葛世榮

(1.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京)智慧礦山與機(jī)器人研究院，北京市海淀區(qū)，100083)

采煤機(jī)是煤炭開采的核心裝備，為實(shí)現(xiàn)煤炭開采機(jī)械化、自動化發(fā)揮了關(guān)鍵作用。采煤機(jī)的創(chuàng)新發(fā)展已走過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)展過程中，包含著機(jī)械設(shè)計的創(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)時間軸，對眾多采煤機(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。第一臺采煤機(jī)出自何時？采煤機(jī)推陳出新的節(jié)點(diǎn)在何處？人類創(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，筆者從浩瀚的公開文字和圖片中挖掘采煤機(jī)研發(fā)信息，并通過分析和梳理，形成了采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展歷程系列介紹，從中可以洞見采煤機(jī)技術(shù)進(jìn)步對煤炭開采工藝的變革驅(qū)動，感悟人們在采煤機(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、采煤機(jī)自動化，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)來切削“煤層工件”，包括截割、行走、裝載、動力、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)。

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區(qū)分，采煤機(jī)會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個級別，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個級別，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裝置，配有后備防滑液壓絞車。

(3)長短煤層切削。根據(jù)煤層賦存條件，分為工作面長度大于50 m的長壁開采，工作面長度小于50 m的短壁開采，它們對采煤機(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分為5個級別，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)高搖臂及自動調(diào)高截割功能，以實(shí)現(xiàn)煤層的仿形切削。

1.2 4類切削機(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)明對采煤機(jī)切削原理創(chuàng)新具有啟示作用。1808 年英國人紐伯里發(fā)明了帶鋸機(jī)，1839年瑞士機(jī)械技師鮑德默研制出龍門刨床，1851年美國機(jī)械技師弗德里克研制出平面銑床，1862年英國人惠特沃斯展示第1臺鑄鐵柜架的動力驅(qū)動鉆床。可見，19世紀(jì)中期正值蒸汽機(jī)用于動力采煤機(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、德國誕生了最早的采煤機(jī)，其機(jī)型發(fā)展經(jīng)歷了鋸削式刨削式鉆削式銑削式4個階段，如圖1所示，這是采煤機(jī)切削機(jī)具的創(chuàng)新脈絡(luò)。

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)動截鏈切入煤層，依靠截鏈上的鋸切破煤，運(yùn)行時用鋼絲繩牽引截煤機(jī)沿著工作面前行，分為圓盤式、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)動來刨削煤層。

(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，依靠滾動截齒對煤層進(jìn)行周銑切削，通過螺旋導(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)動采煤機(jī)沿著工作面移動的牽引裝置，在采煤機(jī)上設(shè)置行走機(jī)構(gòu)稱為內(nèi)牽引，在工作面兩端設(shè)置行走機(jī)構(gòu)稱為外牽引。采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)主要基于嚙合原理形成驅(qū)動力，有4種行走方式，如圖2所示。

(1)繩嚙合驅(qū)動(絞車外牽引)。采用鋼絲繩纏繞絞車牽引采煤機(jī)行走，分為電動絞車和液動絞車牽引，屬于外牽引，其行進(jìn)速度由絞車轉(zhuǎn)速調(diào)速。

(2)鏈嚙合驅(qū)動(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驅(qū)動采煤機(jī)行走，屬于內(nèi)牽引，分為液壓調(diào)速和電動調(diào)速。

(3)齒嚙合驅(qū)動(齒輪內(nèi)牽引)。利用機(jī)載齒輪與刮板機(jī)的齒軌、銷軌、鏈軌之間的嚙合力來驅(qū)動采煤機(jī)行走，形成了齒軌式、銷軌式、鏈軌式無鏈牽引機(jī)構(gòu)，分為液壓調(diào)速和電動調(diào)速。

(4)履帶式驅(qū)動(履帶自行走)。通過驅(qū)動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地面形成摩擦推動力，從而使采煤機(jī)向前行走，這種行走方式機(jī)動性好，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個控制能力

在采煤機(jī)切削煤層的過程中，必須有可靠的控制技術(shù)保證，才能實(shí)現(xiàn)安全高效開采。在工作面運(yùn)行的采煤機(jī)有6個自由度，如圖3所示，包括3個平移自由度和3個轉(zhuǎn)動自由度，它們須滿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)過程中會產(chǎn)生直線度偏差，因此需要采煤機(jī)軌跡檢測功能，進(jìn)而導(dǎo)控液壓支架對刮板輸送機(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，要求采煤機(jī)能夠自動識別厚度變化并實(shí)時進(jìn)行煤巖界面的仿形截割控制，即業(yè)界通稱的滾筒自動調(diào)高功能。

圖3 采煤機(jī)6個自由度及控制功能

(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)尚無這種能力。

(5)傾斜開采的防滑能力。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會出現(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，能夠自動調(diào)平控制。

在采煤機(jī)技術(shù)發(fā)展中，控制能力提升走過了從人工跟機(jī)操作到近程、遠(yuǎn)程遙控，再到自動控制的過程，最早研發(fā)并應(yīng)用的是牽引調(diào)速技術(shù)，研究最多的是自動調(diào)高技術(shù)，近年研究熱點(diǎn)集中于自動調(diào)偏技術(shù)。

1.5 采煤機(jī)三維構(gòu)型集合

采煤機(jī)是一個機(jī)械系統(tǒng)，要用系統(tǒng)思維來研究創(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，3個維度的要素有所進(jìn)步或變革，可組合出多種類型的采煤機(jī)，共有64種采煤機(jī)結(jié)構(gòu)型式。例如，J1Q4K1是最早研發(fā)出來的頓巴斯截煤機(jī)，J4Q3K2是當(dāng)前普遍使用的無鏈牽引滾筒采煤機(jī)，J4Q4K3是自動化的履帶式連采機(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)化的過程，最早的鏈鋸式割煤機(jī)處于(1,1,1)層級，而目前熱點(diǎn)的智能化滾筒采煤機(jī)處于(4,3,3)層級，智能化刨煤機(jī)處于(2,3,3)層級。

針對本篇敘述的割煤機(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)始時間軸

2 鋸削式截煤機(jī)

2.1 國外截煤機(jī)發(fā)展歷程

截煤機(jī)是利用截桿或截盤在煤層中截縫或開槽的機(jī)器，如圖6所示，截割機(jī)具是扁平、彎曲或環(huán)形的截盤，截盤是裝有截齒的運(yùn)動截鏈。長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，英國創(chuàng)造了世界第1臺截桿式截煤機(jī)，以壓縮空氣作為動力，實(shí)現(xiàn)了最早也是最簡單的動力機(jī)械工具采煤。其原理示意圖見圖7。

圖7 截桿式截煤機(jī)結(jié)構(gòu)形式

1900年，德國威斯特伐利亞公司(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上展出采礦設(shè)備并獲獎。

1911年，美國杰弗里(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GEW公司制造出世界第1臺鏈?zhǔn)綘恳貤U式割煤機(jī)。

1916年，美國久益機(jī)器公司(Joy Machines Ltd.)制造出世界上首臺蟹爪式裝載機(jī)(4BU型，如圖8所示)，并在匹茲堡煤炭公司索瑪(Sommer)2號煤礦應(yīng)用。

1926年，美國煤礦井下開始用裝煤機(jī)代替手工裝煤，提高了生產(chǎn)率。

2.1.2 蘇聯(lián)對截煤機(jī)的創(chuàng)新貢獻(xiàn)

蘇聯(lián)對推動截煤機(jī)創(chuàng)新和發(fā)展發(fā)揮了重要作用，十月革命之時，全蘇聯(lián)的煤礦只有24臺截煤機(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，開始批量生產(chǎn)，并設(shè)計了截縫高度僅為75 mm的薄截盤；1935年，工程師阿·克·謝爾丘克設(shè)計出曲折截盤式截煤機(jī)，如圖9所示，曲折截盤具有破碎煤層的作用，實(shí)現(xiàn)截縫與破碎一體化作業(yè)，無需再打孔放炮；1936年，該廠研制出用于開采緩傾斜煤層的 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；1937年，該廠設(shè)計了立式截割與鏈鋸截盤相結(jié)合的截煤機(jī)，如圖10所示，截框?qū)挾?70 mm，截盤厚度87 mm，牽引速度0.58 m/min；1938年，該廠生產(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，使落煤效率提高30%～40%；同年，該廠制造出ГВУ巷道掘進(jìn)重型截煤機(jī)，設(shè)有3 m長的截盤，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，該廠又研制出第1臺可自動調(diào)整牽引速度的ГMA型截煤機(jī)；1940年，該廠試制出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)軟硬和電動機(jī)負(fù)荷而自動調(diào)節(jié)牽引速度；1941年，該廠研制出框形截盤的截煤機(jī)，如圖11所示；1943年對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，庫佩斯基機(jī)械制造廠試制出第1臺KM-44型截煤機(jī)，1948年由高爾洛夫斯基工廠批量生產(chǎn)；1946年，礦山機(jī)械研究院恩·阿·休里斯和阿·伊·契夫?qū)幐暝O(shè)計出MB-60型截煤機(jī)，由高爾洛夫斯基機(jī)械廠制造，第1批生產(chǎn)39臺，同年研制出ГTК-35重型截煤機(jī)；1950年生產(chǎn)出更完善的可調(diào)速牽引的ГTК-35M重型截煤機(jī)，替代了ГTК-3M截煤機(jī)。

圖11 框形截盤的截煤機(jī)

這一期間，紅光機(jī)械制造廠在1940年研制出ВTУ-1型巷道萬能截煤機(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，庫佩斯基機(jī)械制造廠試制出第1臺KM-44型截煤機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)；1948年，礦山機(jī)械研究院對ПК-2型掘進(jìn)康拜因進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計并投入生產(chǎn)制造；同年，庫佩斯基機(jī)械制造廠生產(chǎn)出ЩBД-48重型巷道截煤機(jī)樣機(jī)；1951年開始生產(chǎn)KM-2型截煤機(jī)，如圖12所示。

圖12 KM-2型截煤機(jī)及截盤結(jié)構(gòu)

2.1.3 蘇聯(lián)截煤機(jī)康拜因發(fā)展

井下煤層截割、落煤、裝煤全過程實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的聯(lián)合采煤機(jī)組被稱為煤礦康拜因，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)，并開始了第1個采煤康拜因設(shè)計。1928年，工程師謝爾丘克設(shè)計了C-5型康拜因，如圖13所示，它裝有框形截盤，在截盤的上方和下方各裝有2對液壓機(jī)來破碎塊煤，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)計了Я-3型雙截盤康拜因和Я-4型單截盤康拜因；工程師謝爾丘克1938年設(shè)計了曲折截盤的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)械廠制造出產(chǎn)5臺。1940年，波多利斯基機(jī)械制造廠試制出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)計了AMB-1型康拜因，如圖16所示，由高爾洛夫斯基機(jī)械廠制造；同年，工程師斯·斯·馬卡洛夫設(shè)計了KM型康拜因，如圖17所示， KM-4型康拜因適用于1.8～2.1 m的煤層開采；KM-5型康拜因取消了中間截盤，可采1.15～1.30 m的煤層；KM-6型康拜因把上曲折截盤變?yōu)槠浇乇P，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、高爾洛夫斯基機(jī)械廠制造了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)計了BHAT-2型康拜因，同年又設(shè)計了BHATИ型康拜因；1947年，工程師耶·特·阿巴古莫夫單獨(dú)設(shè)計出УКА-1型康拜因；1948年，他們又共同設(shè)計了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?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，高爾洛夫斯基機(jī)械廠批量制造的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個框形截盤，截縫高度為120 mm，截盤高度有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個平行豎立的鏈?zhǔn)狡浇乇P，采用履帶行走；1951年造出KK-1型急傾斜煤層截煤康拜因；1952年制造УКMГ-1型截煤康拜因；1953年試制出“礦工”型截煤康拜因，一年之后定型為“礦工-1”型截煤康拜因；1953年造出BOM-53型截煤康拜因。1960年，蘇聯(lián)基洛夫機(jī)械制造廠研制出“基洛夫人-2K”型薄煤層截煤機(jī)，其原理如圖20所示，采用框式截割鏈切削煤層，采用鋼絲繩外牽引，最大牽引速度2.8 m/min，裝機(jī)功率75 kW[6]。

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 其他國家的截煤機(jī)研發(fā)

1937年，德國GEW公司對截煤機(jī)進(jìn)行首輪測試。1938年，英國安德森公司(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兩種型號。同年，德國赫爾布特·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，德國魯爾礦區(qū)井下開始廣泛使用鎧式工作面輸送機(jī)。

1943年，英國安德森公司推出Meco-Moore截裝機(jī)，設(shè)置了底部平截盤、頂部平截盤和垂直截盤，截割的煤落在橫向傳送帶運(yùn)出工作面。菲爾·懷爾斯(Phil Wyles)曾評價：Meco-Moore機(jī)器將改變煤炭工業(yè)。同年，萬克豪斯(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的KW-57改進(jìn)型采煤機(jī)。

1958年，英國安德森公司生產(chǎn)了履帶式行走的AB型萬能截煤機(jī)，其截盤能夠切割底槽、頂槽、豎槽、斜槽。

2010年，波蘭法姆爾公司推出KSW-460NE采煤機(jī)，它是一款長壁開采截煤機(jī)，可對橫向傾角小于25°及縱向傾角小于35°的煤層進(jìn)行掏槽開采，最大開采高度3.5 m。

2.2 我國截煤機(jī)發(fā)展歷程

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)器廠試制成功新中國第1臺47 kW(65馬力)的KМП-1型截煤機(jī)，如圖22所示。同年，開灤礦務(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)，這被視為開灤礦區(qū)機(jī)械化采煤的開端[8]。1952年10月，大同礦務(wù)局永定莊礦6號井試用蘇制頓巴斯-Ⅰ康拜因和張家口煤機(jī)廠試制的刮板運(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t，這是國內(nèi)首次采煤機(jī)械化實(shí)踐[7]。

圖22 第1臺國產(chǎn)截煤機(jī)(太原礦山機(jī)器廠)

1953年底，雞西煤礦機(jī)械廠制造出中國第1臺深截式截煤機(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、裝煤過程的機(jī)械化[9]。該采煤機(jī)組為新中國之初的機(jī)械化采煤創(chuàng)造了關(guān)鍵條件，在我國煤礦使用量逐年翻倍增長，1952～1955年使用量分別為5臺、18臺、29臺、46臺(國產(chǎn)2臺)，1956年有37臺國產(chǎn)頓巴斯采煤機(jī)投入使用，被列入我國第一個五年計劃綱要的煤礦機(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《努力完成第一個五年建設(shè)計劃》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)院組織教師對截煤機(jī)基礎(chǔ)問題集中開展了系統(tǒng)研究，例如截齒和截鏈力學(xué)、截煤機(jī)運(yùn)動學(xué)、截煤機(jī)新型機(jī)構(gòu)設(shè)計、截煤機(jī)自動負(fù)荷調(diào)整技術(shù)等[11-13]，這些工作對我國研發(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、雞西煤機(jī)廠制造的國產(chǎn)首臺東風(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的煤層開采產(chǎn)量為180～250 t/h[14]。第一批生產(chǎn)50臺，與張家口煤礦機(jī)械廠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)廠生產(chǎn) YRMT-3型采煤康拜因，適用于薄煤層開采。

20世紀(jì)80年代，我國研制出MJ50型截煤機(jī)，適用于采高0.5～1.3 m、硬度f≤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，適用于工作面長度6～30 m的超短壁工作面機(jī)械化開采，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 國外刨煤機(jī)發(fā)展歷程

3.1.1 德國刨煤機(jī)發(fā)展歷程

德國是刨煤機(jī)的研發(fā)和制造強(qiáng)國，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臺塔形刨煤機(jī)；1948年制造出世界上第1臺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的薄煤層開采，1980年我國引進(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)的各自優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來， 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臺雙刨頭自動刨煤機(jī)，首先在美國投入使用，然后在德國使用。

1995年，GEW公司合并組建為德國采礦技術(shù)公司(DBT)；1997年DBT公司研發(fā)出S4-K型拖鉤刨煤機(jī)，功率2400 kW，用于對厚度0.62 m的薄煤層進(jìn)行刨削式回采；1998年研發(fā)出全自動刨煤機(jī)GH9系列，GH9-34Ve/4.7滑行刨煤機(jī)(圖27)適用于采高0.85～1.8 m的薄煤層開采，該機(jī)2000年用于鐵法煤業(yè)集團(tuán)小青煤礦，是我國第1個薄煤層自動化工作面[20]；GH9-38Ve/5.7滑行刨煤機(jī)適用于采高0.75～1.8 m的薄煤層開采；2002年研發(fā)出GH系列新型滑行刨煤機(jī)，GH42型滑行刨煤機(jī)的采高1～2.2 m，GH800滑行刨煤機(jī)的采高0.9～2 m，GH1600滑行刨煤機(jī)采高1.1～2.3 m；2008年研制出RHH42型底拖式刨煤機(jī)，在烏克蘭克拉斯諾阿爾麥斯克煤礦使用，采高0.6～1.35 m，實(shí)現(xiàn)了薄煤層工作面無人化開采；之后又研發(fā)出RHH800型刨煤機(jī)，最大功率2×400 kW，刨頭高度0.6～1.6 m。2013年，DBT公司并入卡特彼勒公司，推出了Cat GH800B滑行刨煤機(jī)，裝機(jī)功率為2×400 kW，開采厚度0.8～2.0 m，在德國伊本比倫煤礦使用。

圖27 GH9-38 ve 5.7滑行刨煤機(jī)

此外，德國拜因公司(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)，采用對開式刨頭，之后又設(shè)計制造出Mega-3G型刨煤機(jī)。德國的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，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%，傳動能耗減少約30%。該機(jī)在德國Neiderberg煤礦井下試驗(yàn)并取得成功[22]。

3.1.2 其他國家的刨煤機(jī)發(fā)展

除了德國之外，其他國家也研制出一些刨煤機(jī)，多為滿足自己國家的薄煤層開采需要，未能成為國際化通用機(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УC-3型刨煤機(jī)分別在伏羅希洛夫礦務(wù)局5號礦井和布良斯克礦務(wù)局47號礦井進(jìn)行試驗(yàn)；1948年改進(jìn)之后開始批量制造УC-4型刨煤機(jī)，在頓巴斯的礦井使用。

1947年，英國M.C公司研制出薩姆松(Samson)型液壓動力刨煤機(jī)，適于開采1.1～1.8 m的煤層。

1950年，美國西弗基尼亞州東部聯(lián)合煤炭公司開始使用煤刨機(jī)開采，被認(rèn)為是美國機(jī)械化長壁開采的開端。

1955年，英國制造了休伍德(Huwood)型動力刨煤機(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SWS-1型刨煤機(jī)，后來制造出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。對于極薄煤層，ACEC公司設(shè)計了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采。

1967年，前蘇聯(lián)沙赫特煤炭科學(xué)研究設(shè)計院開發(fā)了1YCB-67型靜力快速刨煤機(jī)；1975年開發(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采，日產(chǎn)量達(dá)1300～2300 t[28]。

3.2 我國刨煤機(jī)發(fā)展歷程

1958年，北京礦業(yè)學(xué)院設(shè)計了躍進(jìn)-Ⅱ型刨煤機(jī)組，由張家口煤機(jī)廠制造，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)械廠設(shè)計制造出我國第1臺拖鉤刨煤機(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年制造出我國第1臺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和機(jī)械傳動刨煤機(jī)及刮斗刨煤機(jī)，1970年改裝了1臺滑行刨煤機(jī)，成為新一代刨煤機(jī)；1975年對MBJ-Ⅰ型刨煤機(jī)改進(jìn)設(shè)計，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，張家口煤礦機(jī)械廠等單位試制出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)；湖南邵陽煤機(jī)廠研制出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、淮南礦山機(jī)器廠制造出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)一廠和徐州煤機(jī)廠等單位研制出BT30/2×132型拖鉤刨煤機(jī)，這是國內(nèi)研制的第1臺快速刨煤機(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)，在陽泉礦務(wù)局一礦投入工業(yè)性試驗(yàn)，之后改進(jìn)設(shè)計為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°的煤層開采。2010年，三一重裝集團(tuán)研發(fā)出BH38/2×400型全自動刨煤機(jī)組，如圖28所示，該機(jī)可實(shí)現(xiàn)全自動化和遠(yuǎn)程控制開采，適用于0.8～2.0 m薄煤層開采，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)

我國在自主研發(fā)刨煤機(jī)的同時，還及時引進(jìn)了國外多種刨煤機(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GS34/4型滑行拖鉤刨煤機(jī)，開灤礦務(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公司購置了9-34VE/4.7型和9-34VE/5.7型刨煤機(jī)及自動化控制系統(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)械制造廠研制出筒形截盤的ВЩ型巷道鉆煤機(jī)，它是世界上第1臺鉆削式采煤機(jī)。1948年，蘇聯(lián)多列茨機(jī)械工廠試制出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)動的步進(jìn)式移動。

圖29 前蘇聯(lián)的ППК-1煤巷鉆進(jìn)康拜因

1951年，美國久益公司推出Koalmaster采煤機(jī)，用裝有刀齒的轉(zhuǎn)臂和環(huán)形鉆頭截割煤層，故稱為鉆削式連采機(jī)。1955年，美國人A.G.威爾考克斯(Wilcox)設(shè)計、杰弗利機(jī)械公司(Jeffrey Manufacturing Co.)制造了第1臺螺旋鉆采煤機(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?yán)瓌鱼@臂，使其可以繞底盤擺動，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，德國研制出BSL型鉆削式采煤機(jī)，該機(jī)兩端各裝有2個鉆頭和平截盤，中部設(shè)有1個立式截盤。

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個鉆頭落煤，鉆頭后側(cè)的框形鏈?zhǔn)浇乇P切割周邊煤層，并把落煤裝運(yùn)到運(yùn)輸機(jī)上。

圖30 第1臺螺旋鉆采煤機(jī)工作原理

1953-1965年，英國安德森公司研制出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個鉆削頭、6個垂直截盤和2個水平截盤組成，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Collins公司創(chuàng)造了爬底式卻盤納采煤機(jī)(TREPANNER)，它是鉆削與截盤相結(jié)合的采煤機(jī)，設(shè)有筒形鉆頭和3個截盤(頂部、底部、垂直)，因此以“Tre”(3個)和“Panner”(平盤)來命名；該機(jī)采高0.9～1.2 m[38-39]。

20世紀(jì)70年代初，蘇聯(lián)戈爾諾夫斯克機(jī)械制造廠研制出ВК-4型和ВК-52型鉆削式采煤機(jī)，ВК-52的截割機(jī)具由2個鉆削頭、1個垂直滾筒和1個掃底截盤組成，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)計研究院設(shè)計了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)，用于開采房柱式采煤留下的煤柱，也可開采煤厚小于0.9 m的緩傾斜煤層[40]。同時期，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，用于開采0.75 m左右的極薄煤層。

1982年，英國安德森公司制造出AS270爬底板鉆削式采煤機(jī)，機(jī)器兩端各設(shè)1個圓筒式鉆削頭及上下2個清理頂?shù)酌旱慕乇P，電機(jī)功率200 kW，采高為0.86～1.27 m，液壓無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個鉆頭，上下各設(shè)置1個水平截盤，可通過液壓裝置調(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為1.5～2.5的煤層[42]。1998年，烏克蘭MALTSHEV機(jī)械制造廠生產(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，我國研制出ZM725/239型螺旋采煤鉆機(jī)(見圖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)無人工作面獨(dú)頭采煤。

圖35 國產(chǎn)ZM725/239型螺旋采煤鉆機(jī)

2006年，我國在吸取烏克蘭等國家同類產(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)與中國礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合研制了ZMY550/165型螺旋鉆機(jī)，用以開采普通采煤工藝根本無法開采的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)計研發(fā)出MZ110/235型螺旋鉆削式采煤機(jī)，該機(jī)排列3個鉆頭，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個鉆頭，鉆深70 m，適用于0.35 m的極薄煤層開采[46]。

5 結(jié)語

采煤機(jī)機(jī)型的不斷創(chuàng)新發(fā)展，推動了煤炭開采工藝的變革。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)型中的初級采煤機(jī)，它們?yōu)樵缙诘拿禾繖C(jī)械化開采做出主要貢獻(xiàn)。無鏈牽引的自動化刨煤機(jī)屬于中高級采煤機(jī)，在當(dāng)今煤炭開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擅簷C(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知網(wǎng)、百度咨詢、360百科等信息平臺。因?yàn)橐恍﹨㈤單墨I(xiàn)只給出大致的研發(fā)時間，所以筆者述及的采煤機(jī)出產(chǎn)年份可能會有偏差，請讀者幫助校正。