大功率薄煤层采煤机选型设计原理及应用

任紫彬

（江苏徐矿能源股份有限公司物资供销分公司，江苏 徐州221000）

1 夏阔坦煤矿110402 工作面地质条件

工作面走向长度357m，走向倾角0～4°，工作面倾向长度80m，工作面平均倾角13°，最大14°，煤层最大厚度1.08m，最小厚度0.9m，平均厚度0.92m，煤质硬度f3，顶板为粉、细砂岩，局部中砂岩，硬度f5，底板为粉砂岩，硬度f4～6，首采工作面为右工作面，进风巷和回风巷尺寸相同，均为矩形巷道，尺寸4.2m×2.6m(宽×高)。

2 采煤机的选型

根据夏阔坦煤矿110402 工作面地质条件，符合该条件的采煤机，机身高度要低，且截隔功率要大，最终选择MG450/1050-WD 型采煤机。该型采煤机是一种采用多电机联合驱动、技术性能先进的大功率薄煤层采煤机，可满足最低1.1m薄煤层高效自动化开采。该型采煤机是适应最低1.1m 采高全球装机功率最大的采煤机，其整机性能优良，各项技术指标均处于国际领先水平。

3 MG450/1050-WD 型采煤机的主要技术参数

机面高度：≤750mm（包括运输机），适用采高范围：1.1～1.7m，装机功率：1050kW，截割功率：2×450kW，牵引功率：2×65kW 泵功率：20kW，牵引力：500/250kN，牵引速度：0～14.5/29m/min， 滚 筒 转 速：59r/min， 滚 筒 直 径：φ1050 ～φ1250mm，滚筒截深：800mm，整机重量：33t。

4 MG450/1050-WD 型采煤机主要设计原理：

4.1 半悬机身的整机布置结构

国内外，现有的双滚筒薄煤层采煤机，大部分结构形式有两种：一种是采煤机的主要部分（如电动机、牵引传动装置等）均布置在刮板输送机上方，仅两滚筒布置在煤壁侧，称之为正常布置方式的采煤机；另一种是采煤机的主要部分（如电动机、牵引传动装置等）及采煤机滚筒均布置在煤壁侧，位于刮板输送机铲煤板上方，称为全悬布置方式的采煤机。

图2 半悬式机身布置图

第一种布置方式为采煤机传统的布置方式，普遍应用于现有的采煤机设计中，但是对于薄煤层采煤机的设计，存在几点问题：

4.1.1 过煤空间小。正常布置的采煤由于结构的限制，采煤机的机身厚度很难降低，在采高低的情况下，使得过煤空间小；

4.1.2 截割功率低。由于工作面采高的限制，正常布置的薄煤层采煤机，一般截隔功率均较低，如果增加采煤机截割电动机的功率，电动机的直径就会随之增大，摇臂下割煤时候，电机容易和槽帮干涉。

第二种采煤机的结构形式为爬底板式，这种结构形式也相应的解决了采煤机机身高度的问题，但是存在结构上的缺陷，整个采煤机大部分的结构部件均布置在运输机槽帮外侧，采煤机的重心不稳，在割煤运行过程中整个采煤机稳定性能低，由于薄煤层工作面一般地质条件均较差，低板高低不平，容易和采煤机发生干涉，采煤机适应工作面的能力低。

对于以上的问题，结合正常布置和爬底板两种结构的优缺点，MG450/1050-WD 型大功率薄煤层电牵引采煤机整机，采用半悬式机身，加全悬截割电机摇臂的布置形势，该结构有效解决了以上问题，如图1 所示。

（1）半悬式机身

采煤机牵引传动部，是影响机身高度的主要因素，而牵引传动系统中牵引电机和行星机构决定了机身的厚度。

半悬式机身采煤机，采用一种半悬布置方式的机身结构。其主要特点是将牵引部中牵引电机及牵引传动部的大齿轮，位于刮板输送机槽帮及铲煤板上方面，面向煤壁侧半悬布置，。如图2 所示。

半悬式机身布置方式，把牵引系统中尺寸较大的部件，均半悬布置在刮板输送机槽帮及铲煤板上方，不影响中部槽上方采煤机的机身厚度。

半悬式机身结构，在采煤机机面高度较低的情况下，既保证了一定的过煤空间，又不使得采煤机机身的重心过于偏向煤壁侧，保证了采煤机的稳定运行。

（2）全悬截割电机式摇臂

全国薄煤层工作面，普遍存在地质条件复杂情况，因此需配置较大的截割功率。本采煤机配置450kW 的截割功率，经查阅相关资料，功率在200kW 的截割电机，直径最小为440mm 左右，就算采煤机摇臂采用双电机布置，摇臂外壳厚度也要在500mm 以上。若按正常布置将截割电机布置在刮板机中部槽上方，其厚度远大于机身厚度300mm，严重影响机面高度或过煤高度，无法满足使用要求。

采用全悬截割电机式结构，将截割电机与行星机构布置在同侧，使其位于刮板机煤壁侧槽帮外侧，采煤机摇臂下割煤时，摇臂与刮板运输机槽帮有一定的安全空间，不存在截隔电动机于运输机槽帮干涉的情况，这样就大大降低了采煤机的机身高度，摇臂壳体厚度不再受到严格限制，可以采用单截割电机，结构简单。

4.2 扁电缆结构

薄煤层工作面配套时，相应的运输机槽帮高度，电缆槽高度均较低，导致电缆槽的深度小。如采用普通供电电缆，由于其折弯半径大，在弯折3 层的极限情况下，往往超出电缆槽，甚至与支架顶梁干涉，给拖缆带来极大的不便，安全效果低，影响正常生产。

本采煤机配套的电缆，将普通供电电缆改为扁平电缆（如图3 所示），加大电缆横向宽度尺寸，减小电缆高度，其折弯半径大大降低，同时采用专用的扁电缆夹，其弯折3 层时，电缆高度也大幅降低，极大地改善了薄煤层拖缆难的问题，提高开采效率。

图3 扁电缆

5 使用效果

夏阔坦110402 工作面使用的MG450/1050-WD 型采煤机，从2019 年11 月安装使用至今，解决了硬薄煤层开采的难题，到达了安全生产，采煤机使用故障率低，降低了工人劳动强度，煤炭产量稳定，经济效益显著，使用效果达到了预期要求，为集团公司下一步薄煤层采煤机选型奠定了基础。

6 自动化升级改造

现使用的采煤机，人员要在附近控制采煤机的动作，由于工作面采高低，人员活动空间小，增加了工人劳动强度，安全不能保证，下一步升级改造成自动化采煤机，采煤机增加摇臂摆角、位置等传感器，实现采煤机参数采集系统。电控系统增加记忆截割模块，实现记忆截割功能。增加煤机顺槽通讯模块、顺槽通讯服务器、顺槽通讯中继器，及远距离监控站，实现采煤机在顺槽控制台，依靠视频监控系统，对采煤机实现远距离监控（包括采煤机左右摇臂的升降、左右行走、左右滚筒启动等）通过记忆截割系统学习示范刀，实现自动割煤。升级以后的采煤机，作业人员可远距离对采煤机的动作进行控制、干预，作业人员远离工作地点，降低了作业人员的劳动强度，安全得到了保障。