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一、引言
目前，我矿使用的掘进设备为佳木斯机械制造有限公司生产的EBZ-200A和EBZ-150A型半煤岩掘进机，在掘进岩石巷道时效果较差。尤其是我矿地质条件复杂，断层多，岩石巷道随时可见。所以，半煤岩掘进机施工岩巷时，整机性能不能满足要求，必须对其进行技术改造。通过对半煤岩掘进机截割部进行技术改造，大大的提高了掘进岩石巷道时的效果，减少了设备损伤和截齿的投入，在我国煤矿井下同类施工环境中可广泛推广使用。
二、施工岩巷时具体存在的问题
1、截割头破岩能力差，掘进速度慢，每月最多进尺70m左右。
2、机身振动大，掘进机损坏严重，维修费用高。
（1）掘进硬岩30-50米，伸缩部与截割头几乎都要更换，升井大修；
（2）由于岩石的硬度不同，每天截齿的使用量在50-120把左右，费用为9000-21600元；
（3）截割头大端叶片、齿座和头体磨损严重。
3、维护困难。
4、截割时粉尘较大，作业场所能见度低，存在安全隐患。
三、研究过程
针对掘进设备施工岩石巷道时存在的问题，为提高掘进机的割岩性能和掘进效率，减少设备的损伤，延长设备的使用寿命，我矿成立了课题研究小组，对掘进机破岩能力进行了的调查与研究。
1、掘进机主要参数
（1）掘进机型号：EBZ-200A （悬臂式与伸缩式各1部）
厂家：佳木斯煤矿机械有限公司
爬坡能力：±18° 经济切割岩石的单向抗压强度：≤80 Mpa
截割高度：4.46m 截割宽度：5.67m
截割面积：25m2 伸缩时截割面积：33m2
截割头形状：球锥台形
机器供电电压：660/1140V
（2）掘进机型号：EBZ-150A（1部）
厂家：佳木斯煤矿机械有限公司
爬坡能力：±16° 经济切割岩石的单向抗压强度：≤65Mpa
卧底深度：0.216m 截割高度：4.8m
截割宽度：5.5m 截割面积：24m2
截割头形状：球锥台形
机器供电电压：660/1140V
2、原因分析
（1）球锥台形截割头切割岩石巷道时，掘进机整机受力大，掘进机的伸缩部与悬臂段承载受力能力小，容易损坏。
（2）现使用的截割头锥角小、截齿密度小、齿座角度按半煤岩巷设计，截割硬岩巷道时单刀抵抗力大、整机震动大、设备损伤严重、破岩能力差、影响切割效率。
（3）截割头螺旋叶片的头数、升角大小、叶片厚度、强度、刚度、耐磨等不满足切割硬岩巷道需要达到的要求。
（4）我矿使用的截齿为半煤岩巷普通截齿，由于截齿的强度满足不了截割硬岩的要求，造成掘进硬岩巷道时截齿损耗严重。
3、改造方案
通过掘进机改造项目研究小组对掘进机破岩能力的调查研究，将伸缩式掘进机的截割部分换成悬臂式、改进截割头直径和锥角，可使截割头在掘进工作中，具有更强的切入性，减小整机震动，提高岩石巷道工作环境下的采掘作业能力。
四、改造完成后截割头主要部位所要达到的技术要求
1、截齿靠近到头长40范围内硬度为≥HRC40。
2、截齿齿体的冲击韧性及硬质合金与齿体焊接结合处抗剪切强度应符合国标MT/T246-2006的要求，经济切割岩石抗压强度60MPa，最大切割岩石抗压强度80MPa。
3、截齿的排布方案：截齿采用科学合理的分布形式，最大程度提高破岩能力。截齿布置不论从截割头轴向观察还是径向观察，截线间距与最小间隔之差、同一直径上的不同截齿尖半径之差均不得大于3mm。
4、结构焊缝应达到GB/T12469《焊接质量保证 钢熔化焊接接头的要求和缺陷分类》标准Ⅱ级的要求。齿座的焊缝焊接要求应高于Ⅱ级。
5、截割头体及导料板均加焊耐磨层，并在截割头体尾部加焊耐磨块。
6、截割头工作方向为右旋转动工作。
五、实施方案
为确保项目的稳步实施，资金的有效投入，决定先对1台EBZ-200A型悬臂式掘进机进行技术改造。改造完成后，将其掘进岩巷、半煤岩巷、煤巷的所有参数进行阶段性汇总，与改造前的参数进行比对，若取得良好效果，下一步将对1部EBZ-150A型和1部EBZ-200A型伸缩式掘进机的伸缩部（伸缩部更换为悬臂段）与截割头进行改造，为矿井掘进作业的安全、高效、降低成本打下基础。
1、截割头的改造
将EBZ200A型悬臂式掘进机的截割头更换为岩石巷道适应力强、锥角细长、截割受力面积小的截割头；截割头可采用专业生产采矿、建筑用切割刀具及耐磨产品的肯纳金属（徐州）有限公司（原：凯南麦特（徐州）有限公司）生产的配套组件。
2、岩石巷道截齿的选用
掘进岩石巷道时，截齿可采用德国山特维克或凯南麦特生产的单刀抵抗力大的硬岩截齿；截齿可根据岩石硬度（f<6、f7-f8、f>10）进行选用。
六、实施过程
根据矿井作业计划安排，EBZ-200A型掘进机目前在41102回风巷进行施工，且即将施工到岩石巷道。经过对半煤岩掘进机技术改造项目可行性研究报告的讨论，决定对方案立即进行实施。具体如下：
1、2013年4月10日早班，对41102回风巷EBZ-200A型悬臂式掘进机进行了技术改造。将原截割头更换为锥角更大的硬岩截割头。
2、截齿采用与之配套的硬岩截齿（f>10）。
3、改造完成后，对掘进机进行了试机，自4月10日夜班开始投入使用。 七、技术改造前后综合性能对比
EBZ-200A型悬臂式掘进机改造完成后，对硬岩截割头使用期间的综合性能做了详细记录。改造后的截割头在岩石巷道掘进工作中，具有更强的切入性，整机震动明显减小，作业人员的安全保障显著提高。同时，提高了岩石巷道工作环境下的采掘作业能力，为我矿掘进工作带来了方便。实现了科技降本，为我矿带来了较大的效益。
①岩巷施工：对41111回风巷与41102回风巷施工岩巷进行综合对比，掘进速度可提高1倍。
②煤巷施工：对41111回风巷与41102回风巷施工煤巷进行综合对比，去除外围影响，掘进速度基本持平。
此外，掘进机整机振动明显降低，节省了人工费和维修费
①掘进机整机振动明显降低，提高了司机对掘进机的操控性。
②使用硬岩截割头施工38米岩巷至今，目前还未发现截割头齿座断裂、掘进机主要部位开焊、悬臂段前端轴承损坏、掘进机主要连接部位螺栓断裂、升降及回转油缸损坏现象的发生。
3、降低了施工岩巷时的截齿费用
此次使用硬岩截割头在41102回风巷施工38米岩巷，共计使用截齿207把。其中，硬岩截割头厂家配备截齿42把，200元/把；河南某机械有限公司生产的截齿93把，180元/把；凯南麦特生产的截齿72把，240元/把，累计发生费用为4.242万元。
4、提高了掘进机司机与两帮清浮矸人员的安全系数
使用改造后的硬岩截割头，煤矸很少外崩、下滑，而是直接掉落在迎头，大大提高了掘进机司机与两帮清浮矸人员的安全系数。
5、降低了掘进机事故率，缩短了检修时间，提高了掘进效率
改进后的掘进机，在施工作业中，事故率明显降低，因而缩短了每天的检修时间，最大限度避免了事故对设备的损伤，延长了掘进机的使用寿命，提高了掘进效率，综合提高了全矿的经济效益。
八、下一步新的研究方向
认真总结掘进机截割部施工岩巷时的改造经验。下一步，将该项技术应用到采煤机截割部的改造。在采煤工作面过断层时，对采煤机截割部切割硬岩项目进行研究与应用。以减少我矿采掘设备的事故率，降低维修成本，提高工作效率，为我矿尽早成为高产、高效矿井打下坚实的基础。
九、经济效益分析与推广前景
1、效益分析
按照施工100米岩巷计算，取得的经济效益具体如下：
（1）截齿使用量可降低成本12.5万元；
（2）掘进速度为技术改造前的1倍，可多掘进100米；
（3）大大降低了因整机振动大对掘进机各部位造成的损伤。
2、推广前景
1、改善了设备状态、降低了事故率、减少了设备维修时间和费用，保证了系统的稳定运行。
2、投资少、时间短、见效快，对于设备的安装、使用、节材等方面有较大的优势，有较好的推广价值。
3、技术改造替换下的截割头，可在煤巷中继续使用，最大程度的减少了浪费和二次投资，保证了效益的最大化。
4、半煤岩掘进机在硬岩环境下施工的改造项目，在地质条件复杂、断层多、岩石巷道随时可见，尤其是未投入硬岩掘进机（功率大、价格高）的矿井，可广泛推广应用。
目前，我矿使用的掘进设备为佳木斯机械制造有限公司生产的EBZ-200A和EBZ-150A型半煤岩掘进机，在掘进岩石巷道时效果较差。尤其是我矿地质条件复杂，断层多，岩石巷道随时可见。所以，半煤岩掘进机施工岩巷时，整机性能不能满足要求，必须对其进行技术改造。通过对半煤岩掘进机截割部进行技术改造，大大的提高了掘进岩石巷道时的效果，减少了设备损伤和截齿的投入，在我国煤矿井下同类施工环境中可广泛推广使用。
二、施工岩巷时具体存在的问题
1、截割头破岩能力差，掘进速度慢，每月最多进尺70m左右。
2、机身振动大，掘进机损坏严重，维修费用高。
（1）掘进硬岩30-50米，伸缩部与截割头几乎都要更换，升井大修；
（2）由于岩石的硬度不同，每天截齿的使用量在50-120把左右，费用为9000-21600元；
（3）截割头大端叶片、齿座和头体磨损严重。
3、维护困难。
4、截割时粉尘较大，作业场所能见度低，存在安全隐患。
三、研究过程
针对掘进设备施工岩石巷道时存在的问题，为提高掘进机的割岩性能和掘进效率，减少设备的损伤，延长设备的使用寿命，我矿成立了课题研究小组，对掘进机破岩能力进行了的调查与研究。
1、掘进机主要参数
（1）掘进机型号：EBZ-200A （悬臂式与伸缩式各1部）
厂家：佳木斯煤矿机械有限公司
爬坡能力：±18° 经济切割岩石的单向抗压强度：≤80 Mpa
截割高度：4.46m 截割宽度：5.67m
截割面积：25m2 伸缩时截割面积：33m2
截割头形状：球锥台形
机器供电电压：660/1140V
（2）掘进机型号：EBZ-150A（1部）
厂家：佳木斯煤矿机械有限公司
爬坡能力：±16° 经济切割岩石的单向抗压强度：≤65Mpa
卧底深度：0.216m 截割高度：4.8m
截割宽度：5.5m 截割面积：24m2
截割头形状：球锥台形
机器供电电压：660/1140V
2、原因分析
（1）球锥台形截割头切割岩石巷道时，掘进机整机受力大，掘进机的伸缩部与悬臂段承载受力能力小，容易损坏。
（2）现使用的截割头锥角小、截齿密度小、齿座角度按半煤岩巷设计，截割硬岩巷道时单刀抵抗力大、整机震动大、设备损伤严重、破岩能力差、影响切割效率。
（3）截割头螺旋叶片的头数、升角大小、叶片厚度、强度、刚度、耐磨等不满足切割硬岩巷道需要达到的要求。
（4）我矿使用的截齿为半煤岩巷普通截齿，由于截齿的强度满足不了截割硬岩的要求，造成掘进硬岩巷道时截齿损耗严重。
3、改造方案
通过掘进机改造项目研究小组对掘进机破岩能力的调查研究，将伸缩式掘进机的截割部分换成悬臂式、改进截割头直径和锥角，可使截割头在掘进工作中，具有更强的切入性，减小整机震动，提高岩石巷道工作环境下的采掘作业能力。
四、改造完成后截割头主要部位所要达到的技术要求
1、截齿靠近到头长40范围内硬度为≥HRC40。
2、截齿齿体的冲击韧性及硬质合金与齿体焊接结合处抗剪切强度应符合国标MT/T246-2006的要求，经济切割岩石抗压强度60MPa，最大切割岩石抗压强度80MPa。
3、截齿的排布方案：截齿采用科学合理的分布形式，最大程度提高破岩能力。截齿布置不论从截割头轴向观察还是径向观察，截线间距与最小间隔之差、同一直径上的不同截齿尖半径之差均不得大于3mm。
4、结构焊缝应达到GB/T12469《焊接质量保证 钢熔化焊接接头的要求和缺陷分类》标准Ⅱ级的要求。齿座的焊缝焊接要求应高于Ⅱ级。
5、截割头体及导料板均加焊耐磨层，并在截割头体尾部加焊耐磨块。
6、截割头工作方向为右旋转动工作。
五、实施方案
为确保项目的稳步实施，资金的有效投入，决定先对1台EBZ-200A型悬臂式掘进机进行技术改造。改造完成后，将其掘进岩巷、半煤岩巷、煤巷的所有参数进行阶段性汇总，与改造前的参数进行比对，若取得良好效果，下一步将对1部EBZ-150A型和1部EBZ-200A型伸缩式掘进机的伸缩部（伸缩部更换为悬臂段）与截割头进行改造，为矿井掘进作业的安全、高效、降低成本打下基础。
1、截割头的改造
将EBZ200A型悬臂式掘进机的截割头更换为岩石巷道适应力强、锥角细长、截割受力面积小的截割头；截割头可采用专业生产采矿、建筑用切割刀具及耐磨产品的肯纳金属（徐州）有限公司（原：凯南麦特（徐州）有限公司）生产的配套组件。
2、岩石巷道截齿的选用
掘进岩石巷道时，截齿可采用德国山特维克或凯南麦特生产的单刀抵抗力大的硬岩截齿；截齿可根据岩石硬度（f<6、f7-f8、f>10）进行选用。
六、实施过程
根据矿井作业计划安排，EBZ-200A型掘进机目前在41102回风巷进行施工，且即将施工到岩石巷道。经过对半煤岩掘进机技术改造项目可行性研究报告的讨论，决定对方案立即进行实施。具体如下：
1、2013年4月10日早班，对41102回风巷EBZ-200A型悬臂式掘进机进行了技术改造。将原截割头更换为锥角更大的硬岩截割头。
2、截齿采用与之配套的硬岩截齿（f>10）。
3、改造完成后，对掘进机进行了试机，自4月10日夜班开始投入使用。 七、技术改造前后综合性能对比
EBZ-200A型悬臂式掘进机改造完成后，对硬岩截割头使用期间的综合性能做了详细记录。改造后的截割头在岩石巷道掘进工作中，具有更强的切入性，整机震动明显减小，作业人员的安全保障显著提高。同时，提高了岩石巷道工作环境下的采掘作业能力，为我矿掘进工作带来了方便。实现了科技降本，为我矿带来了较大的效益。
①岩巷施工：对41111回风巷与41102回风巷施工岩巷进行综合对比，掘进速度可提高1倍。
②煤巷施工：对41111回风巷与41102回风巷施工煤巷进行综合对比，去除外围影响，掘进速度基本持平。
此外，掘进机整机振动明显降低，节省了人工费和维修费
①掘进机整机振动明显降低，提高了司机对掘进机的操控性。
②使用硬岩截割头施工38米岩巷至今，目前还未发现截割头齿座断裂、掘进机主要部位开焊、悬臂段前端轴承损坏、掘进机主要连接部位螺栓断裂、升降及回转油缸损坏现象的发生。
3、降低了施工岩巷时的截齿费用
此次使用硬岩截割头在41102回风巷施工38米岩巷，共计使用截齿207把。其中，硬岩截割头厂家配备截齿42把，200元/把；河南某机械有限公司生产的截齿93把，180元/把；凯南麦特生产的截齿72把，240元/把，累计发生费用为4.242万元。
4、提高了掘进机司机与两帮清浮矸人员的安全系数
使用改造后的硬岩截割头，煤矸很少外崩、下滑，而是直接掉落在迎头，大大提高了掘进机司机与两帮清浮矸人员的安全系数。
5、降低了掘进机事故率，缩短了检修时间，提高了掘进效率
改进后的掘进机，在施工作业中，事故率明显降低，因而缩短了每天的检修时间，最大限度避免了事故对设备的损伤，延长了掘进机的使用寿命，提高了掘进效率，综合提高了全矿的经济效益。
八、下一步新的研究方向
认真总结掘进机截割部施工岩巷时的改造经验。下一步，将该项技术应用到采煤机截割部的改造。在采煤工作面过断层时，对采煤机截割部切割硬岩项目进行研究与应用。以减少我矿采掘设备的事故率，降低维修成本，提高工作效率，为我矿尽早成为高产、高效矿井打下坚实的基础。
九、经济效益分析与推广前景
1、效益分析
按照施工100米岩巷计算，取得的经济效益具体如下：
（1）截齿使用量可降低成本12.5万元；
（2）掘进速度为技术改造前的1倍，可多掘进100米；
（3）大大降低了因整机振动大对掘进机各部位造成的损伤。
2、推广前景
1、改善了设备状态、降低了事故率、减少了设备维修时间和费用，保证了系统的稳定运行。
2、投资少、时间短、见效快，对于设备的安装、使用、节材等方面有较大的优势，有较好的推广价值。
3、技术改造替换下的截割头，可在煤巷中继续使用，最大程度的减少了浪费和二次投资，保证了效益的最大化。
4、半煤岩掘进机在硬岩环境下施工的改造项目，在地质条件复杂、断层多、岩石巷道随时可见，尤其是未投入硬岩掘进机（功率大、价格高）的矿井，可广泛推广应用。