复杂地质条件下采煤机的应用研究

赵学才

摘要：中国目前正处于社会经济技术实现新发展的关键时期，而煤矿开采生产技术仍是科学技术进一步发展的薄弱环节。机械化采煤技术的革新，不仅在技术上不断突破，也在日益增加生产量，只有不断发展和充分落实先进的煤矿技术，才能继续占据国际经济科技重要战略位置。本文针对大功率采煤机采煤技术开展探讨

关键词：采煤机;功率;开采速度;措施

大功率采煤机技术设备的应用对于煤炭企业的发展具有重要意义，然而在应用中经常会出现一系列的故障。通过采取一定的改进措施降低设备故障概率，而且可显著提高煤矿的采煤效率，降低维修成本和工作人员劳动力，具有良好的经济效果和使用性能，改进后的采煤设备更加安全、高效。

一、当前采煤机的技术现状

（一）采煤机的工作机构

采煤机的工作机构承担截煤和装煤任务，一个完善的工作机构应满足以下要求：a）可针对不同地质环境条件做出适应性调节;b）利用煤壁的相关特性降低能耗、减少成本投入;c）能装煤和自开缺口;d）自动平衡载荷，机械效率较高;e）结构简单实用，能满足基本生产功能的实现^[1]。

（二）滚筒式采煤机械的技术现状

1、截齿

截齿刀体的材料一般为40Cr、35CrMnSi、35SiMnV等合金钢，经调质处理后获得足够的强度和韧性。扁形截齿的端头镶有硬质合金核或片。镐形截齿的端头堆焊硬质合金层。硬质合金是一种WC和Co的合金。WC硬度极高，耐磨性好，但性质脆。截齿上的硬质合金常用YG-8C或YG-11C。YG-8C适用于截割软煤或中硬煤，而YG-11C适用于截割坚硬煤。经验证明，改进截齿结构，适当加大截齿长度，增大切屑厚度，可提高煤的块度并可降低煤尘。

2、滚筒

a）滚筒的直径。目前采煤机的滚筒直径都在0.65m～2.3m范围内。单滚筒采煤机的滚筒直径应按煤层厚度来选择，一般比煤层厚度小0.1m～0.2m。双滚筒采煤机则按采高来选择滚筒直径，应稍大于最大采高的一半，以便采煤机能一次采全高。轮毂直径愈大，则滚筒内容纳碎煤的空间愈小，碎煤在滚筒内循环和重复的破碎的可能性愈大。在满足轮毂安装轴承和传动齿轮的条件下，应保持叶片直径与轮毂适当的比例;b）滚筒宽度。滚筒宽度应等于或大于采煤机的截深。滚筒的宽度一般为0.6m～0.8m，对于较薄的煤层，为了提高采煤机的生产率，滚筒宽度可为0.8m～1.0m;对于较厚的煤层，为了改善顶板的支护性能，滚筒宽度可取0.5m;c）螺旋升角。螺旋升角的大小直接影响滚筒的装煤效果。升角较大时，排煤能力强，装煤速度快。但升角过大会把煤抛到溜槽的采空侧;升角过小，煤在螺旋叶片内循环过多，煤的重复破碎严重。国内外对螺旋升角曾做过大量试验，中国一般认为螺旋升角为20°～35°时装煤效果较好。螺距的大小应保证煤从滚筒中顺利排出，一般为0.25m～0.4m。

3、牵引机

采煤机的牵引机构有钢丝绳牵引、锚链牵引和无链牵引三种形式。随着采煤机的不断发展，由于钢丝牵引机构的牵引力小，容易发生断绳事故，且断裂后不易重新连接，故这种牵引机构已逐渐被淘汰，目前广泛使用的是锚链牵引，进入20世纪90年代以后，无链牵引有了很快的发展，正在全面推广应用。

二、工作面开采对采煤机的技术要求

（一）牵引与制动

对于工作面开采而言，由于工作面倾角增大，上行割煤时，采煤机除了需要克服上行截割阻力、采煤机与刮板机之间的摩擦力外，还要克服采煤机自身下滑分力。工作面倾角越大，下滑分力就越大，需要的牵引力也越大，以保证采煤机能在工作面上顺利行走。下行时，则截割反力与摩擦阻力不足以平衡采煤机下滑分力，需要采煤机能提供可靠的制动力，以保证采煤机在工作面上运行平稳不发生“飞车”，且工作面倾角越大，需要的制动力也越大。停机时，采煤机应具有可靠的机械制动，防止采煤机下滑。

（二）潤滑

良好的润滑是齿轮传动系统可靠运行的重要保障。对于采煤机而言，开采过程中，摇臂大多数时间内都保持一定角度。在油液体积一定的情况下，如果不采取特殊措施，则往往难以保证摇臂高处的齿轮、轴承及密封件始终处于较好的润滑状态，从而对摇臂的可靠运行和使用寿命造成较大影响。因此，采煤机必须具备高效润滑系统。目前采煤机较为常用的润滑方式为强制润滑和分腔润滑。强制润滑系统能对采煤机各齿轮、轴承输油润滑，但需要专用润滑油泵及设置润滑油路，往往用于倾角大的工作面。分腔润滑系统通过将减速机构分隔为多个单独的腔体来保证齿轮、轴承的润滑，但结构复杂，油腔空间小，散热条件差，在较工作面仍会出现高处齿轮、轴承润滑不良的情况。

（三）装煤效果

在近水平和缓倾斜煤层开采时，采煤机前滚筒割落的煤块相对于煤层底板有一定落差，并且沿滚筒切向、轴向都有一定的初速度分量，因此大部分落煤都能通过螺旋叶片推送或甩到刮板输送机内，剩余部分形成的浮煤，也可以由后滚筒装入刮板输送机。而现场生产实践表明，煤层长壁综采面采煤机装煤效果远不如缓倾斜煤层，而且工作面倾角越大，尤其是上行割煤时，装煤效果越差，成为制约生产效率和产量的重要因素。因此，大倾角工作面开采，对改善采煤机装煤效果具有迫切需求。

三、我国大功率采煤机采煤技术发展方向

（一）大力推广电力驱动采煤机

随着电力、电控技术的飞速发展，国外采煤机已经向电力驱动方向发展，而我们大部分精力还在研究液压驱动采煤机，在国外液压采煤机械基本已被电力驱动系统所代替，液压采煤机有结构复杂、制造困难、管线街头繁杂、维修不便等缺点，但国内受资金限制，技术屏蔽还未能推广电力驱动的采煤机械。随着煤炭市场的不断扩大，必须提高煤炭的开采速度，这种效率较低、开采速度慢的液压驱动采煤机械已经不能满足对煤炭市场需求的供应。因此我国必须大力推广电力驱动采煤机，建立专项研究机构、投入研究资金、大量培养专项技术人员、掌握前沿技术、获取核心知识产权、紧跟国际先进水平步伐。

（二）提升采收功率

我国生产的采煤机相对国外产品功率较小，提功率就相当于提升牵引力和开采速度，有效方式就是使用大功率采煤机械，我国制定的采煤机械的技术方向就是提升采煤机械的额定功率来提升采煤速度，并且制定的目标是采煤机在整个寿命周期内完成采收3000万t的煤炭。

（三）引入交流变频调速牵引系统

交流变频技术在我国各个领域得到应用发展，此技术也完全符合大型煤矿开采机械的技术开发要求和发展方向，并在煤炭开采机械中得到应用，其具有结构简单、可行性强、成本低廉、维修方便、技术先进、不易出现故障等优点，所以国外青睐于此项技术在煤炭开采中应用，并得到快速发展。目前主要采用的技术是两台变频控制器带动两个牵引系统，可对牵引系统起到良好保护和精准灵活地控制。使变频调速在采煤机械中更好地发挥作用，正在研究“一拖一”的带动模式。

（四）改进自动化控制流程

以矿用电脑操控系统的嵌入式开发平台，利用无线信号的远距离信号传输能力，来开发采煤机械可视化操作系统，还需要考虑其抗热能力、抗干扰能力和使用性能，提升其自动化程度，增加系統诊断辅助系统，增大信息储存能力，强化信号传输和显示的准确性，使操作流程自动化和可视化有助于采煤机械提高采收速度和采收能力。

（五）配电设备小型化

采煤机械功率增大的同时，电机、变速器、变频器等动力元件的体积也会必然增大，因此其他配电设备必须小型化才能合理地利用有效空间，合理布局整个设备的基本结构，所以合理利用小型的配电设备是合理设计采煤机械整体结构的前提条件。

四、结语：

开展大功率采煤机关键技术研究，有效解决现有采煤机在大倾角工作面遇到的难题，进一步提高大倾角工作面综合机械化水平，对我国煤炭行业技术进步和煤炭工业的持续发展意义重大。

参考文献：

[1]贠东风，任奉天，伍永平，等.大倾角综采面采煤机装煤效果分析[J].煤矿开采，2017，22（3）：1-5.

[2]卓军，王灿华，王焕明，等.大倾角薄煤层综合机械化开采实践[J].煤矿安全，2017，48（6）：152-155.

[3]钱立全.MG200/456系列薄煤层采煤机精品创建[J].煤矿机电，2017（1）：43-46.