金属矿山 ›› 2026, Vol. 55 ›› Issue (5): 1-16.
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王少锋,尹磊磊,石鑫垒,周子龙
WANG Shaofeng,YIN Leilei,SHI Xinlei,ZHOU Zilong
摘要: 当前非煤矿山资源开发强度逐步提升,浅层资源逐渐减少推动开采重心转向深部区域,对采掘装备的
高效性、安全性以及智能化水平提出了更加严苛的要求。作为巷道掘进的核心装备之一,悬臂式掘进机的技术性能
将直接影响非煤矿山的开采效率与生产安全,其应用与发展始终是行业研究的焦点课题。聚焦非煤矿山采掘工程中
悬臂式掘进机进行研究,系统归纳了其发展历程、关键技术和应用现状,分析了悬臂式掘进机的核心理论与技术,包
括破岩刀具类型、峰值截割力理论模型及装备结构设计。研究表明:① 悬臂式掘进机历经多阶段技术迭代,国外从20
世纪30 年代末的结构不完善机型,逐步发展至可截割抗压强度170~200 MPa 超硬岩层的智能化装备;国内则从20
世纪60 年代的技术引进,逐步实现自主研发,现已形成轻、中、重及超重型全系列产品,为实现非煤矿山机械化开采奠
定了坚实的技术基础。② 悬臂式掘进机的破岩刀具以镐型截齿为主,其破岩机理分为弹性变形、裂纹产生、宏观裂纹
形成及岩屑崩落阶段,峰值截割力模型为设备设计提供了理论支撑。③ 悬臂式掘进机已在金矿、铅锌矿、钾盐矿、芒
硝矿、磷矿等非煤矿山成功应用,展现出巷道成型精度高、安全性好等优势,但也存在岩石特性自适应性不足、设备智
能化程度有限、采掘工艺不匹配等问题。在此基础上,剖析了现阶段悬臂式掘进机在非煤矿山应用过程中面临的挑
战,并展望了“十五五”乃至更长一段时间该领域的发展方向。现阶段该领域面临的挑战在于非煤矿山特有的地质与
工况条件制约设备效能发挥,岩石力学特性复杂、矿体赋存形态多样、设备性能局限、智能化程度低、采掘工艺欠缺,是
目前悬臂式掘进机在非煤矿山应用过程中亟待解决的难题;未来发展应聚焦于刀具革新、联合辅助破岩、截齿结构优
化、机岩匹配与智能化、采掘工艺优化等。基于以上分析,提出了 “监测—感知—调整—破岩” 全信息智能化、透明化
工作模式的未来发展构想:通过激光雷达、矿压监测系统、多元传感器实现采掘工作面地质环境、设备状态及作业环
境的实时监测;依托随采/ 掘感知技术动态识别岩体特性与设备故障风险;采用高压水射流、微波等联合辅助破岩技
术,结合截割参数动态调整,弱化岩石强度、降低刀具损耗,最终实现高效破岩与安全作业。通过融合物联网、人工智
能、数字孪生技术,支撑掘进机自适应截割与远程无人操控,推动非煤硬岩矿山采掘设备发展向机械化、智能化、无人
化、信息化方向迈进。
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