一、懸臂式掘進機是什么

懸臂式掘進機是一種能夠?qū)崿F(xiàn)截割、裝載運輸、自行走及噴霧除塵的聯(lián)合機組。隨著回采工作面綜合采煤機械化的快速發(fā)展，煤礦對巷道掘進速度要求越來越高。為了提高采準巷道的速度，懸臂式掘進機被大力研制并逐步發(fā)展完善。

二、懸臂式掘進機的特點

1、懸臂式掘進機僅能截割巷道部分斷面，要破碎全斷面巖石，需多次上下左右連續(xù)移動截割頭來完成工作?？捎糜谌魏螖嗝嫘螤畹乃淼?。

2、掘進速度受掘進機利用率影響很大，在最優(yōu)條件下利用率可達60%左右，但若巖石需要支護或其它輔助工作跟不上時，其利用率更低。

3、與全斷面掘進機有一些相同的優(yōu)點：連續(xù)開挖、無爆破震動、能更自由地決定支護巖石的適當時機；可減少超挖；可節(jié)省巖石支護和襯砌的費用。

4、與全斷面掘進機比較，懸臂式掘進機小巧，在隧道中有較大的靈活性，能用于任何支護類型。

5、與全斷面掘進機相比，具有投資少、施工準備時間短和再利用性高等顯著特點。

三、懸臂式掘進機的結(jié)構(gòu)

1、截割機構(gòu)

由截割頭、懸臂和回轉(zhuǎn)座組成懸臂工作機構(gòu)。電動機通過減速器驅(qū)動截割頭旋轉(zhuǎn)，利用裝在截割頭上的截齒破碎煤巖。升降和回轉(zhuǎn)液壓缸使懸臂在垂直和水平方向擺動，以截割不同部位的煤巖，掘出所需形狀和尺寸的斷面。

2、裝運機構(gòu)

由裝載機構(gòu)和中間輸送機兩部分組成。電動機經(jīng)減速后驅(qū)動刮板鏈和扒爪或星輪，將截割破碎下來的煤巖集中裝載、轉(zhuǎn)運到機器后面的轉(zhuǎn)載機或其他運輸設(shè)備中，運出工作面。

3、行走機構(gòu)

驅(qū)動品牌懸臂式掘進機前進、后退和轉(zhuǎn)彎并能在掘進作業(yè)時使機器向前推進。

4、液壓系統(tǒng)

由液壓泵、液壓馬達、液壓缸、控制閥組及輔助液壓元件組成，用以提供壓力油，控制懸臂上下左右移動，驅(qū)動裝運機構(gòu)中間輸送機、集料裝置及行走機構(gòu)的驅(qū)動輪，并進行液壓保護。

5、電氣系統(tǒng)

向機器提供動力，驅(qū)動掘進機上的所有電動機，同時也對照明、故障顯示、瓦斯報警等進行控制，并可實現(xiàn)電氣保護。

6、噴霧降塵系統(tǒng)

噴霧降塵系統(tǒng)由內(nèi)、外噴霧裝置組成，用以向工作面噴射水霧，達到降塵的目的。

四、懸臂式掘進機工作原理

懸臂掘進機工作過程是這樣的，主機把巖石切割破落下來，轉(zhuǎn)運機構(gòu)把破碎的巖渣轉(zhuǎn)運至機器尾部卸下，由后配套轉(zhuǎn)載機、運輸機運走。懸臂式掘進機的切割臂可以上下、左右自由擺動，能切割任意形狀的巷道斷面，切割出的表面精確、平整，便于支護。履帶式行走機構(gòu)使機器調(diào)動靈活，便于轉(zhuǎn)彎、爬坡，對復(fù)雜地質(zhì)條件適應(yīng)性強。

五、懸臂式掘進機施工工藝流程

1、施工工藝流程

隧道開挖施工工藝流程：上臺階開挖→上臺階初支→下臺階左側(cè)開挖（下臺階右側(cè)開挖，左右側(cè)錯開3～5m）→下臺階左側(cè)初支（下臺階右側(cè)初支）→開挖隧底→施作隧底支護→施作永久性仰拱及邊墻基礎(chǔ)施工→施作防水及二次襯砌。

2、操作要點

在開挖過程中隧道掘進采用上下臺階法施工，上臺階、下臺階及仰拱均采用懸臂式掘進機開挖，挖掘機輔助。上臺階掘進開挖完成后，采用裝載機將支護臺架運至掌子面進行后續(xù)支護（錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架、噴射混凝土）作業(yè)，掘進機則進行下臺階部位掘進施工或根據(jù)工序安排退至不影響后續(xù)工序位置等待下一掘進循環(huán)。

3、施工準備

（1）熟悉施工圖紙，做好技術(shù)交底及培訓(xùn)。

（2）做好現(xiàn)場勞動力的組織，準備好各種設(shè)備，并保證施工機械的完好率，使其滿足施工要求。

（3）施工之前，根據(jù)圍巖地質(zhì)情況，選取合理的機械設(shè)備型號，并進行合理的機械設(shè)備配套。在洞內(nèi)布設(shè)好所需的高壓電纜、輸水管線，同時將掘進機與工作面齊頭，并擺放妥當。

（4）施工供電。重型懸臂式掘進機機器供電電壓一般為660～1140V，與一般隧道機械工作電壓有區(qū)別，但只要洞口有10kVA供電變電站，即可滿足需要。

4、超前物探配套

采用地質(zhì)超前預(yù)報技術(shù)，減少或避免施工中可能遇到的諸如塌方、涌水、涌土等地質(zhì)災(zāi)害。采取地面物探、地質(zhì)雷達、超前水平鉆等超前預(yù)報措施將前方巖層地質(zhì)探明，以保證設(shè)備及人員的作業(yè)安全。

5、工作面降水

工作面降水的目的是防止因滲水量過大，切割的巖渣成泥狀而糊住切割頭，以致降低切割效率。采用臺階法施工時，工作面基本具有自然降水的能力，僅在拱腳及邊墻等局部有水滲出。降水要求為工作面無明水，盡量保持干燥，切割巖渣不能形成泥狀。

6、開挖斷面參數(shù)設(shè)計

懸臂式掘進機為縱向切割頭（切割頭直徑為84cm），截齒數(shù)量為52個，導(dǎo)流槽為3槽，導(dǎo)流槽深度為8cm，截齒呈螺旋狀，順時針旋轉(zhuǎn)。根據(jù)切割頭特點，開挖斷面設(shè)計按分部條塊法開挖，橫向左右分部，豎向上下分條塊。分塊大?。焊叨?.8～1.2m，左右每部分8～10塊；開挖寬度7-8m；深度為每循環(huán)進尺2.2m。當操作不熟練時或為提高掘進機效率，可在工作面彈線，標示條塊分隔線。

7、隧道開挖

（1）上臺階開挖

根據(jù)隧道斷面大小、圍巖情況，結(jié)合掘進機外形尺寸（長度17m，寬度3.8m，高度3.7m）、裝載機高度（3.8m）、濕噴機高度（3.6m）、混凝土攪拌運輸車進料口高度（4.0m）（噴射混凝土采用濕噴工藝）及支護作業(yè)空間，確定上臺階開挖高度宜為6.4m。

隧道掘進機切割頭長度為1.2m，故每循環(huán)進尺宜控制在1.8～2.4m，每循環(huán)開挖需預(yù)留1.0m作為下一開挖循環(huán)切割頭安全作業(yè)空間，作業(yè)空間太小不利于上一循環(huán)拱架成品保護，開挖完成后對掌子面進行C25混凝土初噴，厚度為4cm。

施工現(xiàn)場超欠挖控制采用5cm×3cm矩形管、?8mm鋼筋焊制靠尺，嚴格控制超欠挖。經(jīng)實際測量，超挖可控制在5～8cm范圍內(nèi)。

上臺階長度根據(jù)現(xiàn)場情況確定如下：懸臂式掘進機長度17m+自卸車、裝載機作業(yè)長度8m+支護臺架8m+上下臺階爬坡段長度8m，上臺階總長度為41m。下臺階至上臺階高度為3.5m。

（2）下臺階開挖

當上臺階單循環(huán)開挖完成后開始支護時，掘進機退到下臺階部位掘進施工。

下臺階長度根據(jù)現(xiàn)場情況確定如下：懸臂式掘進機長度17m+自卸車、裝載機作業(yè)長度8m，下臺階總長度為25m。

現(xiàn)場實際施工中采用普通棧橋時，掌子面與仰拱實際所需距離為71m，仰拱至二襯間實際所需距離為29m，故掌子面與二襯實際所需距離為100m。

（3）掘進機切割方式

懸臂式掘進機就位后，開始從掌子面底部水平割出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后切割頭自上而下、左右循環(huán)切削。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的渣裝入第一運輸機，第一運輸機轉(zhuǎn)運至第二運輸機，第二運輸機直接運至掘進機尾部，采用配套裝載機裝入出渣車運至洞外。從底部開挖到拱部完成后進行修整，達到設(shè)計斷面要求。

懸臂式掘進機的切割方式是從掃底開始切割，再按S形或Z形左右循環(huán)向下的切割路線逐級切割以上部分。

選用右旋切割頭切割硬巖，先由右向左從掃底開始切割，再從左至右、自下往上或從右往左、自上而下逐步進行切割。如遇節(jié)理發(fā)育較高巖石，則應(yīng)選擇巖石節(jié)理方向逐步切割。

針對不同硬巖可選擇不同的截齒，截齒呈螺紋線排布，確保機器有更好的掘削能力，并具有自潔功能，可根據(jù)實際工況條件選擇最佳切割頭，提高施工效率。當局部再有硬巖時，可以選用小直徑切割頭，切割力大，破巖能力強，以降低掘進難度及截齒消耗量。

（4）掘進施工后支護方案

掘進機在掌子面掘進完成后，支護工班按照設(shè)計支護方式進行初期支護的施作，如此循環(huán)施工。

（5）輪廓修整及人工局部處理

由于機械設(shè)備條件尺寸限制，無法實現(xiàn)開挖輪廓線范圍10～20cm厚度輪廓修整，只能采用人工修整或其他機械設(shè)備修整。當然，在采用分部開挖時，可實現(xiàn)局部處理的平行作業(yè)。

（6）噴霧除塵、出渣、場地清理

掘進機工作時，采取流水線作業(yè)，一邊開挖，一邊通過機械設(shè)備配套實現(xiàn)出渣。為控制粉塵，需適當噴霧，既達到減少粉塵的目的，又不引起巖渣泥化。