掘进机截割头受力分析与掘进实例分析
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摘 要：掘进机设备是现代煤矿掘进采煤工艺当中常用到的关键生产设备，通过对掘进机的截割头部分受力情况进行分析，能够帮助合理选择采煤工艺方法。本文将以掘进机生产环境研究为主要出发点，对常见掘进机设备的截割头部分在煤矿开采过程中所面临的受力情况进行理论分析及实例研究。
关键词：掘进机;煤矿;受力环境;采煤
煤矿综合采煤环境当中，巷道施工离不开掘进机设备。随着现代化技术的发展，煤矿综采掘进机设备开始步入到自动化控制时代，借助自动掘进、自动生产，实现掘进作业与开采作业的相互协调。不同的煤矿巷道环境存在围岩、支护水平的应力差异，掘进机负责进行切割土层的截割头会受到不同应力变化的影响，出现受力浮动。在自动化掘进机使用过程中，需要进行截割头的受力情况分析。
1 掘进机截割头的煤矿综采受力分析
1.1 掘进机截割头运行过程中与所在巷道土层的相对关系
掘进机在煤矿当中，需要针对所在煤矿每层进行割破，并利用自身具有的截齿进行切割。在不同的煤矿环境当中，土层结构、砂石类型等，对于掘进机设备的影响巨大，截割头在这些环境当中容易受到不同的应力影响，出现截割能力下降等问题。为了能够完成基于巷道所在土层环境下截割头受力情况的研究，需要首先对掘进机在掘进过程中截割头和土层之间的相对位置和变化规律进行模拟，从而准确做出掘进过程中截割头的受力判断。一般来说，掘进机在行进时，截割头分别需要在水平方向和轴方向当中运动，其中水平方向主要以掘进机行进速度v作为向前速度，而轴方向则是以截割头中轴为中心，以角速度w为旋转速度，同步进行。这种运行方式使其在行进过程中，与土层切割之间形成了复合力，因此，仅需要对掘进过程中的复合力做出分析，便可以了解掘进机截割头的受力情况。
1.2 巷道环境中掘进机截割头的力学分析方法
笔者提出，掘进机截割头在进行水平行进和轴旋转时，能够针对所在巷道掘进土层当中形成复合力，在力学分析时，应当将复合力作为分析对象，通过对土层内部的应力分布情况进行数据统计的方式，获取掘进机在行进过程中面对土层所施加的矢量力。
笔者根据实际的掘进机截割头运行绘制了受力分解，土层内部，掘进机的整个行进过程为水平方向的向前运动，进行运动时土层返回进给阻力位F1;通常情况下，煤矿综采所使用的掘进机截割头整体形态为类三角形，这种形状的截割头会形成对于土层侧向的挤压力，因此会受到土层侧向阻力F2;掘进机的截割头所进行的轴旋转运动，其所形成的角速度w施加了对土层煤矿的旋转切削力，而土层内部对于旋转速度所形成的阻力被设定为F3。针对不同的掘进机设备使用时长和不同的作业生产环境，可以从这一受力环境出发，展开基于锐齿、钝齿两种不同状态下的阻力分析。其中钝齿截割阻力设定为Z，而锐齿截割阻力设定为Z0，并借助煤层脆弱程度、截刃宽度以及切削厚度等情况进行统计计算，获得截割头在不同状态下的受力载荷情况。
2 掘进采煤工艺方法的实例分析
2.1 某煤矿开采项目的基本情况
本文所在煤矿单位为国内某大中型煤矿，该煤矿主要采用矿井开采方式，通过主斜井和副立井结合的方式，实现井下联合开拓。煤矿所在地质环境相对特殊，矿井下土质环境主要以硬质岩、砂质泥岩为主要土壤，掘进开采难度巨大。先期工程规划根据勘探煤层位置设定了掘进巷道断面尺寸面积应当大于5m×4m标准，运输巷道全程需要达到1公里以上，方能满足巷道工作面开采运输需求。
2.2 煤矿掘进开采的工艺选择
在目前常见的掘进开采方案当中，掘进过程中需要利用配套装置对掘进土壤进行运输，因此如何正确选择配套机械成为了掘进采煤工艺规划的重要环节。煤矿掘进常用运输机组设备主要有皮带机、刮板运输机、梭车、矿车等，不同机械设备的实际应用场景和使用条件各不相同。在对煤矿井下环境和巷道规划长度、截面积分析之后，项目单位最终选择了皮带机设备作为辅助運输设备开展掘进采煤工作。相比于其他类型的采煤运输工艺设备，皮带机在掘进过程中能够通过与转载机的相互配合，保证掘进机连续掘进作业，从而达到规划标准当中的巷道规模，提高采煤工作的实际开采效率。
2.3 掘进开采当中的注意事项
本文所研究的掘进机设备是煤矿掘进开采的主力设备，一旦掘进机截割头装置在实际应用中，出现不科学使用，容易出现较为严重的损耗现象，影响掘进作业。笔者观察到，在以往的掘进机设备使用过程中，常常出现因使用环境、应用方式等问题而产生截割头磨损、电机磨损、轴承磨损等现象。以截割头磨损为例，在受力环境特殊、负荷承受较高的环境下，截割头的截齿基座容易出现开裂现象，影响正常使用。因此煤矿开采单位除了要进行煤矿环境分析，还应当对截割头进行定期的保养和更换。
3 结论
煤矿巷道工作面的掘进开采工艺是综合采煤工艺的组成部分，在相对复杂的井下环境中，煤矿掘进机设备需要针对土层环境做出受力规划分析，并积极采取维护措施和工艺规划设计策略，保障掘进过程的稳定、高效。
参考文献：
[1]陈文莉，福井胜则，大久保诚介.关于掘进机械破碎岩片的研究[J].岩石力学与工程学报，2003，22（6）：1037-1043.
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