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掘进机在采矿和隧道业中的应用
摘要
掘进机为方便的挖掘中硬岩石提供了一个独特的能力。因此,广泛地被用于地下,采矿和隧道掘进。在成功使用掘进机方面的一个具有决定性的议题是提高机器生产率和降低钻掘成本的可靠性分析。这篇文章提出并且讨论科罗拉多学校地球力学研究会最近完成的工作对于挖掘在历史上的使用数据当作一个动态的性能模型。这个模型是从不同的掘进机在各式各样的地质条件下工作为基础来广泛收集的数据。这篇文章也讨论这一数据库的发展和含量被源自估计掘进机的截割率和截割头能耗的预测为程序。
介绍
目前,机械挖掘系统广大的使用在采矿和市政建造行业上,主要的趋势是提高生产率和减低成本。这些主要的好处就是减少了土地的占有量;同时,增强了工人的安全性。这些优点主要取决于机器性能的大幅度提高,这些可靠性已经造成采掘市场的扩大,并且工人的水平得到了提高。
掘进机是一种广泛应用在地下软硬岩石的挖掘上的机器,特别是对于那些沉积岩。他们用在软岩采矿行业的生产和发展(也就是,巷道掘进、支护,打洞,等等)。特别是用在煤矿,矿山上。在市政建设中,经常使用在较软地面的管道开掘(铁路、公路、排水沟、导流管道等等)。连同于扩大巷道或者地下结构的复原。而且掘进机的应用能力非常广泛,基本可以挖掘任何结构和断面的尺寸,不管巷道断面有复杂,都能满足人们的需求。因此,受到人们的一致欢迎。
除了那些高的机动灵活性和适应性之外,掘进机另外一个最大的优点就是成本低廉,经济性好。一般的掘进机都有很大的功率,但却是通过电磁方便的控制。因此,与其他机器相比,它能够较好的掘进硬岩和粉碎。例如连续开采和挖掘。
掘进机近50年的发展
掘进机最初的使用是在上世纪50年代煤矿的开采中。今天,在科技高速发展的推动下,人们设计的掘进机性能和其他方面都有了很大的进步,它们的应用已经远远超过了煤炭开采的范围。主要的改进发生在最近这50年。包括,机器的重量和尺寸比以往增大了很多,截割头功率加大、支护杆,耙抓机构和控制系统都得到了很大的改进。高效率截割头的设计,高截割率截割齿的发展,高压水细射流辅助截割,电液一体化,较大地方使用自动控制系统以及根据不同地质条件间接控制。所以的这些都使机器的截割能力、工作效率、功率等都得到了长足的提高。
机器的重量已经高达120吨左右,那样接地比压得到提高。使机器更加稳定和坚固,那么,在截割较硬的岩石时,面对大的冲击机器仍然能保证较少的振动,维修率降低。目前,掘进机的功率可达到500KW左右,使扭矩得到提高。现在的机器截割断面可达到
100m2。采用计算机辅助设计,使截割头的布置可达到一个最佳点切入岩石表面,那样的话截割头的工作效率达到最佳状态。截齿已经从简单的钻发展到了锥形。煤岩装载机构和转运机构也得到了很大的进步,可达到生产率的要求。中间输送机现在被制造成可伸缩式,使结构简单化,装运方便。前面装有防护设施,使截割下来的岩石以及截割过程中产生的粉尘挡在外面,保证了操作人员的安全。掘进机也能配备激光指导的对准控制系统,由计算机先分析出最佳的截割轮廓,如果按照此顺序截割的话,截割效率和生产力都有成倍的提高。图1展示的是一个横轴式悬臂掘进机以及耙抓机构。
图-1 横轴式掘进机
普遍性、良好的控制性、和选择性的采矿能力是掘进机发展中需要大力改进的因素,普遍性即指我们设计的