雾装 置的使用水压不得小于3MPa，外喷雾装置的使用水 压不得小于1.5MPa；如果内喷雾装置的使用水压小 于3MPa或无内喷雾装置，则必须使用外喷雾装置和

2、除尘器。 六、掘进机停止工作和检修以及交班时，必须将掘进机 切割头落地，并断开掘进机上的电源开关和磁力起 动器的开关。 七、检修掘进机时，严禁其他人员在截割臂和转载桥下 方停留或作业。 第三章第三章 掘进机掘进机 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。 v 与传统钻爆法掘进巷道相比具有以下优点： 1、掘进速度可提高11.5倍，工效平均提高1-2倍，进 尺成本降低30-50%； 2、不需要爆破，巷道围岩不易破坏，有利巷道支护，减 少了冒顶和瓦斯突出的危险，大大提高了生产的安全性； 3、减少超挖量； 4、大大改善了劳动条件，减少笨重的体力劳动。 v 掘进机可分为全断面和

3、部分断面掘进机两大类。 v 全断面掘进机主要用于掘进岩石巷道，断面为圆形。 v 部分断面掘进机主要用于煤或半煤岩石巷道，可掘出 各种断面形状的巷道。 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。 优点：生产效率高、掘进速度快、适应性强、调动灵活 等。 一、ELMB型掘进机 图4-3-1是国产ELMB型煤巷掘进机。该机是一种悬臂 纵轴式径向切割的部分断面巷道掘进机，适用于掘进煤 和坚硬度f4（局部f=5）的半煤岩任意形状断面的井下 巷道。不移机可切割最

4、大有效面积为15.4 的巷道 （底宽4.7m，高3.5m），移机可掘更宽的巷道。后配 套转运设备可采用伸缩胶带机、矿车、刮板输送机等。 第一节第一节 部分断面巷道掘进机部分断面巷道掘进机 2 m 第二节 部分断面掘进机 第二节 部分断面掘进机 7 第二节 部分断面掘进机 n1、组成 n截割机构、装载机构、运输机构、机架及回转台、行 走机构、液压系统、电气系统、冷却除尘系统、机器 的操作控制、保护系统 第二节 部分断面掘进机 n2、主要结构及其作用 n（1）截割机构 n截割机构主要由截割头、悬臂段、截割减速器、截割 电动机组成截割机构工作时，截割电动机通过减速器 驱动截割头旋转，利用装在截割头上

5、的截齿破碎煤岩 。截割头纵向推进力由行走机构（或伸缩液压缸）提 供。 n（2）装载机构 n装载机构位于机器前端的下方，其主要作用是将被截 割机构分离和破碎的物料集中装载到运输机构上去。 第二节 部分断面掘进机 n（3）运输机构 n运输机构一般采用刮板输送机。 n n（4）机架和回转台 n机架是整过机器的骨架。 n回转台主要用于实现切割机构的升降和回转运动。工 作时，在回转液压缸（也可以是齿轮齿条型结构）的 作用下，带动截割机构水平摆动。截割机构的升降则 是通过回转台支座上左、右耳轴铰接相连的两个升降 液压缸来实现的。 3-2 掘进机械及其安全管理掘进机械及其安全管理 n（5）行走机构 现代掘进

6、机多采用履带式行走机构。行走机构用来 实现机器的调动和牵引转载机，并在不可伸缩式悬臂 机型中提供钻进所需的推进力，同时，机器的重量和 掘进中产生的截割反力也通过行走机构传送到底板上 。 n（6）液压系统 现代悬臂式掘进机通常除截割头由电动机驱动外， 其余动作均由液压马达驱动，所以液压系统的功率越 来越大，能力也越来越强。液压系统主要由泵站、控 制阀组、液压缸、驱动马达及辅助液压元件组成。液 压系统为掘进机提供压力油，驱动和控制各液压缸及 马达，使机器实现相应的动作，并进行液压保护。 3-3 掘进机械及其安全管理掘进机械及其安全管理 n（7）电气系统 电气系统向机器提供动力，驱动和控制机器中的所

7、 有电动机、电控装置、照明装置等，并可实现电气保 护。 n（8）除尘系统 除尘系统由内外喷雾装置组成，用以向工作面喷雾 ，出去截割时产生的粉尘。除尘系统还有冷却截割电 动机和液压系统的功能。 vELMB型掘进机的结构如图4-3-1所示。 v锥行截割头1由一台55kW电机经两级行星齿轮减速器3 减速后驱动，用以截割破碎煤岩。 v截割头、电动机、减速器以及工作臂2组成一个整体， 装在伸缩导轨4内，伸缩导轨通过导槽与减速器外壳联 接。 v伸缩油缸7的缸体和活塞杆端分别与伸缩导轨和减速器 外壳铰接，当活塞杆伸缩时，可使截割头前后移动 （最大行程500mm）。 v伸缩导轨的两侧通过支轴与回转座6铰接，在

8、两个升降 油缸8的作用下，可带动截割头向上摆动40，向下摆 动28。 v回转座8用双滚道推力轴承在掘进机机架17上，回转油 缸8的两端分别与机架和回转座铰接，在其作用下，可 带动截割头在40范围内水平摆动。 v蟹爪式装载机19与中间刮板输送机12组成掘进机的装 运机构。截割头破碎下来的煤岩由装载机铲板上的两 个蟹爪扒入中间刮板输送机。 v装运机构采用装运联动，由刮板输送机的尾轴作为 蟹爪减速器的输入轴，减速器出轴驱动偏心圆盘，由 偏心圆盘带动装载蟹爪。 v在两个铲板升降油缸18的作用下，铲板可相对底板升 降调位300150mm。 v刮板输送机由布置在刮板输送机后部机头两侧的两台 低速摆线油马达

9、直接驱动，在刮板输送机后部机头处 还设有张紧螺杆，刮板链的松紧可通过张紧螺杆来调 节。 v皮带转载机：作用是将装运机构运出的煤岩装入矿车 或其它配套运输设备。皮带转载机通过转座联接在掘 进机主机架后部，在皮带机左侧设有回转油缸，使皮 带机能在水平方向相对机组中心摆动各20。 n行走机构：ELMB型掘进机采用履带式行走机构，左右 履带通过销轴与主机架联接，分别由一台内曲线大扭 矩油马达驱动。掘进机工作行走速度为2.86m/min，空 载调动时，行走速度可提高到5.04m/min。 n托梁器：托梁器5，是为了减轻掘进过程中架设顶梁的 劳动强度。 它通过销轴铰接在工作臂上，架设顶梁时，将架体翻 向前

10、方，顶梁放在托梁器的托架上，工作臂抬起至要 求位置，然后使机器前进，将顶梁送到位，从而达到 辅助上梁的目的。 nELMB型掘进机设有内、外喷雾灭尘系统，内喷雾装置 布置在截割头上，外喷雾装置布置在工作臂上，以降 低在截割过程中的粉尘。 二、AM-50型掘进机 该机是奥地利阿尔卑尼（Alpine）公司生产的悬臂 横轴式部分巷道掘进机。可掘进坚硬度f7的煤或半煤岩 巷道，切割断面为720.3 。机高为1.65m，尺寸较小。 我国淮南煤机厂已引进技术，与奥地利合作生产AM-50 型掘进机。此机电动机总容量为163kw，截割电机100kw， 装运机构由两台11kw电机，左右履带行走机构由两台 15kw

11、电机驱动，液压系统由一台11kw电动机驱动一台轴 向柱塞变量泵，为系统中所有油缸供油。 n 结构：主要由工作机构（包括工作悬臂2、回转台3 等）、装运机构（包括转载机构13、中间刮板 输送机8）、履带行走装置10、皮带转载机以及 液压系统6、电气系统7等组成（如图4-3-2）。 2 m n工作悬臂2由100kW水冷电动机和三级圆锥圆柱齿轮减 速器组成，电动机与减速器通过法兰和螺栓联结成一个 整体。 n工作悬臂后端通过轴与回转台3的前端铰接,在两个升降 油缸5的作用下，截割头可向上摆动5835，向下摆动 3030，卧底量最大为100mm。水平回转油缸4为一 齿条油缸，通过与装在回转台内与机架固连

12、的回转座上 的齿轮啮合，可使工作悬臂向左、右各摆动36，回 转台与回转座之间采用双列调心滚子轴承和盘式滑动推 力轴承支承。该工作机构不能伸缩。在悬臂中部上方装 有喷雾灭尘的喷嘴和为便于架设顶梁而设置的托梁器。 n装运机构：采用装运联动，两台11kW电动机分别经 过摩擦联轴器，二级圆柱圆锥齿轮减速器驱动中间板输 送机8的刮板链，经过机尾尾轴和装载机构13的圆锥齿 轮减速器驱动装载蟹爪。 n履带行走装置10：主要由机架11、左右减速箱、机后 稳定器9等组成，它支承着整个机器的重量，并提供截 割头切入煤壁时所需的推进力。左右履带分别由两台 15kW电动机，经各自独立的减速箱驱动，行走速度为 5m/m

13、in，履带接地比压为0.127MPa，适应最大坡度 为16。 n履带减速箱采用三级圆柱齿轮一级2K-H 行星齿轮组 合传动，两个减速箱对称地安装在左右履带架上。 n机架稳定器9：它是增加机器工作时稳定性的辅助装置， 用以减轻机器工作时的振动，有助于改善工作机构的 截割效果。稳定器的结构如图4-3-3所示，横梁1用螺 栓与机架固定，使左、右履带构成一个整体，横梁的 另一端与刮板输送机下的支架4固定。当油缸3伸出时， 推动拖板9的稳定器臂2绕销轴7回转，并使拖板9随之 下移。当油缸缩回时，导向板5使拖板沿其外侧回到倾 斜位置。油缸的两个铰接轴6、8分别安装于横梁和稳定 器臂上，并随其转动。机器操纵

14、在正常切割工作时，可 操纵稳定器贴紧底板，作为后支点（但不要使机器离开 地面）；同时操纵装载机构铲板顶住底板，使机器前端 稍微离开底板，让铲板前端作为前支点，这样就可提高 机器在截割过程中的稳定性。 nAM-50型掘进机的液压系统为开式循环系统，由一台 11kW电动机驱动一台轴向柱塞变量泵，为系统中的所 有油缸供油。液压系统中还有一台齿轮油马达，用来 驱动为工作机构水冷电动机提供冷却水的水泵和热交 换器的冷却风扇。 n冷却系统有两种型式：开式系统和闭式系统。当采用 开式系统时，水泵输出的压力水进入水冷电动机进行 冷却后，供给外喷雾喷嘴喷出灭尘。当采用闭式系统 时，水泵输出的压力水冷却电动机后返

15、回到水热交换 器，经冷却后回到水箱，然后再由水泵重新输出，形 成闭式循环回路，此时外喷雾使用的压力水需由外部 单独供给。 三、部分断面巷道掘进机结构分析 1、工作机构 现代部分断面巷道掘进机均采用悬臂式工作机构，即在 机器前端伸出的一个悬臂上装载割头，悬臂又可沿工作 面的水平或垂直方向作左右或上下的摆动。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 进机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，便于维修和更换截 齿，也可以及时支护巷道。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。 n截割头相对悬臂的布置方式，可以分为纵轴式和横轴

16、式 两种。 n纵轴式的截割头旋转轴线与悬臂轴线重合（如ELMB型 掘进机）。在摆动工作中截割头仅半边剥落煤岩，较 大的煤岩反作用力有使机器倾倒的趋势。为了提高机 器工作时的稳定性，一般机器的重量比较大。纵轴式 工作机构一般能截割出平整的巷道，而且可利用截割 头开挖支架的柱窝和水沟。 n横轴式的截割头旋转轴线与悬臂轴线互相垂直（如 AM-50型掘进机），在工作时截齿的截割方向比较合 理，破落煤岩比较省力，排出切屑也比较方便，横轴 式截割头在工作中的截割阻力易被机体自重所吸收， 因此与纵轴式巷道掘进机相比，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

17、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 的端面不接触工作面，所以不如纵轴式工作机构使用 方便。 n工作机构传动系统 二级2K-H行星齿轮减速传动方式（图4-3-4a），如 ELMB型掘进机，这种方式具有结构紧凑、重量较轻、 传动功率和效率高的优点，所以在纵轴式掘进机工作 机构中应用较多。 三级圆锥圆柱齿轮传动，如AM-50型掘进机的工作机 构减速器就是由三级圆锥圆柱齿轮传动组成（图4-3- 4c）。在横轴式掘进机中，由于截割头旋转轴线互相 垂直，故传动系统中需要一级圆锥齿轮传动。 四级圆柱齿轮传动，如苏制K-9P型掘进机（图4-3- 4b），其工作机构减速器由

18、四级圆柱齿轮传动组成。 国外还有些掘进机还采用三档工作转速（英国RH-25), 甚至四档工作转速（匈牙利F-5型）。 n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纵 向进给、旋转横向进给两个方面综合考虑。 n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。图4-3-5为ELMB型掘 进机截割头的外形图，截割头由锥体5、齿座4、镐形 截齿2和中心钻1等组成。齿座4成螺旋线焊在锥体5上， 共装有30个截齿。中心钻1用以超前钻孔，为镐形截 齿开出自由面，以利截割。截割头上还布置

19、有19个用 于内喷雾灭尘的喷嘴3。横轴式掘进机的截割头多采 用两个对称的半球滚筒，如AM-50型掘进机的截割头。 n截割头上的截齿有径向扁截齿和镐形截齿两种。在煤 巷中一般可采用镐形截齿或径向扁截齿；在半煤岩巷 道中一般采用径向扁截齿。 2、装载和转运机构 部分断面巷道掘进机上用得最普遍的装载机构是蟹爪机 构（图4-3-6a）。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。 EM1-30型等掘进机采用双环形刮板链转载机构（图4-3- 6b）。它是用两个较短的环形刮板链2按图示方向运行， 把铲板1上的煤岩装入中间刮板输送机3上。这种机构比 蟹爪机

20、构复杂，装载效果较差。 n转运机构：部分断面巷道掘进机一般有两极转载机， 即中间刮板输送机和皮带转载机。装载机构与中间刮 板输送机组成装运机构，多数掘进机的装运机构采用 装运联动，由共同的电动机或液压马达驱动，即集 中驱动方式。如ELMB型掘进机的装运机构传动系统 （图4-3-7），由安装在中间刮板输送机机头处的两台 液压马达5驱动刮板链，通过机尾从动轴将动力传给蟹 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。 n掘进机的第二级转载机一般采用皮带输送机，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。 n皮

21、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，由一台摆线液压马达直接驱 动主动滚筒；第二种如AM-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型掘进机是采 用电动滚筒，即将电动机和减速器装在主动滚筒内， 使结构比较紧凑。 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、支承基础。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。 4、液压系统 n部分断面巷道掘进机一般均为采用油泵油缸系

22、统， 来实现工作机构、装载机构铲板和皮带转载机的垂直 升降和水平摆动，以及工作机构的伸缩、机体的支撑 等。除工作机构外，装运机构、履带行走机构、皮带 装载机也可以采用油泵油马达系统来驱动。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，而油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。 n掘进机液压系统的工作原理（以ELMB型掘进机为例） 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，其系统原理如图4-3-8所示。 整个液压系统由一台45kW的双出轴电动机驱动一台 CBZ2

23、063/032型双联齿轮泵和一台CBG1025/025型双 联齿轮泵，分别向四个独立的开式液压回路供油。 （1）装运系统回路 动力源为CBZ2063/032型双联齿轮 泵中的063泵，该泵经吸油过滤器从油箱中吸油，输出 的压力油（14MPa）通过手动换向阀控制装运机构的两 个摆线油马达。 （2）行走系统回路 CBZ2063/032泵中的032泵输出的压 力油（16MPa）通过分流阀以等流量流经两个手动换向 阀，控制两台履带行走机构的内曲线油马达。两个手动 换向阀组成并联阀组。回路中采用分流阀为了保证两履 带的同步运行，防止履带单边打滑。 （3）工作机构及铲板油缸系统回路 动力源为 CBG102

24、5/025型双联齿轮泵中的前泵，通过四联操纵阀 组A，控制工作机构的三组油缸和一组铲板升降油缸， 回路压力为12MPa。 （4） 转载及起重系统回路 CBG1025/025泵中的后泵通 过四联操纵阀组B，分别控制皮带转载机摆线油马达、 转载机构的升降和水平摆动油缸以及整机的起重油缸， 回路压力为10MPa。 n整个液压系统中的各回路的压力值可通过耐震压力表观 察，压力表由压力表开关阀K控制。 n为了使机器空载调动时提高行走速度，回路（2）和（3） 采用合流装置，可通过一个二位三通转阀，将回路（3） 的流量合并到回路（2）中去，此时回路（2）流量增加， 行走速度由2.86m/min提高到5.04

25、m/min ，回路（3） 此时停止工作。 5、除尘装置 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型掘进机的喷雾灭尘系统 （图4-3-9），包括有内喷雾、外喷雾和冷却引射 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。 n水泵输出的压力水经水门后分成三条水路同时工作： （1）水 水门 液压系统冷却器 水冷电动机 引射 喷雾器； （2）水 水门 三通 节流阀 外喷雾装置； （3）水 水门 三通 工作臂 内喷雾装置。 n引射喷雾器由喷嘴1、引射风筒2、导水芯3等组成，其 结构如图4-3-10。当压力水从装有螺旋导

26、水芯3的喷嘴1 中高速喷出时，引射风筒2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，喷嘴口径为2.5mm，工作压力1MPa。 n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。 n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。 四、部分断面巷道掘进机的工作方式与使用中应注意的问 题 使用部分断面巷道掘进机的目的，在于提高掘进速度和 效率，降低成本，改善劳动条件。因此在采准巷道中使 用

27、掘进机，首先应考虑机器的适用条件，综合地考虑技 术经济合理性和安全可靠性，才有利于机器效能的充分 发挥。下面条件下使用部分断面巷道掘进机一般可达到 较好的技术经济效果。 （1）所掘巷道断面形状是梯形或拱形，断面尺寸适当。 （2）岩石的坚硬度f4，磨蚀性系数5mm/km时，使用 效果较好。 （3）掘进机重量在15t以下，掘进的巷道长度应超过 200m；掘进机重量超过15t，掘进的巷道长度应超过 300m；重量在20t以上的大断面掘进机，掘进的巷道长 度应超过600m。 （4）掘进机的工作方式和支护工艺与顶板条件相适应。 （5）掘进直的巷道时，效率较高。 v在煤巷或半煤岩巷中使用部分断面掘进机时，

28、正确选择 掘进机的工作方式和切割程序，对充分发挥机器的效能， 提高掘进效率也是十分重要的。 v工作方式方面：掘进机在开始截割工作时，首先应利用 工作机构伸缩装置或开动履带行走机构，使截割头切入 工作面煤（或岩）壁一定深度（截深），然后通过截割 头的水平摆动和垂直摆动，即可切割出所要求的巷道断 面形状。 v对纵轴式工作机构来说，切入工作面时，主要依靠截割 头的钻进，其截深可根据煤岩性质取为等于或略大于、 略小于截割头长度。应当注意的是，在截割头钻入煤壁 时，推进速度不可过大，每切入一定深度后要停止推进， 使旋转的截割头清理掉截落的小块煤岩，然后再继续推 进，如此反复进行，直到达到要求的截深。 n

29、对横轴式工作机构来说，由于两截割头之间有一段距 离无截齿，所以在切入工作面的同时，必须辅以左右 摆动，以截割掉中间形成的“煤墙”，其截深也应逐 渐达到。横轴式截割头一般采用自上而下的旋转截割 方向，这样做有利于 装载和安全。 v截割程序方面： 图4-3-11中给出了 几种常见的工作面 切割程序，可供参考 n在确定掘进工作面的切割程序时，最好遵循以下几条 原则： 1、掘进半煤岩巷道时，应先截煤，后截割岩石（4-3- 11ae，i，j）; 2、在大多数情况下，应从工作面下角开始切入工作面， 首先切底掏槽。这样在切入过程中机器的稳定性较好， 也利于掘进机装载及提高生产能力（图4-3-11f,g,h，

30、 k）； 3、工作面的切割必须考虑煤（或岩）的层理，截割头应 沿层理方向移动，不应横断层理（图4-3-11i,j）； 4、在煤层中掘进时，可先切割出巷道外廊，再破碎中间 部分，这样可减少煤的破碎（图4-3-11g）； 5、岩石硬度不同时，应先破碎较软的部分（图4-3-11i,j） 6、在巷道断面很大的情况下，需调动掘进机，可把工作 面分成左右两部分分别掘进（图4-3-11g）。 n在使用掘进机还应注意以下问题： 1、在截割过程中，装载机构的铲板应始终紧贴底板，不 应轻易抬起，这样做装载煤岩的效果较好，底板干净； 2、无论采用何种切割程序，都应特别注意清底工作，否 则由于底板上堆积大量煤岩，会使

31、掘进机的履带向前 行走时越垫越高； 3、截割时应尽量避免截割头带负荷起动，同时应注意不 要让机器经常过负荷运行，工作中应根据机器的振动 情况，合理选择截割头的水平和垂直进给速度，以获 得较好的截割工况； 4、认真做好掘进机的日常保养、维修和润滑工作。 第二节第二节 全断面巷道掘进机全断面巷道掘进机 n全断面巷道掘进机主要用于开挖圆形断 面的岩石巷道，因此也称为岩石掘进机。 n我国已研制出TBM32型3.2m直径和JEA 型5m直径两种岩石掘进机。 一、盘形滚刀及其破岩机理 岩石掘进机一般采用滚压方法破碎 岩石，使用的刀具有盘形滚刀和球齿滚 刀两类，其中盘形滚刀用的较多。 n图4-3-12是TB

32、M32型岩石掘进机使用的 盘形滚刀结构（正滚刀）。刀圈1和刀体 5采用紧配合联接，通过钢球2和滚子3等 组成的轴承装在心轴4上，心轴固定在工 作机构刀盘的刀座上，刀体两端采用双 边金属环浮动型断面密封。 n工作时，利用掘进机的推进机构产生的 推进力使滚刀的刀圈紧压在工作面上， 随着刀盘的旋转，滚刀的工作面上滚动 ，从而实现滚压破岩。 v盘形滚刀主要是利用其对岩石的挤压与剪切来破碎岩 石的（图4-3-13）。当盘形滚刀受到推压力时，首先 把刀刃前面的岩石挤碎，形成处于三向挤压状态的粉 碎区，并使其周围岩石内部产生裂纹。在推压力作用 下，裂纹伸长，使岩石碎裂，构成小块的岩石破碎体， 并同粉碎区内的

33、岩粉一起，沿滚刀刀刃两侧面迸出。 由于滚刀有楔形的刀刃，若适当布置滚刀间距，相邻 滚刀之间的岩石就可因裂纹的不断扩大而成片地被剪 切崩落。 n盘形滚刀刀圈采用6Cr4W2Mo2V合金钢。为了 掘进中硬以上岩石，普遍采用大直径盘形滚刀 （达395mm）。 n滚刀间距是一个重要的参数，在具体的条件下 存在着一个破岩最多、能耗最少，因而掘进速 度最快，能够充分发挥机器效能的最佳间距。 在一定的滚刀几何形状、推压力和岩石种类等 条件下，最佳间距是一定的。当刀具边钝、岩 石情况有变化时，可以通过调整推压力保证刀 盘在破岩较多、能耗较少的近似最佳条件下工 作，为了达到较好的破岩效果，盘形滚刀的推 压力必须

34、足够大，而且应根据具体工作条件适 当加以调整。 二、TBM32型岩石掘进机（图4-3-14） 组成：主要由刀盘工作机构1、传动导向机构（机头架）2、 水平支撑 与推进机构4、大梁3、液压锚杆钻机7、 主皮带机8、操纵室5、后支撑6等组成。 1、刀盘工作机构 n刀盘1的球形表面上按螺旋线形状，以一 定的间距布置有31把盘形滚刀，其中中心 刀4把，刀圈直径280mm；正刀19把，边 刀8把，正刀与边刀结构相同，刀圈直径 300mm。 n刀盘后部与组合大轴承的内齿圈通过螺栓 联接成一体，内齿圈同时也是组合轴承的 内座圈。组合轴承的外座圈用螺栓固定在 机头架上。 n工作时，刀盘在机器推力的作用下将盘形

35、滚刀 紧压在岩壁上，同时由电动机通过减速器和内 齿圈带动刀盘旋转，使岩壁被滚刀碾压出一系 列同心圆的凹槽，凹槽之间的岩石也不断地被 剪切破碎成碎片。 n刀盘外缘均匀地装有6个铲斗，当铲斗转到工 作面底部时将破落的岩碴装入斗内，然后提升 到顶部，卸入主皮带机受料槽而运出工作面。 n刀盘表面上布置有喷嘴，由刀盘中心的水管引 入压力水，供喷雾灭尘。 n在刀盘和机头架的相对运动表面处，设置有组 合密封，以防止岩碴和水进入刀盘内部 2、传动导向机构 n传动导向机构的作用是将电动机功率经减速器传送到 刀盘上，产生回转扭矩，并组成机器的前支承部，对 刀盘工作起定位和稳定作用。 n刀盘由装在传动导向机构中的导

36、向壳体上的两台 125kW电动机和减速器共同驱动，其传动系统如图4- 3-15所示。 n减速器由两级行星齿轮传动组成，用螺栓和圆锥销固 定在导向壳体上，减速器出轴上的齿轮Z7与刀盘内齿 圈Z8啮合，驱动刀盘旋转。 n两台电动机中有一台为双出轴、装有液压驱动的摩擦 离合器和油马达组成的刀盘点动装置，供刀盘空转、 定位之用。利用点动装置可实现刀盘的微动，以找准 刀盘入口位置，使操作者可进入刀盘前面进行检查及 更换刀具。 v导向机构的结构简图如图4-3-16。 n导向壳体9前面通过组合轴承支承刀盘，后面与掘进机 大梁联接，并与下支撑板1和侧支承板3及护板6构成一 个圆形支撑环。 n导向壳体与下支撑板

37、间用螺栓固定，成为固定支撑。 必要时也可去掉螺栓，借助下油缸2使导向壳体相对下 支撑板作上下移动，使掘进头可以升降。 n左右侧支撑板3主要对刀盘起稳定作用，掘进过程中可 以通过楔形调向油缸11使侧支撑板做微量调整，然后 用锁定油缸4锁定，以便利司机准确操作。 n护顶板6主要起临时支护顶板作用，工作时带压前移， 以保证支护的良好。通过护顶油缸和四连杆机构（图 4-3-14）可使护顶板平行升降。 3、水平支撑与推进机构 水平支撑与推进机构给刀盘工作机构以所需的推进力， 并使掘进机实现液压迈步行走，其结构如图4-3-17所 示。 v水平支撑油缸7可把水平支撑板3紧在巷道两帮 上，其活塞杆端与支撑板间

38、用球头连接，以适 应巷道两帮不平行和不平整的情况。 n鞍座4与水平支撑油缸7之间通过四个斜油缸2 和十字销相联接。 n掘进机大梁上的滑轨插入鞍座上的滑道内，使 整个水平支撑与推进机构可沿大梁的滑轨作前 后移动。 n鞍座可带动大梁的尾部上下、左右移动，或使 大梁左、右回转，大梁的这种支撑方式称为浮 动支撑方式。 v机器的推进由四个推进油缸1完成，每个油缸的两端分 别与水平支撑板和导向壳体铰接。 n掘进机工作时，水平支撑油缸把支撑板撑紧在巷道两 帮，支承住掘进机后半部的重量。然后就可以收缩掘 进机后部的支撑油缸，再利用推进油缸把机头架、大 梁、司机室等和刀盘一起推向工作面。 n借助推进油缸的推进力

39、和刀盘的旋转，使机器向前掘 进，当一个推进行程完了时， 将掘进机后部的支撑油 缸活塞杆伸出，支承住机器后半部的重量，然后收缩 水平支撑油缸，再收缩推进油缸，使水平支撑机构向 前移动一个行程，完成一个迈步行走过程。不断重复 上述过程，机器即以液压迈步的方式向前掘进。 v控制掘进机的推进方向是个至关重要的问题， 直接影响到掘进机的正常工作。TBM32型掘进 机采用激光定向器来指示和检测掘进方向。当 发现有偏差时，可利用浮动支撑机构进行纠偏， 以确保掘进机按预定方向和规定坡度向前推进。 v掘进机的调向纠偏主要依靠四个斜油缸和水平 支撑油缸，其操作有以下三种： （1）水平调向 在水平支撑油缸撑紧、即中

40、间 活塞腔进压力油时，如在左活塞杆腔送入低压 油，右活塞杆腔放出低压油，则刚体向左移， 并带动鞍座和大梁，使大梁以机头架下支撑板 为支点向左转动，掘进方向右转（图4-3-18 上）；反之则向左转弯（图4-3-18下）。 （2）垂直调向 在水平支撑油缸撑紧的情况下， 四个斜油缸同时伸或缩，可使鞍座带动大梁腰 部上升或下降，从而使掘进轴线向下或向上倾 斜，可掘出下坡或上坡巷道。 （3）机器绕轴线偏转的调整机器在掘进过程中， 因刀盘旋转截割岩石而产生的反扭矩常导致机 器绕其纵轴线偏转。出项这种情况时，可操作 左、右两侧的斜油缸反向动作，使鞍座绕十字 销带动大梁回转，即可纠正机器的向左或向右 倾斜。

41、4、其它 nTMB32型岩石掘进机的大梁是用钢板焊成的中空结构 件，其前端固定在导向壳体上，中间的滑轨与鞍座上 的滑道相滑配，使大梁支承在鞍座上。大梁后段主要 用于悬挂操纵室和后支撑机构。大梁中空部分安置通 风管道，大梁上部铺设主皮带机。主皮带机由液压马 达驱动，可调速，用于将工作面碎落的岩石运出。 n操纵室内装有液压和电气控制装置，如液压系统泵站， 机器控制台等。 n主机机身还设置了一台液压锚杆钻机，可在岩石硬度f 7的条件下钻凿锚杆孔。 n除主机外，掘进机工作时还需要其它一些配套设备， 如皮带转载机、除尘器、水泵以及移动变电站和电机 控制开关箱等。 nTBM32型岩石掘进机采用综合除尘措施

42、，以降低巷道 中空气的含尘浓度。 全断面岩石掘进机的使用选型 1、地质因素分析 主要从工程的地质条件是否适宜掘 进机和影响开挖效率的因素来加以考虑 ，并根据不同的地质情况选择合适类型 的掘进机。 （1）掘进机对地质条件的适应性 以下地质条件一般不适宜掘进机的施 工。塑性地压大的软弱围岩；类沙性土 构成的软弱围岩和具有中等发下膨胀性 的围岩；断层破碎带，岩溶发育带，严 重涌水地段，岩石单轴抗压强度超过 350MPa的极硬岩且节理不发育、高硬度 或高拉伸强度及高磨蚀性岩石材料。 （2）影响掘进效率的主要地质因素 岩石的单轴抗压强度是影响掘进效率的关 键因素之一。一般掘进机最适合掘进抗压强度 为30

43、-150MPa的硬岩。根据统计，大多数已建 工程的岩石平均单轴抗压强度为75-175MPa， 最大单轴抗压强度为350MPa。岩石的硬度和 耐磨性越高，刀具消耗和施工成本就越高，造 成停机换刀次数增加，影响掘进速度，岩体的 结构面发育程度，即岩体的裂隙化程度或岩体 的完整程度与掘进效率有很大的关系。抗压强 度、硬度、耐磨性相同或相近的岩体，若结构 面发育程度不同，掘进机的纯掘进速度的差异 明显。 2、掘进性能的要求 选用掘进机时，需要根据工期、工程 地质、工程设计和施工工艺等多种因素 的要求，对掘进性能提出相应的要求， 衡量掘进性能的指标主要为纯掘进速率 、完好率、利用率和刀具消耗等。 (1)

44、纯掘进速率 纯掘进速率为刀盘每转进尺毫米数乘以刀盘 转速。在此基础上，可以进一步预计出小时进 尺、日进尺、周进尺、月进尺等。纯掘进速率 主要受机器设计参数和地质参数的影响。因此 ，根据工程地质情况和工期要求，可以向掘进 机制造商提出合理的机器特性要求，并评判其 设计参数是否满足掘进速度要求，或进行掘进 速度预测。近20年来，掘进技术水平大致为： 20世纪80年代最高日进尺为30-40mm，月平 均进尺为300-500mm，20世纪90年代最高日 进尺为45-60mm，月平均进尺500-700mm。 （2）完好率 完好效率包括掘进机的系统可靠度和维修度两方面 因素，在正确使用和维护要求前提下，这

45、是一个主要 取决于制造商的性能参数。维尔特（Wirth)公司生产的 掘进机在25个重要工程的应用实践表明，掘进机系统 完好率达70%-90%。 （3）利用率 利用率是掘进时间占总施工时间的比例，其一方面 取决于设备的完好率，另一方面取决于工程地质情况 和现场组织管理水平。常常因为岩石支护士作业、出 渣作业、材料运输等原因延误造成停机，从而使利用 率降低。按目前技术水平，平均利用率在40%左右。 对于施工单位，一方面可以要求制造商提高机器的完 好率；另一方面在选型设计中要考虑好掘进、出渣、 支护等各分系统间的协调配置，并提高施工组织管理 水平，以提高掘进机的利用率。 （4）刀具的消耗 一定岩石条件下，刀具的消耗一方 面取决于刀具的质量和刀具在刀盘上的 总体布置，也与刀具的使用和维护技术 水平有关，选型设计时可要求制造商提 供开挖单位立方米岩石刀具消耗费用或 数量的参考值，以便进行刀具质量评判 和刀具投资消耗预测。 3