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采煤機(jī)是煤炭開(kāi)采的核心裝備,，為實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采機(jī)械化,、自動(dòng)化發(fā)揮了關(guān)鍵作用。采煤機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展已走過(guò)150年歷程,，形成了機(jī)型豐富,、功能齊全的機(jī)型系列，成為現(xiàn)代煤礦必不可少的基礎(chǔ)裝備,。在采煤機(jī)的發(fā)展過(guò)程中,，包含著機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新智慧，展現(xiàn)了采礦機(jī)械的制造技術(shù),，是機(jī)械工程技術(shù)發(fā)展的重要方面之一,。 博古以通今。查閱現(xiàn)有資料,，找不到一份比較全面回顧采煤機(jī)發(fā)展的文獻(xiàn),，因此，筆者沿著采煤機(jī)研發(fā)時(shí)間軸,，對(duì)眾多采煤機(jī)研發(fā)歷程進(jìn)行了梳理,，為采煤機(jī)的創(chuàng)新溯本求源，并為進(jìn)一步創(chuàng)制新型采煤機(jī)提供啟發(fā),。 鑒史以求新,。第一臺(tái)采煤機(jī)出自何時(shí)？采煤機(jī)推陳出新的節(jié)點(diǎn)在何處,？人類(lèi)創(chuàng)造采煤機(jī)的靈感和技巧有哪些,？這是一位煤機(jī)人應(yīng)當(dāng)了解的學(xué)科信息。為此,，筆者從浩瀚的公開(kāi)文字和圖片中挖掘采煤機(jī)研發(fā)信息,，并通過(guò)分析和梳理，形成了采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程系列介紹,，從中可以洞見(jiàn)采煤機(jī)技術(shù)進(jìn)步對(duì)煤炭開(kāi)采工藝的變革驅(qū)動(dòng),，感悟人們?cè)诓擅簷C(jī)創(chuàng)造之中展現(xiàn)的技術(shù)哲學(xué)。 采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程系列包含10個(gè)部分：截煤機(jī),、刨煤機(jī),、鉆煤機(jī)、滾筒采煤機(jī),、連續(xù)采煤機(jī),、露天采煤機(jī),、電牽引采煤機(jī)，以及采煤機(jī)可靠性,、煤巖界面探測(cè),、采煤機(jī)自動(dòng)化，限于期刊篇幅,，將分期發(fā)表,，本篇介紹截煤機(jī)、刨煤機(jī),、鉆煤機(jī)的發(fā)展歷程,。 1 采煤機(jī)技術(shù)創(chuàng)新脈絡(luò)采煤機(jī)是用于煤層切削、裝載一體化作業(yè)的采礦機(jī)械,，依靠切削機(jī)具(截齒)來(lái)切削“煤層工件”,，包括截割、行走,、裝載,、動(dòng)力、控制等組成部件,，由不同部件組合就形成了各種形式的采煤機(jī),。 采煤機(jī)技術(shù)的創(chuàng)新遵循了功能 1.1 5項(xiàng)采煤功能地下煤層在空間分布上呈現(xiàn)各種變化,，從其空間幾何及材料特性來(lái)區(qū)分，采煤機(jī)會(huì)遇到不同的煤層切削功能需求,。 (1)厚薄煤層切削,。煤層厚度分為6個(gè)級(jí)別，即厚度小于0.8 m的極薄煤層,，厚度0.8～1.3 m的薄煤層,，厚度1.3～3.5 m的中厚煤層，厚度3.5～5 m的厚煤層,，厚度5～8 m的超厚煤層和厚度大于8 m的特厚煤層,，煤層厚度對(duì)采煤機(jī)的可采高度提出功能需求，這是采煤機(jī)最為重要的功能特性,。 (2)傾斜煤層切削,。煤層傾斜度分為4個(gè)級(jí)別，即傾角小于8°的近水平煤層,，傾角8°～25°的緩傾斜煤層,，傾角25°～45°的中傾斜煤層,，傾角大于45°的急傾斜煤層。在傾角大于35°煤層工作的采煤機(jī)稱(chēng)為大傾角采煤機(jī),，要求其牽引力大,、爬坡能力強(qiáng)，且有可靠的防滑制動(dòng)裝置,，配有后備防滑液壓絞車(chē),。 (3)長(zhǎng)短煤層切削。根據(jù)煤層賦存條件,，分為工作面長(zhǎng)度大于50 m的長(zhǎng)壁開(kāi)采,，工作面長(zhǎng)度小于50 m的短壁開(kāi)采，它們對(duì)采煤機(jī)的行走方式和截割機(jī)具布置方式有特殊要求,，長(zhǎng)壁采煤機(jī)一般采用導(dǎo)軌牽引和側(cè)方切削,，而短壁采煤機(jī)一般采用履帶行走和前方切削。 (4)軟硬煤層切削,。煤層按硬度f(wàn)分為5個(gè)級(jí)別,，即f為4.0～5.0的極硬煤層，f為3.0～4.0的硬煤層,，f為1.5～3.0的中硬煤層,，f為0.8～1.5的軟煤層和f為0.5～0.8的極軟煤層，切削f大于3的煤層的采煤機(jī)應(yīng)滿(mǎn)足截割部大功率和硬質(zhì)截齒的功能要求,。 (5)起伏煤層切削,。受地質(zhì)構(gòu)造因素影響，煤層彎曲變形而引起厚度變化,，因此要求采煤機(jī)具有可調(diào)高搖臂及自動(dòng)調(diào)高截割功能,，以實(shí)現(xiàn)煤層的仿形切削。 1.2 4類(lèi)切削機(jī)具采煤機(jī)就如同煤層的切削機(jī)床,，金屬加工機(jī)床的技術(shù)發(fā)明對(duì)采煤機(jī)切削原理創(chuàng)新具有啟示作用,。1808 年英國(guó)人紐伯里發(fā)明了帶鋸機(jī)，1839年瑞士機(jī)械技師鮑德默研制出龍門(mén)刨床,，1851年美國(guó)機(jī)械技師弗德里克研制出平面銑床,，1862年英國(guó)人惠特沃斯展示第1臺(tái)鑄鐵柜架的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)鉆床?？梢?jiàn),，19世紀(jì)中期正值蒸汽機(jī)用于動(dòng)力采煤機(jī)械，歐洲人將近代金屬切削機(jī)床原理用于煤層切削,，50多年之后在蘇聯(lián),、英國(guó)、德國(guó)誕生了最早的采煤機(jī),，其機(jī)型發(fā)展經(jīng)歷了鋸削式 
圖1 采煤機(jī)切削煤層的4種方式 (1)鋸削式采煤機(jī),。屬于深截式截煤機(jī),，把循環(huán)運(yùn)動(dòng)截鏈切入煤層，依靠截鏈上的鋸切破煤,，運(yùn)行時(shí)用鋼絲繩牽引截煤機(jī)沿著工作面前行,，分為圓盤(pán)式、截桿式和截鏈?zhǔn)健?/p> (2)刨削式采煤機(jī),。屬于淺截式刨煤機(jī),，依靠深入煤層的刨刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)刨削煤層。 (3)鉆削式采煤機(jī),。屬于鉆進(jìn)式采煤機(jī),，把帶有鉆頭的螺旋筒鉆入煤層，由螺旋筒中部的刀齒切割破煤,。 (4)銑削式采煤機(jī),。屬于淺截式滾筒采煤機(jī)，滾筒外表面的螺旋導(dǎo)板上排列截齒,，依靠滾動(dòng)截齒對(duì)煤層進(jìn)行周銑切削,，通過(guò)螺旋導(dǎo)板把落煤裝入輸送機(jī)。 1.3 4種行走機(jī)構(gòu)行走機(jī)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)沿著工作面移動(dòng)的牽引裝置,，在采煤機(jī)上設(shè)置行走機(jī)構(gòu)稱(chēng)為內(nèi)牽引,，在工作面兩端設(shè)置行走機(jī)構(gòu)稱(chēng)為外牽引。采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)主要基于嚙合原理形成驅(qū)動(dòng)力,，有4種行走方式,，如圖2所示。 (1)繩嚙合驅(qū)動(dòng)(絞車(chē)外牽引),。采用鋼絲繩纏繞絞車(chē)牽引采煤機(jī)行走,，分為電動(dòng)絞車(chē)和液動(dòng)絞車(chē)牽引，屬于外牽引,，其行進(jìn)速度由絞車(chē)轉(zhuǎn)速調(diào)速。 (2)鏈嚙合驅(qū)動(dòng)(錨鏈內(nèi)牽引),。利用機(jī)載鏈輪與工作面的錨鏈之間的嚙合力來(lái)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)行走,，屬于內(nèi)牽引，分為液壓調(diào)速和電動(dòng)調(diào)速,。 (3)齒嚙合驅(qū)動(dòng)(齒輪內(nèi)牽引),。利用機(jī)載齒輪與刮板機(jī)的齒軌、銷(xiāo)軌,、鏈軌之間的嚙合力來(lái)驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)行走,，形成了齒軌式,、銷(xiāo)軌式、鏈軌式無(wú)鏈牽引機(jī)構(gòu),，分為液壓調(diào)速和電動(dòng)調(diào)速,。 (4)履帶式驅(qū)動(dòng)(履帶自行走)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)齒輪與履帶鏈之間的嚙合,，連續(xù)不斷地把履帶從后方卷起,，使接觸地面的履帶對(duì)地面形成摩擦推動(dòng)力，從而使采煤機(jī)向前行走,，這種行走方式機(jī)動(dòng)性好,，主要用于短壁采煤機(jī)和露天采礦機(jī)。 
圖2 采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)的4種形式 1.4 6個(gè)控制能力在采煤機(jī)切削煤層的過(guò)程中,，必須有可靠的控制技術(shù)保證,，才能實(shí)現(xiàn)安全高效開(kāi)采。在工作面運(yùn)行的采煤機(jī)有6個(gè)自由度,，如圖3所示,，包括3個(gè)平移自由度和3個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，它們須滿(mǎn)足不同程度的控制要求,。 (1)行走方向的調(diào)速能力,。煤層構(gòu)造不穩(wěn)定，夾雜一些異構(gòu)介質(zhì),，其硬度變化很大,，因此要求采煤機(jī)具有速度可調(diào)節(jié)功能，以避免過(guò)載,、沖擊引起的故障,。 (2)推進(jìn)方向的調(diào)偏能力。采煤機(jī)在刮板輸送機(jī)導(dǎo)軌上行走,，在其推進(jìn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生直線(xiàn)度偏差,，因此需要采煤機(jī)軌跡檢測(cè)功能，進(jìn)而導(dǎo)控液壓支架對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)直和調(diào)向控制,。 (3)采高方向的調(diào)高能力,。當(dāng)煤層厚度發(fā)生變化時(shí)，要求采煤機(jī)能夠自動(dòng)識(shí)別厚度變化并實(shí)時(shí)進(jìn)行煤巖界面的仿形截割控制,，即業(yè)界通稱(chēng)的滾筒自動(dòng)調(diào)高功能,。 
圖3 采煤機(jī)6個(gè)自由度及控制功能 (4)切削速度的調(diào)轉(zhuǎn)能力。當(dāng)采煤機(jī)功率和滾筒直徑確定之后,，切削速度或滾筒轉(zhuǎn)速直接影響采煤機(jī)截割能力和裝煤能力,，因此滾筒調(diào)轉(zhuǎn)功能是高檔采煤機(jī)智能化能力的體現(xiàn)，目前的采煤機(jī)尚無(wú)這種能力。 (5)傾斜開(kāi)采的防滑能力,。在傾角大于30°煤層工作的采煤機(jī)處于俯采或仰采工況,，會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)下滑或牽引電機(jī)堵轉(zhuǎn)的故障，因此采煤機(jī)應(yīng)有可根據(jù)工作面傾角變化而自適應(yīng)調(diào)節(jié)牽引力(下滑阻力)的功能,，以確保不同工作面傾角下的采煤機(jī)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行,。 (6)側(cè)翻姿態(tài)的調(diào)平能力。采煤工作面底板有時(shí)會(huì)出現(xiàn)傾斜,，導(dǎo)致采煤機(jī)側(cè)向翻轉(zhuǎn),，甚至?xí)霈F(xiàn)采煤機(jī)側(cè)翻事故，因此采煤機(jī)應(yīng)具有側(cè)向支撐高度調(diào)節(jié)功能,，當(dāng)機(jī)身翻轉(zhuǎn)角度超限時(shí),，能夠自動(dòng)調(diào)平控制。 在采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展中,，控制能力提升走過(guò)了從人工跟機(jī)操作到近程,、遠(yuǎn)程遙控，再到自動(dòng)控制的過(guò)程,，最早研發(fā)并應(yīng)用的是牽引調(diào)速技術(shù),，研究最多的是自動(dòng)調(diào)高技術(shù)，近年研究熱點(diǎn)集中于自動(dòng)調(diào)偏技術(shù),。 1.5 采煤機(jī)三維構(gòu)型集合采煤機(jī)是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng),，要用系統(tǒng)思維來(lái)研究創(chuàng)制新機(jī)型，它的基本要素是切削機(jī)具,、行走機(jī)構(gòu)和控制能力,，基于這3個(gè)維度，采煤機(jī)的構(gòu)型集合如圖4所示,。在截割維度,，以J1、J2,、J3,、J4代表鋸削、刨削,、鉆削,、銑削的截割模式；在牽引維度,，以Q1,、Q2、Q3,、Q4代表繩嚙合、鏈嚙合,、齒嚙合,、履帶式的牽引模式,；在控制維度，以K1,、K2,、K3、K4代表隨控,、遙控,、自控、自主的控制模式,。由此可見(jiàn),，3個(gè)維度的要素有所進(jìn)步或變革，可組合出多種類(lèi)型的采煤機(jī),，共有64種采煤機(jī)結(jié)構(gòu)型式,。例如，J1Q4K1是最早研發(fā)出來(lái)的頓巴斯截煤機(jī),，J4Q3K2是當(dāng)前普遍使用的無(wú)鏈牽引滾筒采煤機(jī),，J4Q4K3是自動(dòng)化的履帶式連采機(jī)，如此還可以組合新型采煤機(jī)構(gòu)型,。在圖4中可以看到,，采煤機(jī)發(fā)展歷程是從低維向高維進(jìn)化的過(guò)程，最早的鏈鋸式割煤機(jī)處于(1,1,1)層級(jí),，而目前熱點(diǎn)的智能化滾筒采煤機(jī)處于(4,3,3)層級(jí),，智能化刨煤機(jī)處于(2,3,3)層級(jí)。 針對(duì)本篇敘述的割煤機(jī),、鉆煤機(jī),、刨煤機(jī)，它們的創(chuàng)造始點(diǎn)及時(shí)間歷程如圖5所示,。 
圖4 采煤機(jī)構(gòu)型三維集合模式 
圖5 截煤機(jī),、刨煤機(jī)、鉆煤機(jī)的創(chuàng)始時(shí)間軸 2 鋸削式截煤機(jī)2.1 國(guó)外截煤機(jī)發(fā)展歷程截煤機(jī)是利用截桿或截盤(pán)在煤層中截縫或開(kāi)槽的機(jī)器,，如圖6所示,，截割機(jī)具是扁平、彎曲或環(huán)形的截盤(pán),，截盤(pán)是裝有截齒的運(yùn)動(dòng)截鏈,。長(zhǎng)工作面使用鋼絲繩牽引的截煤機(jī)，短工作面使用履帶行走的截煤機(jī),。 
圖6 截煤機(jī)在工作面割煤原理 2.1.1 截煤機(jī)的前期發(fā)展 1870年,，英國(guó)創(chuàng)造了世界第1臺(tái)截桿式截煤機(jī)，以壓縮空氣作為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)了最早也是最簡(jiǎn)單的動(dòng)力機(jī)械工具采煤,。其原理示意圖見(jiàn)圖7,。
圖7 截桿式截煤機(jī)結(jié)構(gòu)形式 1900年，德國(guó)威斯特伐利亞公司(GEW)所在地波鴻市及魯爾礦區(qū)的煤礦數(shù)量激增,，該公司大幅度增產(chǎn)采礦設(shè)備[1],。1910年，GEW公司在布魯塞爾世界博覽會(huì)上展出采礦設(shè)備并獲獎(jiǎng),。 1911年,，美國(guó)杰弗里(Jeffrey M)制造公司組織研發(fā)截煤機(jī)/裝載機(jī)，即兼有掏槽和裝煤功能的聯(lián)合采煤機(jī),。1913 年,，杰弗里制造公司推出M34-A型水平巷道掘進(jìn)機(jī)。 1914年,，德國(guó)GEW公司制造出世界第1臺(tái)鏈?zhǔn)綘恳貤U式割煤機(jī),。 1916年，美國(guó)久益機(jī)器公司(Joy Machines Ltd.)制造出世界上首臺(tái)蟹爪式裝載機(jī)(4BU型,，如圖8所示),，并在匹茲堡煤炭公司索瑪(Sommer)2號(hào)煤礦應(yīng)用。 1926年,，美國(guó)煤礦井下開(kāi)始用裝煤機(jī)代替手工裝煤,，提高了生產(chǎn)率。 2.1.2 蘇聯(lián)對(duì)截煤機(jī)的創(chuàng)新貢獻(xiàn) 蘇聯(lián)對(duì)推動(dòng)截煤機(jī)創(chuàng)新和發(fā)展發(fā)揮了重要作用,，十月革命之時(shí),，全蘇聯(lián)的煤礦只有24臺(tái)截煤機(jī)，采煤機(jī)械化程度僅為4%,。為了加快煤炭工業(yè)發(fā)展,，蘇聯(lián)相關(guān)研究院與制造廠(chǎng)合作研發(fā)了多種截煤機(jī)設(shè)備[2-4]。其中,，蘇聯(lián)克拉馬托爾機(jī)械制造廠(chǎng)在1923年生產(chǎn)出蘇聯(lián)第1批截桿式截煤機(jī),。1928年，基洛夫機(jī)械制造廠(chǎng)制造出 ДТ 型重型鏈?zhǔn)浇孛簷C(jī)和 ДЛ 型輕型截煤機(jī),。高爾洛夫斯基工廠(chǎng)是截煤機(jī)創(chuàng)制高地和功臣,，其成果蘊(yùn)含著一大批煤礦機(jī)械專(zhuān)家的創(chuàng)造性智慧。
圖8 久益公司的最早采煤機(jī)械(蟹爪裝載機(jī)) (1)20世紀(jì)20-30年代蘇聯(lián)截煤機(jī)發(fā)展,。1929年,，高爾洛夫斯基工廠(chǎng)研制出第1批用于短壁工作面的履帶式ДТ-2型和ДТ-3型巷道掘進(jìn)截煤機(jī)；1931年,，該廠(chǎng)在 ДТ 型截煤機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn),，制造出 ДТК 型截煤機(jī),；1934年又改進(jìn)成ДТК-2型，開(kāi)始批量生產(chǎn),，并設(shè)計(jì)了截縫高度僅為75 mm的薄截盤(pán),；1935年，工程師阿·克·謝爾丘克設(shè)計(jì)出曲折截盤(pán)式截煤機(jī),，如圖9所示，曲折截盤(pán)具有破碎煤層的作用,，實(shí)現(xiàn)截縫與破碎一體化作業(yè),，無(wú)需再打孔放炮；1936年,，該廠(chǎng)研制出用于開(kāi)采緩傾斜煤層的 ГTК-3重型截煤機(jī)和急傾斜薄煤層的 ГTК-4重型截煤機(jī),，ГTК-4型截煤機(jī)加裝了防滑保護(hù)的鋼絲繩絞車(chē)；1937年,，該廠(chǎng)設(shè)計(jì)了立式截割與鏈鋸截盤(pán)相結(jié)合的截煤機(jī),，如圖10所示，截框?qū)挾?70 mm,，截盤(pán)厚度87 mm,，牽引速度0.58 m/min；1938年,，該廠(chǎng)生產(chǎn)制造出ВСБ-1型截煤機(jī),，裝在ГTК-3M機(jī)架上使用，帶有雙層截盤(pán),，使落煤效率提高30%～40%,；同年，該廠(chǎng)制造出ГВУ巷道掘進(jìn)重型截煤機(jī),，設(shè)有3 m長(zhǎng)的截盤(pán),，可旋轉(zhuǎn)360°，在任意平面內(nèi)可掏槽截縫,，并采用履帶行走方式,；1939年，該廠(chǎng)又研制出第1臺(tái)可自動(dòng)調(diào)整牽引速度的ГMA型截煤機(jī),；1940年,，該廠(chǎng)試制出ДТBК-1-40型急傾斜煤層截煤機(jī)。
圖9 裝有謝爾丘克曲折截盤(pán)的截煤機(jī)
圖10 帶有立式截桿的截煤機(jī) 此外,，蘇聯(lián)紅十月機(jī)械廠(chǎng)在1937年研制出 ЛВЩ 輕型巷道截煤機(jī),，試驗(yàn)后加以改進(jìn)并定型為ЛВЩ-2重型巷道截煤機(jī)。 (2)20世紀(jì)40-50年代蘇聯(lián)截煤機(jī)發(fā)展,。1940年,，高爾洛夫斯基工廠(chǎng)試制成功ГTA型和ГTМ型截煤機(jī),，能根據(jù)煤質(zhì)軟硬和電動(dòng)機(jī)負(fù)荷而自動(dòng)調(diào)節(jié)牽引速度；1941年,，該廠(chǎng)研制出框形截盤(pán)的截煤機(jī),，如圖11所示；1943年對(duì)ГTК-3截煤機(jī)進(jìn)行改進(jìn),，生產(chǎn)出ГTК-3M型截煤機(jī),；1944年，由礦山機(jī)械研究院恩·阿·休里斯等工程師設(shè)計(jì),，庫(kù)佩斯基機(jī)械制造廠(chǎng)試制出第1臺(tái)KM
圖11 框形截盤(pán)的截煤機(jī) 這一期間,，紅光機(jī)械制造廠(chǎng)在1940年研制出ВTУ-1型巷道萬(wàn)能截煤機(jī)，采用履帶行走,，截割部能大角度回轉(zhuǎn),，進(jìn)行水平、傾斜和垂直截割,；1944年,，礦山機(jī)械研究院恩·阿·休里斯等工程師設(shè)計(jì)，庫(kù)佩斯基機(jī)械制造廠(chǎng)試制出第1臺(tái)KM
圖12 KM 2.1.3 蘇聯(lián)截煤機(jī)康拜因發(fā)展 井下煤層截割,、落煤、裝煤全過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的聯(lián)合采煤機(jī)組被稱(chēng)為煤礦康拜因,，它是機(jī)構(gòu)學(xué)與采煤學(xué)的融合創(chuàng)新結(jié)晶,。 1926年，蘇聯(lián)第1次提出在采煤工作面使用康拜因的工作任務(wù),，并開(kāi)始了第1個(gè)采煤康拜因設(shè)計(jì),。1928年,，工程師謝爾丘克設(shè)計(jì)了C-5型康拜因，如圖13所示,，它裝有框形截盤(pán),，在截盤(pán)的上方和下方各裝有2對(duì)液壓機(jī)來(lái)破碎塊煤，康拜因行走采用液壓牽引,，1941年在列寧格勒“紅色布吉洛維茨”制造廠(chǎng)試制成功,。
圖13 C-5型康拜因 工程師維·格·耶茨基在1931年設(shè)計(jì)了Я-3型雙截盤(pán)康拜因和Я-4型單截盤(pán)康拜因；工程師謝爾丘克1938年設(shè)計(jì)了曲折截盤(pán)的C-14型康拜因,，1940年改型為C-24型康拜因,，1950年又試制出C-40型康拜因；工程師巴赫姆特斯基1939年設(shè)計(jì)了Б-6-39型康拜因如圖14所示,，1940年由高爾洛夫斯基機(jī)械廠(chǎng)制造出產(chǎn)5臺(tái)。1940年,，波多利斯基機(jī)械制造廠(chǎng)試制出ПК-1型煤巷掘進(jìn)康拜因,，如圖15所示。1948年,，礦山機(jī)械研究院改進(jìn)設(shè)計(jì)了ПК-2型掘進(jìn)康拜因并投入制造,；工程師耶·特·阿巴古莫夫1945年設(shè)計(jì)了AMB-1型康拜因，如圖16所示,，由高爾洛夫斯基機(jī)械廠(chǎng)制造,；同年，工程師斯·斯·馬卡洛夫設(shè)計(jì)了KM型康拜因,，如圖17所示,， KM-4型康拜因適用于1.8～2.1 m的煤層開(kāi)采；KM-5型康拜因取消了中間截盤(pán),，可采1.15～1.30 m的煤層,；KM-6型康拜因把上曲折截盤(pán)變?yōu)槠浇乇P(pán)，可采1.50～1.85 m的煤層,。
圖14 Б-6-39型康拜因
圖15 ПК-1型煤巷掘進(jìn)康拜因 1946年,，工程師格·阿·羅莫夫設(shè)計(jì)、高爾洛夫斯基機(jī)械廠(chǎng)制造了ЗАЛ-1型康拜因,，用于煤層厚度1～1.2 m的緩傾斜短工作面采煤,；1947年，工程師耶·特·阿巴古莫夫和阿·維·道普齊耶夫設(shè)計(jì)了BHAT-2型康拜因,，同年又設(shè)計(jì)了BHATИ型康拜因,；1947年，工程師耶·特·阿巴古莫夫單獨(dú)設(shè)計(jì)出УКА-1型康拜因,；1948年,，他們又共同設(shè)計(jì)了МБК-1型康拜因,；1948年，頓巴斯礦山技術(shù)研究院A.Д.蘇卡契,、M.H.霍林和M.Φ.高爾什柯夫聯(lián)合設(shè)計(jì)了著名的“頓巴斯”康拜因,，如圖18所示，它在MB-60重型截煤機(jī)基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn),，電機(jī)功率為65 kW,，該機(jī)可由1人駕駛，生產(chǎn)能力50～110 t/h,，顯著減少了工作面人數(shù)[5],，1949年開(kāi)始大批量制造，為此蘇卡契等人獲得了1949年斯大林金質(zhì)獎(jiǎng)?wù)隆?948年,，由礦山機(jī)械研究院工程師阿·德·格里基和阿·阿·比丘根設(shè)計(jì),，高爾洛夫斯基機(jī)械廠(chǎng)批量制造的BOM-2型截割破碎康拜因，如圖19所示,，該機(jī)利用MB-60強(qiáng)力截煤機(jī),，設(shè)有2個(gè)框形截盤(pán)，截縫高度為120 mm,，截盤(pán)高度有1.9 m,、2.3 m、2.5 m,，可選配,。1950年，蘇聯(lián)造出ПК-2M型煤層掘進(jìn)康拜因,，該機(jī)迎面掘進(jìn)端頭有2個(gè)平行豎立的鏈?zhǔn)狡浇乇P(pán),，采用履帶行走；1951年造出KK
圖16 AMB-1型康拜因
圖17 KM-4型康拜因
圖18 頓巴斯-1型康拜因
圖19 BOM-2型康拜因
圖20 基洛夫人-2K型截煤機(jī)原理 2.1.4 其他國(guó)家的截煤機(jī)研發(fā) 1937年,，德國(guó)GEW公司對(duì)截煤機(jī)進(jìn)行首輪測(cè)試,。1938年,，英國(guó)安德森公司(Anderson Boyes)研發(fā)出AB12鏈?zhǔn)浇孛簷C(jī)，用鋼絲繩牽引,，用于薄煤層截割,。 1940年，英國(guó)安德森公司生產(chǎn)AB15型截裝機(jī),，分為帶立式截桿和帶底截盤(pán)兩種型號(hào),。同年，德國(guó)赫爾布特·布朗公司(H&B)制造出鎧裝輸送機(jī)(Panzer Conveyor),，是一種裝有外置鏈條的雙鏈可彎曲刮板輸送機(jī),，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采煤提供了關(guān)鍵基礎(chǔ)。 1941年,，德國(guó)魯爾礦區(qū)井下開(kāi)始廣泛使用鎧式工作面輸送機(jī),。 1943年，英國(guó)安德森公司推出Meco-Moore截裝機(jī),，設(shè)置了底部平截盤(pán),、頂部平截盤(pán)和垂直截盤(pán)，截割的煤落在橫向傳送帶運(yùn)出工作面,。菲爾·懷爾斯(Phil Wyles)曾評(píng)價(jià)：Meco-Moore機(jī)器將改變煤炭工業(yè)。同年,，萬(wàn)克豪斯(Winkhaus)公司發(fā)明了第1套用于井下的邁步式液壓支架,。 1950年，波蘭生產(chǎn)出KW-57型截鏈?zhǔn)娇蛋菀虿擅簷C(jī),，后期派生出許多型號(hào)的KW-57改進(jìn)型采煤機(jī),。 1958年，英國(guó)安德森公司生產(chǎn)了履帶式行走的AB型萬(wàn)能截煤機(jī),，其截盤(pán)能夠切割底槽,、頂槽、豎槽,、斜槽,。 2010年，波蘭法姆爾公司推出KSW-460NE采煤機(jī),，它是一款長(zhǎng)壁開(kāi)采截煤機(jī),，可對(duì)橫向傾角小于25°及縱向傾角小于35°的煤層進(jìn)行掏槽開(kāi)采，最大開(kāi)采高度3.5 m,。 2.2 我國(guó)截煤機(jī)發(fā)展歷程1949年,，我國(guó)在吉林蛟河煤礦開(kāi)始使用蘇聯(lián)引進(jìn)的KM
圖21 1952年雙鴨山礦工在井下操作截煤機(jī) 1951年,，太原礦山機(jī)器廠(chǎng)試制成功新中國(guó)第1臺(tái)47 kW(65馬力)的KМП-1型截煤機(jī)，如圖22所示,。同年,，開(kāi)灤礦務(wù)局使用日本制造的小型截煤機(jī)，配裝自制刮板輸送機(jī),，這被視為開(kāi)灤礦區(qū)機(jī)械化采煤的開(kāi)端[8],。1952年10月，大同礦務(wù)局永定莊礦6號(hào)井試用蘇制頓巴斯-Ⅰ康拜因和張家口煤機(jī)廠(chǎng)試制的刮板運(yùn)輸機(jī),，實(shí)現(xiàn)落煤和裝煤的機(jī)械化,，當(dāng)年產(chǎn)煤1.44萬(wàn)t，這是國(guó)內(nèi)首次采煤機(jī)械化實(shí)踐[7],。
圖22 第1臺(tái)國(guó)產(chǎn)截煤機(jī)(太原礦山機(jī)器廠(chǎng)) 1953年底,，雞西煤礦機(jī)械廠(chǎng)制造出中國(guó)第1臺(tái)深截式截煤機(jī)和C-135輸送機(jī)，組成頓巴斯-Ⅰ型聯(lián)合采煤機(jī),。1954年3月,，樣機(jī)在雞西礦務(wù)局城子河礦、滴道礦和開(kāi)灤礦務(wù)局林西礦五采區(qū)6571工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),，實(shí)現(xiàn)了截煤,、落煤、裝煤過(guò)程的機(jī)械化[9],。該采煤機(jī)組為新中國(guó)之初的機(jī)械化采煤創(chuàng)造了關(guān)鍵條件,，在我國(guó)煤礦使用量逐年翻倍增長(zhǎng)，1952～1955年使用量分別為5臺(tái),、18臺(tái),、29臺(tái)、46臺(tái)(國(guó)產(chǎn)2臺(tái)),，1956年有37臺(tái)國(guó)產(chǎn)頓巴斯采煤機(jī)投入使用,，被列入我國(guó)第一個(gè)五年計(jì)劃綱要的煤礦機(jī)械化工作重點(diǎn)，登上1954年第3期《科學(xué)大眾》的封面圖片[5],，成為1955年《努力完成第一個(gè)五年建設(shè)計(jì)劃》特種郵票的18-3枚[10],，如圖23所示。
圖23 《科學(xué)大眾》封面和特種郵票的國(guó)產(chǎn)聯(lián)合采煤機(jī) 1950年代初，北京礦業(yè)學(xué)院組織教師對(duì)截煤機(jī)基礎(chǔ)問(wèn)題集中開(kāi)展了系統(tǒng)研究,，例如截齒和截鏈力學(xué),、截煤機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)、截煤機(jī)新型機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),、截煤機(jī)自動(dòng)負(fù)荷調(diào)整技術(shù)等[11-13],，這些工作對(duì)我國(guó)研發(fā)截煤機(jī)提供了重要的理論支持。 1955年,，雞西煤機(jī)廠(chǎng)仿制出蘇聯(lián)“礦工”(ГОРНЯК)型采煤康拜因,。1958年，由北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì),、雞西煤機(jī)廠(chǎng)制造的國(guó)產(chǎn)首臺(tái)東風(fēng)-Ⅰ型高效率短截鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī),，截深1 m，截床高度為1.31 m,、1.45 m,、1.6 m，在厚度1.2～1.8 m的煤層開(kāi)采產(chǎn)量為180～250 t/h[14],。第一批生產(chǎn)50臺(tái),，與張家口煤礦機(jī)械廠(chǎng)試制的可彎曲刮板輸送機(jī)組成采煤聯(lián)合機(jī)組。1959年,，雞西煤機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn) YRMT-3型采煤康拜因,，適用于薄煤層開(kāi)采。 20世紀(jì)80年代,，我國(guó)研制出MJ50型截煤機(jī),，適用于采高0.5～1.3 m、硬度f(wàn)≤4,、傾角≥35°的急傾斜煤層，切鏈在煤層底部旋轉(zhuǎn)掏槽,，使煤層底部懸空自動(dòng)落煤,，截割深度1.0～1.2 m，截縫高度0.4 m[15],。之后,，又研制出新型MJ50-1三刀截煤機(jī)，如圖24所示,。
圖24 MJ50-1型三刀截煤機(jī) 20世紀(jì)90年代,，四川樂(lè)山吉祥煤礦研制出MJLB-22型鏈?zhǔn)浇孛簷C(jī)，并衍生出MJLB15-H28,、MJLB30-H35/39,、MJLB35-H37機(jī)型，適用于中小型礦的緩傾薄煤層﹑極薄復(fù)合煤層采煤工作面切底槽和掏槽落煤。 2009年,，煤科總院唐山分院與開(kāi)灤集團(tuán)聯(lián)合研發(fā)了MBJ-130型滾筒截煤機(jī),，如圖25所示，適用于工作面長(zhǎng)度6～30 m的超短壁工作面機(jī)械化開(kāi)采,，采高1.4～2.3 m,，采用液壓雙驅(qū)牽引，牽引速度0～4.3 m/min[16],。
圖25 MBJ-130截煤機(jī) 3 刨削式刨煤機(jī)3.1 國(guó)外刨煤機(jī)發(fā)展歷程3.1.1 德國(guó)刨煤機(jī)發(fā)展歷程 德國(guó)是刨煤機(jī)的研發(fā)和制造強(qiáng)國(guó),，GEW公司創(chuàng)造了洛貝刨煤機(jī)、斜坡刨煤機(jī),、滑行拖鉤刨煤機(jī),、裝截刨煤兩用機(jī)、動(dòng)力刨煤機(jī)等機(jī)型,，其研發(fā)年代及應(yīng)用如圖26所示,。
圖26 德國(guó)早期刨煤機(jī)發(fā)展及應(yīng)用情況 1930年，GEW公司總工程師威廉·洛貝(Wilhelm Lobbe)發(fā)明洛貝型煤刨煤機(jī)并獲專(zhuān)利,；1937年,，GEW公司在依本比倫煤礦創(chuàng)制了楔形刨煤機(jī)；1941年創(chuàng)制了第1臺(tái)塔形刨煤機(jī),；1948年制造出世界上第1臺(tái)洛貝型快速靜力刨煤機(jī),；1950年為佩森博格煤礦緩傾斜薄煤層研發(fā)出活塞式刨煤機(jī)。1952年,，GEW公司更名為德國(guó)威斯特伐利亞·呂寧公司(Westfalia-Lunen),，研制成功安堡(Anbau)快速靜力刨煤機(jī)；1956年研發(fā)出拖鉤式刨煤機(jī),，并改進(jìn)派生為D,、E、G,、S 4種型號(hào)拖鉤刨煤機(jī),；1964年造出Ⅶ-26型滑行刨煤機(jī)；1970年,，威斯特伐利亞·呂寧公司變更為威斯特伐利亞·貝考瑞特公司,，制造出S1型拖鉤刨煤機(jī)；1973年推出S3型拖鉤刨煤機(jī),；1979年研制出GH9/30滑行刨煤機(jī),，被稱(chēng)為第4代刨煤機(jī)，它裝有行程顯示器,、終端限位裝置及刨頭液壓調(diào)高千斤頂,，可用攜帶式離機(jī)遙控器操縱千斤頂?shù)囊簤洪y[17],；1980年研制出GH7/26和GH8/30滑行刨煤機(jī)，GH8/30滑行刨煤機(jī)適用于采高0.6～1.6 m的薄煤層開(kāi)采,，1980年我國(guó)引進(jìn)2套GH8/30型滑行刨煤機(jī),，在徐州旗山礦和夾河礦使用[18]。1981年,，GEW公司研制出GS34-4型滑行拖鉤刨煤機(jī),，將拖鉤刨煤機(jī)和滑行刨煤機(jī)的各自?xún)?yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)， 1986年在波蘭雷祖托維煤礦624#煤層使用,；1987年研制出“機(jī)窩轉(zhuǎn)彎刨煤機(jī)”,，實(shí)現(xiàn)采煤作業(yè)與巷道掘進(jìn)整體化推進(jìn)[19]；1989年制造出世界上第1臺(tái)雙刨頭自動(dòng)刨煤機(jī),，首先在美國(guó)投入使用,，然后在德國(guó)使用。 1995年,，GEW公司合并組建為德國(guó)采礦技術(shù)公司(DBT),；1997年DBT公司研發(fā)出S4-K型拖鉤刨煤機(jī)，功率2
圖27 GH9-38 ve 5.7滑行刨煤機(jī) 此外,，德國(guó)拜因公司(Beien)在1952年研制出SH-6型截板式刨煤機(jī),；1953年研制出Mega型刨煤機(jī)，采用對(duì)開(kāi)式刨頭,，之后又設(shè)計(jì)制造出Mega-3G型刨煤機(jī),。德國(guó)的H&B公司于1965年研制成功“緊湊型”滑行刨煤機(jī)，1975年改進(jìn)定型為KH3型滑行刨煤機(jī),；1978年推出KHN-Ⅰ型滑行刨煤機(jī),，其刨頭比同類(lèi)型刨煤機(jī)約低100 mm以上[17]；1990年研制出KHS緊湊型滑行刨煤機(jī),，分為KHS-Ⅰ和KHS-Ⅱ兩種型號(hào),，KHS-Ⅱ滑行刨煤機(jī)采用雙速、雙電機(jī)牽引[21],。1995年,，海因茨曼公司研發(fā)出CLM型單向旋轉(zhuǎn)式連續(xù)刨煤機(jī)，采用優(yōu)化的刨刀排布方式,，截割力降低近40%,，傳動(dòng)能耗減少約30%。該機(jī)在德國(guó)Neiderberg煤礦井下試驗(yàn)并取得成功[22],。 3.1.2 其他國(guó)家的刨煤機(jī)發(fā)展 除了德國(guó)之外,，其他國(guó)家也研制出一些刨煤機(jī)，多為滿(mǎn)足自己國(guó)家的薄煤層開(kāi)采需要,，未能成為國(guó)際化通用機(jī)型,。 早在1931年，蘇聯(lián)馬凱耶夫科學(xué)研究院工程師就提出刨煤機(jī)設(shè)想,，1940年開(kāi)始研制,。1945年，蘇聯(lián)礦山機(jī)械研究院工程師阿·勒·杜里奇等工程師設(shè)計(jì)出УC刨煤機(jī)雛形,，在伏羅希洛夫礦務(wù)局制造和試驗(yàn)；1947年,，制造的2臺(tái)УC-3型刨煤機(jī)分別在伏羅希洛夫礦務(wù)局5號(hào)礦井和布良斯克礦務(wù)局47號(hào)礦井進(jìn)行試驗(yàn),；1948年改進(jìn)之后開(kāi)始批量制造УC-4型刨煤機(jī),，在頓巴斯的礦井使用,。 1947年,，英國(guó)M.C公司研制出薩姆松(Samson)型液壓動(dòng)力刨煤機(jī),，適于開(kāi)采1.1～1.8 m的煤層,。 1950年,，美國(guó)西弗基尼亞州東部聯(lián)合煤炭公司開(kāi)始使用煤刨機(jī)開(kāi)采,，被認(rèn)為是美國(guó)機(jī)械化長(zhǎng)壁開(kāi)采的開(kāi)端,。 1955年，英國(guó)制造了休伍德(Huwood)型動(dòng)力刨煤機(jī),，刨頭沖擊頻率5 Hz,，振幅51 mm,，最大截深350 mm，采高1.2～2.2 m,，牽引速度3.9～5.5 m/min,。 1960年,，波蘭研制出第1臺(tái)SWS-1型刨煤機(jī)，后來(lái)制造出SWS-2,、SWS-3和SWS-4型刨煤機(jī)，80年代初又生產(chǎn)SWS-4U3和SWS-6型刨煤機(jī)[23],。 1962年,，比利時(shí)ACEC公司制造了SR114型鏈?zhǔn)焦味放倜簷C(jī),；1964年造出SR-2型刮斗刨煤機(jī),，在捷克煤礦使用,。對(duì)于極薄煤層,，ACEC公司設(shè)計(jì)了SR-3型和USR-4型刮斗刨煤機(jī),，USR4型刮斗刨煤機(jī)的最低采高0.4 m[24-25],。1968年,，該公司造出Plassat型平刮式刨煤機(jī),，在法國(guó)阿爾上多煤礦使用。 1973年,，捷克研制出PL-8A型刨煤機(jī),，1980年制造PL-81型刨煤機(jī)[26],。 1981年，西班牙生產(chǎn)H-300拖鉤刨煤機(jī),，適用于采高0.8～1.3 m、煤層傾角小于25°、煤質(zhì)中硬以下的薄煤層開(kāi)采,。 1967年，前蘇聯(lián)沙赫特煤炭科學(xué)研究設(shè)計(jì)院開(kāi)發(fā)了1YCB-67型靜力快速刨煤機(jī),；1975年開(kāi)發(fā)出CO75型拖鉤刨煤機(jī)和CH75型滑行刨煤機(jī)；1978年設(shè)計(jì)了YCB-2系列拖鉤刨煤機(jī),；1979年把YCT-2A改型為YCT-2M拖鉤刨煤機(jī),，形成了M87、M88,、MK97和MK98型刨采綜合機(jī)組[27],。 1995年，俄羅斯斯科琴斯基礦業(yè)研究所和哈爾巴赫·布朗公司聯(lián)合研制КМ-17СХБ型刨煤機(jī)組,，適用厚度0.95～1.4 m,、煤層傾角小于35°、煤質(zhì)中硬以下的薄煤層開(kāi)采,，日產(chǎn)量達(dá)1300～2300 t[28]。 3.2 我國(guó)刨煤機(jī)發(fā)展歷程1958年,，北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計(jì)了躍進(jìn)-Ⅱ型刨煤機(jī)組,，由張家口煤機(jī)廠(chǎng)制造，1959年8月在煤礦井下進(jìn)行了試驗(yàn),，該機(jī)牽引鏈速0.45 m/s，最大刨削厚度150 mm,，最短推進(jìn)時(shí)間5 min,，最高生產(chǎn)率180 t/h(裝擋板),、130 t/h(未裝擋板)[29-30],。 1963年，徐州礦務(wù)局韓橋礦科研小組自制了夏-1型靜力刨煤機(jī),，并進(jìn)行了井下刨煤試驗(yàn),。 1966年，上海煤礦機(jī)械研究所,、張家口煤礦機(jī)械廠(chǎng)設(shè)計(jì)制造出我國(guó)第1臺(tái)拖鉤刨煤機(jī),，在韓橋煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，最高日產(chǎn)量達(dá)到400 t[31],；1966年制造出我國(guó)第1臺(tái)200 m刨煤機(jī)組1969年將其定型為MBJ-I型拖鉤式刨煤機(jī),；在此期間，它們還研制出全液壓傳動(dòng)和機(jī)械傳動(dòng)刨煤機(jī)及刮斗刨煤機(jī),，1970年改裝了1臺(tái)滑行刨煤機(jī),，成為新一代刨煤機(jī)；1975年對(duì)MBJ-Ⅰ型刨煤機(jī)改進(jìn)設(shè)計(jì),，定為MBJ-2A型刨煤機(jī),，該機(jī)1984年在韓橋礦使用后，定為BT24/2×40型拖鉤刨煤機(jī)[31-32],。 1984年,，原煤炭科學(xué)研究總院上海分院設(shè)計(jì)，張家口煤礦機(jī)械廠(chǎng)等單位試制出HⅡ-26型滑行刨煤機(jī),，定為BH26/2×75型,，適用于厚度0.7～1.7 m、煤質(zhì)中硬以下的緩傾斜薄煤層[33],，1985年在徐州龐莊煤礦薄煤層進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),，1989年在韓城象山煤礦2305工作面的中厚煤層再進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)[34]。 20世紀(jì)80年代中期，張家口煤機(jī)廠(chǎng)研制出3MZ全液壓拖鉤刨煤機(jī),；南寧礦務(wù)局研制出MBHJ2-80型刨煤機(jī),；湖南邵陽(yáng)煤機(jī)廠(chǎng)研制出T22-60型拖鉤刨煤機(jī)；廣州夏茅礦研制出極薄極傾斜薄煤層開(kāi)采的鋼絲繩牽引拖鉤刨煤機(jī),。1987年,，原煤炭科學(xué)研究總院上海分院設(shè)計(jì)、淮南礦山機(jī)器廠(chǎng)制造出TIV-26型刨煤機(jī),，采高0.8～1.3 m,，生產(chǎn)能力130～300 t/h。 1993年,，原煤炭科學(xué)研究總院上海分院和徐州礦務(wù)局聯(lián)合研制出BH30/2×90型滑行刨煤機(jī),，適用于煤層厚度為0.8～1.8 m，煤質(zhì)中硬以下的普采或高檔普采工作面,。1994年,，原煤炭科學(xué)研究總院上海分院,、西北煤機(jī)一廠(chǎng)和徐州煤機(jī)廠(chǎng)等單位研制出BT30/2×132型拖鉤刨煤機(jī),，這是國(guó)內(nèi)研制的第1臺(tái)快速刨煤機(jī),，在徐州礦務(wù)局夾河煤礦9607工作面進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)[35],。同年，張家口煤礦機(jī)械廠(chǎng)和原煤炭科學(xué)研究總院上海分院聯(lián)合研制BH34/2×200型滑行刨煤機(jī)，在陽(yáng)泉礦務(wù)局一礦投入工業(yè)性試驗(yàn),，之后改進(jìn)設(shè)計(jì)為BH38/2×200型，1996年在雙鴨山礦務(wù)局進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn),。 2000年,，淮南華聯(lián)機(jī)械公司制造出BH30/2×160型大功率高速滑行刨煤機(jī)，在沈陽(yáng)礦務(wù)局西馬礦1312工作面使用,。2009年,，張家口煤機(jī)公司研制出BH38/2×400滑行刨煤機(jī),，適用于厚度0.8～2.0 m,、傾角≤25°的煤層開(kāi)采,。2010年,，三一重裝集團(tuán)研發(fā)出BH38/2×400型全自動(dòng)刨煤機(jī)組,，如圖28所示,，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和遠(yuǎn)程控制開(kāi)采,，適用于0.8～2.0 m薄煤層開(kāi)采，該機(jī)在鐵法煤業(yè)集團(tuán)曉明礦N2419工作面進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)驗(yàn),。
圖28 三一重裝生產(chǎn)的BH38/2×400刨煤機(jī) 我國(guó)在自主研發(fā)刨煤機(jī)的同時(shí),，還及時(shí)引進(jìn)了國(guó)外多種刨煤機(jī)設(shè)備,。1967年,，淮南新莊孜礦引進(jìn)米茄3G型拖鉤刨煤機(jī)；1968年,，平頂山礦務(wù)局一礦引進(jìn)D型拖鉤刨煤機(jī)；1980年,，徐州礦務(wù)局旗山礦和夾河礦引進(jìn)兩套8-30型滑行刨機(jī)組,；1989年，四川省新勝煤礦引進(jìn)西班牙H-300型后牽引拖鉤刨煤機(jī),；1992年,，四川省松藻礦務(wù)局引進(jìn)德國(guó)布朗公司KHS-2型緊湊型刨煤機(jī)；1993年,，云南省所屬煤礦引進(jìn)德國(guó)GS34/4型滑行拖鉤刨煤機(jī),，開(kāi)灤礦務(wù)局引進(jìn)俄羅斯CH75型滑行刨煤機(jī)；2000-2002年,，鐵煤集團(tuán)從DBT公司購(gòu)置了9-34VE/4.7型和9-34VE/5.7型刨煤機(jī)及自動(dòng)化控制系統(tǒng),，在曉南礦W3409工作面和W3410工作面使用[36-37]。 4 鉆削式采煤機(jī)4.1 國(guó)外鉆煤機(jī)發(fā)展歷程1934年,，蘇聯(lián)高爾洛夫斯基機(jī)械制造廠(chǎng)研制出筒形截盤(pán)的ВЩ型巷道鉆煤機(jī),，它是世界上第1臺(tái)鉆削式采煤機(jī)。1948年,，蘇聯(lián)多列茨機(jī)械工廠(chǎng)試制出ППК-1煤巷鉆進(jìn)康拜因,，如圖29所示，圓形巷道直徑為3 m,，掘進(jìn)機(jī)行走采用水壓驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)式移動(dòng),。
圖29 前蘇聯(lián)的ППК-1煤巷鉆進(jìn)康拜因 1951年，美國(guó)久益公司推出Koalmaster采煤機(jī),，用裝有刀齒的轉(zhuǎn)臂和環(huán)形鉆頭截割煤層,，故稱(chēng)為鉆削式連采機(jī)。1955年,，美國(guó)人A.G.威爾考克斯(Wilcox)設(shè)計(jì),、杰弗利機(jī)械公司(Jeffrey Manufacturing Co.)制造了第1臺(tái)螺旋鉆采煤機(jī)，其截割機(jī)構(gòu)是液壓油缸推進(jìn)的螺旋鉆,，機(jī)載絞車(chē)?yán)瓌?dòng)鉆臂,，使其可以繞底盤(pán)擺動(dòng),，切削速度2.8～3.3 m/s，落煤用刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)載,，如圖30所示,；1961年又制造出Jeffrey-100L薄煤層鉆采機(jī)。1961年,，德國(guó)研制出BSL型鉆削式采煤機(jī),，該機(jī)兩端各裝有2個(gè)鉆頭和平截盤(pán)，中部設(shè)有1個(gè)立式截盤(pán),。 1952年,，前蘇聯(lián)制造出УКT-1型鉆煤機(jī)，屬于迎面截割方式,，端頭有4個(gè)鉆頭落煤,，鉆頭后側(cè)的框形鏈?zhǔn)浇乇P(pán)切割周邊煤層，并把落煤裝運(yùn)到運(yùn)輸機(jī)上,。
圖30 第1臺(tái)螺旋鉆采煤機(jī)工作原理 1953-1965年,，英國(guó)安德森公司研制出AB-70HP型、AB16-80HP型,、AB-CMT120HP型,、AB16-125HP型鉆削式采煤機(jī)。 1962年,，蘇聯(lián)基洛夫機(jī)械制造廠(chǎng)研制出2КЩТГ型薄煤層鉆采機(jī),，如圖31所示，采高0.55～0.75 m,，截深1.55～1.6 m,，采用圓環(huán)鏈牽引，最大牽引速度2.8 m/min[6],；1968年研制出БКТ型薄煤層鉆采機(jī),，有4個(gè)鉆削頭,、6個(gè)垂直截盤(pán)和2個(gè)水平截盤(pán)組成,，采高0.55～0.8 m，截深800 mm,，鉆頭外徑740 mm,，裝機(jī)功率110 kW，牽引速度0～10 m/min,。
圖31 2КЩТГ型薄煤層鉆采機(jī)原理 1965年,，英國(guó)Collins公司創(chuàng)造了爬底式卻盤(pán)納采煤機(jī)(TREPANNER)，它是鉆削與截盤(pán)相結(jié)合的采煤機(jī),，設(shè)有筒形鉆頭和3個(gè)截盤(pán)(頂部,、底部,、垂直)，因此以“Tre”(3個(gè))和“Panner”(平盤(pán))來(lái)命名,；該機(jī)采高0.9～1.2 m[38-39],。 20世紀(jì)70年代初，蘇聯(lián)戈?duì)栔Z夫斯克機(jī)械制造廠(chǎng)研制出ВК-4型和ВК-52型鉆削式采煤機(jī),，ВК-52的截割機(jī)具由2個(gè)鉆削頭,、1個(gè)垂直滾筒和1個(gè)掃底截盤(pán)組成，采高0.9～1.4 m,，截深630 mm,，鉆頭外徑850 mm，裝機(jī)功率75 kW,，牽引速度0～4.5 m/min,。1972年，蘇聯(lián)煤炭科學(xué)設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)了1БЩ型鉆削式采煤機(jī),。 1976年,，烏克蘭頓尼茨克煤科院研制出БЩУ-3M螺旋鉆采煤機(jī)。 1979年,，美國(guó)EDS公司研制出奧蓋爾-馬伊涅爾雙向螺旋鉆采煤機(jī),，用于開(kāi)采房柱式采煤留下的煤柱，也可開(kāi)采煤厚小于0.9 m的緩傾斜煤層[40],。同時(shí)期,，EDS公司研制出卡姆普頓單軸螺旋鉆采機(jī)，屬于正面鉆進(jìn)機(jī)型,，用于開(kāi)采0.75 m左右的極薄煤層,。 1982年，英國(guó)安德森公司制造出AS270爬底板鉆削式采煤機(jī),，機(jī)器兩端各設(shè)1個(gè)圓筒式鉆削頭及上下2個(gè)清理頂?shù)酌旱慕乇P(pán),，電機(jī)功率200 kW，采高為0.86～1.27 m,，液壓無(wú)鏈牽引的行走速度為0～7.3 m/min[41],。 1991年，俄聯(lián)邦獨(dú)聯(lián)體研發(fā)了БК89型薄煤層鉆采機(jī),，如圖32所示,，機(jī)身兩端都設(shè)有2個(gè)鉆頭、1條框式截鏈,，可實(shí)現(xiàn)雙向采煤,，采高0.55～0.75 m，截深800 mm,，裝機(jī)功率195 kW,，采用外部鏈牽引的爬底板行走,，牽引速度0～5 m/min；1993年,，又研發(fā)了БК92型薄煤層鉆采機(jī),，如圖33所示，以БК89型鉆采機(jī)為基礎(chǔ),，在機(jī)身兩端都設(shè)有2個(gè)鉆頭,，上下各設(shè)置1個(gè)水平截盤(pán)，可通過(guò)液壓裝置調(diào)高100 mm,，該機(jī)采高0.8～1.4 m,，截深800 mm，可用液壓無(wú)鏈牽引,，牽引速度0～9 m/min[6],。
圖32 БК89型鉆采機(jī)結(jié)構(gòu)
圖33 БК92型鉆采機(jī)結(jié)構(gòu) 1997年，烏克蘭頓尼茨克煤科院研制出БУГ-3M型螺旋鉆采煤機(jī),，在頓巴斯礦區(qū)馬斯賓斯克煤礦試驗(yàn)成功,，該機(jī)鉆進(jìn)深度65 m，鉆進(jìn)速度0.5～1.5 m/min,，鉆具直徑為525 mm,、625 mm和750 mm，適用于厚度0.4～0.9 m,、煤層硬度f(wàn)為1.5～2.5的煤層[42],。1998年，烏克蘭MALTSHEV機(jī)械制造廠(chǎng)生產(chǎn)了BSHK-2DM三軸螺旋鉆采煤機(jī),，如圖34所示,，該機(jī)采寬為1.9～2.1 m，鉆孔深度可達(dá)85 m,，適用于開(kāi)采0.6～1.0 m的薄煤層和極薄煤層,。
圖34 BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機(jī) 4.2 我國(guó)鉆煤機(jī)發(fā)展歷程1998年，徐州礦務(wù)局韓橋煤礦引進(jìn)2臺(tái)烏克蘭生產(chǎn)的БУГ-3M型螺旋鉆采煤機(jī),，并在井下進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn),。2004年，新汶礦業(yè)集團(tuán)引進(jìn)烏克蘭生產(chǎn)的BSHK-2DM型螺旋鉆采煤機(jī),，在潘西礦和南冶礦進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)[43],；2005年，我國(guó)研制出ZM725/239型螺旋采煤鉆機(jī)(見(jiàn)圖35)在該集團(tuán)協(xié)莊煤礦進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn),，該機(jī)是三軸采煤鉆機(jī)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人工作面獨(dú)頭采煤,。
圖35 國(guó)產(chǎn)ZM725/239型螺旋采煤鉆機(jī) 2006年,，我國(guó)在吸取烏克蘭等國(guó)家同類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,，自行研制出MZ90/200型螺旋鉆采煤機(jī)，在徐州礦務(wù)集團(tuán)韓橋礦17003工作面投入使用,，煤層厚度0.65 m,，平均采煤量62 t/d，最高2850 t/月,，單孔最大鉆深52.4 m[44],。2007年，新汶礦業(yè)集團(tuán)與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制了ZMY550/165型螺旋鉆機(jī),，用以開(kāi)采普通采煤工藝根本無(wú)法開(kāi)采的0.4～0.6 m薄煤層,。2008年，平頂山煤業(yè)公司八礦戊8-21010工作面試用了MZ264/276型三軸式螺旋鉆采煤機(jī),，其中間鉆頭直徑425 mm,，兩側(cè)鉆頭直徑625 mm，鉆深80 m,，適用于煤層厚度0.6～1.0 m,、傾角<15°的薄和極薄煤層開(kāi)采。2010年,，兗礦集團(tuán)東華重工有限公司采掘裝備制造分公司自行設(shè)計(jì)研發(fā)出MZ110/235型螺旋鉆削式采煤機(jī),，該機(jī)排列3個(gè)鉆頭，適用于厚度0.6～0.9 m,，傾角<15°的薄煤層鉆采[45],。2015年，川煤集團(tuán)達(dá)竹公司與中國(guó)礦業(yè)大學(xué)共同研發(fā)出MZ-350型螺旋鉆采煤機(jī),，它是目前最小鉆桿直徑的螺旋鉆采煤機(jī),，它有3個(gè)鉆頭，鉆深70 m,，適用于0.35 m的極薄煤層開(kāi)采[46],。 5 結(jié)語(yǔ)采煤機(jī)機(jī)型的不斷創(chuàng)新發(fā)展，推動(dòng)了煤炭開(kāi)采工藝的變革,。采煤機(jī)創(chuàng)新研發(fā)主要基于切削機(jī)具,、行走機(jī)構(gòu)和控制能力3個(gè)維度，可以創(chuàng)制出64種采煤機(jī)構(gòu)型,。截煤機(jī),、鉆煤機(jī)是這些構(gòu)型中的初級(jí)采煤機(jī)，它們?yōu)樵缙诘拿禾繖C(jī)械化開(kāi)采做出主要貢獻(xiàn),。無(wú)鏈牽引的自動(dòng)化刨煤機(jī)屬于中高級(jí)采煤機(jī),，在當(dāng)今煤炭開(kāi)采仍有較大的作為空間，結(jié)合西德學(xué)者亨克爾的研究，鉆采機(jī)和刨煤機(jī)的適用范圍如圖36所示,。
圖36 鉆煤機(jī)和刨煤機(jī)的適用范圍 致謝：謹(jǐn)以此文向?yàn)槲覈?guó)采煤機(jī)發(fā)展做出卓越貢獻(xiàn)的前輩們致敬,！筆者感謝為本文提供文字和圖片資料的各界人士，致謝為本文引用資料提供便利的中國(guó)知網(wǎng),、百度咨詢(xún),、360百科等信息平臺(tái)。因?yàn)橐恍﹨㈤單墨I(xiàn)只給出大致的研發(fā)時(shí)間,，所以筆者述及的采煤機(jī)出產(chǎn)年份可能會(huì)有偏差,，請(qǐng)讀者幫助校正。 參考文獻(xiàn)： [1] 房照增.煤炭工業(yè)100年[J].中國(guó)煤炭, 2004, 30(6): 60-61. [2] 煤炭工業(yè)部教育司.采掘機(jī)械[M], 北京：煤炭工業(yè)出版社, 1957. [3] 維·格·耶茨基,，等著.礦山采掘機(jī)械[M].王志潡,，李道成，王文銓譯.北京：煤炭工業(yè)出版社, 1954. [4] 布·恩·奧林尼克著.截煤機(jī)與礦用康拜因(第一部分)：截煤機(jī)[M].陳春泰,，甯恩漸,，李磁，等譯.北京：煤炭工業(yè)出版社,，1956. [5] 何寄梅.聯(lián)合采煤機(jī)[J].科學(xué)大眾(中學(xué)生), 1954 (3)：84. [6] 沈慧芬,，辛峽.獨(dú)聯(lián)體緩傾斜薄煤層采煤機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].世界煤炭技術(shù)，1994 (5)：10-15,，56. [7] 吳玲.從每工0.118噸到88噸——同煤效率的躍進(jìn)[N].中國(guó)煤炭報(bào),，2019-8-27(m3). [8] 鐘亞平，李建民.開(kāi)灤礦區(qū)地下開(kāi)采技術(shù)進(jìn)步實(shí)踐[J].煤炭科學(xué)技術(shù), 2004, 32(1) : 1-5. [9] 王泳嘉.聯(lián)合采煤機(jī)采煤的幾個(gè)問(wèn)題[J].東工學(xué)報(bào), 1957(4) :19-39. [10] 劉先生.我國(guó)第1臺(tái)聯(lián)合采煤機(jī)[J].江蘇集郵,2015 (3). [11] 周士瑜.“截煤機(jī)和采煤康拜因用自動(dòng)負(fù)荷調(diào)整器”與“大塊碎煤法” [J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1955 (2): 105-113. [12] 張燮倫.截煤機(jī)截鏈在導(dǎo)向槽曲線(xiàn)部分由摩擦影響而產(chǎn)生阻力的研究[J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào) ,1955 (1) :14-20. [13] 方慎權(quán).截煤機(jī)用雙鏈板截鏈的鏈板內(nèi)應(yīng)力分布情形[J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1955(1): 2-14. [14] 北京礦業(yè)學(xué)院煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)研究所.東風(fēng)-1型窄截深采煤康拜因及其初步工業(yè)性試驗(yàn)總結(jié)[J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1955(1): 12-21. [15] 王新枝.MJ50kW截煤機(jī)在銅鑼坪礦的應(yīng)用[J].能源與環(huán)境,，2019 (3): 51-52. [16] 馬平,，孫海洋，李寧.MBJ-130截煤機(jī)應(yīng)用范圍及結(jié)構(gòu)特性[J].煤礦機(jī)械, 2015 (11) : 168-169. [17] 符國(guó)權(quán).西德刨煤機(jī)的使用和研制[J].煤炭科學(xué)技術(shù), 1981 (4) : 54-59. [18] 陳家林,，楊洪鵬.西德8/30型滑行刨的使用[J].煤礦機(jī)械與電氣,1981 (4):35-38. [19] 蔡爾嵩.西德薄煤層“機(jī)窩轉(zhuǎn)彎刨” [J].煤礦機(jī)電, 1988 (4): 55-56. [20] 蔣永淦,，張守地.德國(guó)緊湊型滑行刨煤機(jī)在松藻礦務(wù)局薄煤層的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電,1994(2): 24-25. [21] 梁興義.一種新型的采煤機(jī)械—長(zhǎng)壁連續(xù)采煤機(jī)[J].同煤科技, 1998(3): 54-56. [22] 王國(guó)法，劉東財(cái),，劉加啟,，等.薄煤層自動(dòng)化工作面裝備技術(shù)的發(fā)展[J].煤礦開(kāi)采, 2001 (4) : 11-14. [23] Y.斯切明斯基，黃守明.波蘭煤炭工業(yè)綜采的發(fā)展[J].煤炭技術(shù), 1984(1): 6-11. [24] 趙文忠.捷克斯洛伐克的薄煤層開(kāi)采技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采, 1992(4) : 49-53. [25] 川煤科技編輯部.捷克的薄煤層采煤機(jī)[J].川煤科技, 1972 (2): 37-40. [26] B.米納爾日,顧治胤.PL-81型刨煤機(jī)主要部件的新結(jié)構(gòu)[J].煤炭技術(shù), 1990(4): 2-7. [27] О.Б.巴金, 顧治胤.俄羅斯煤礦刨煤機(jī)采煤的現(xiàn)狀和主要發(fā)展方向[J].煤礦機(jī)械,1992(6):2-7. [28] A.A.卡爾連科夫,，愚奇.新型刨煤機(jī)組[J].東北煤炭技術(shù),1996 (4) :60-65. [29] 陶敬修.刨煤機(jī)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題[J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1960 (1) : 108-116. [30] 躍進(jìn)-2型刨煤機(jī)組第一次工業(yè)試驗(yàn)小組.躍進(jìn)-2型刨煤機(jī)組第一次工業(yè)試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告[J].北京礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào), 1960 (1) :117-123. [31] 陳引亮.從徐州礦務(wù)局使用刨煤機(jī)的實(shí)踐看我國(guó)刨煤機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù),1991 (4): 1-9. [32] 羅傳家.刨煤機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展[J].煤礦開(kāi)采, 1997 (1) : 21-23. [33] 陳錫強(qiáng).HⅡ-26型薄煤層滑行刨煤機(jī)的研制與使用[J].煤礦機(jī)電,1990 (2) :5-10. [34] 姚志新.滑行刨煤機(jī)與半卸載組合支架配套試采新工藝[J].陜西煤炭技術(shù), 1992 (1)： 21-25. [35] 陳引亮.BT30/2×132型拖鉤刨煤機(jī)試驗(yàn)成功的啟示[J].中國(guó)煤炭,1996,22(1): 24-29. [36] 劉過(guò)兵.刨煤機(jī)采煤應(yīng)用現(xiàn)狀分析及發(fā)展前景展望[J].華北礦業(yè)高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào), 2001, 3(1): 9-11. [37] 劉英,，周明弘，趙繼濤,，等.進(jìn)口全自動(dòng)化刨煤機(jī)采煤工藝的探索[J].煤炭技術(shù), 2004, 23(7) :47-48. [38] 庫(kù)茲涅佐夫,，吳潤(rùn)澤.國(guó)外薄煤層開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].煤炭技術(shù), 1982 (3): 1-25. [39] 吳鑒良, 黃阿畢, 郭可沐，等.國(guó)外滾筒采煤機(jī)的發(fā)展概況[J].煤炭科學(xué)技術(shù), 1973 (3): 57-59. [40] 馬可·W·斯普勞斯, 趙長(zhǎng)江.美國(guó)八十年代連續(xù)采煤機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)[J].煤炭技術(shù),1984(1): 18-20. [41] 賀代文,，馬文誠(chéng),，王學(xué)義，等.英國(guó)鉆削式AS270卻盤(pán)納采煤機(jī)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),1985(1): 53-56. [42] 李紀(jì)青.螺旋鉆采煤法[J].煤礦開(kāi)采, 2001(2): 31-34. [43] 王懷新，續(xù)文峰.螺旋鉆采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)原理和使用實(shí)踐[J].煤礦機(jī)電, 2005(1) : 17-20. [44] 張開(kāi)玉,，吳國(guó)平.螺旋鉆采煤工藝在韓橋煤礦的應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采, 2007 (6): 33-34. [45] 徐明陽(yáng),，李文亮,，徐培,，等.淺析MZ110/235螺旋鉆削式采煤機(jī)[J].煤礦現(xiàn)代化, 2015(1): 87-88. [46] 黃星源，胡光軍,，黎衛(wèi)兵.螺旋鉆式采煤機(jī)在極薄煤層開(kāi)采中的應(yīng)用研究[J].煤炭與化工, 2013, 36(7): 89-91. |
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機(jī)構(gòu)
