新型薄煤层采煤机总体方案设计研究

GXF360 2017-06-20

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新型薄煤层采煤机总体方案设计研究

姬振鹏

（太原理工大学，山西太原 030024）

摘要：文章主要分析我国薄煤层煤炭开采情况，对比现有薄煤层采煤机的优缺点，提出新型薄煤层采煤机的总体方案设计。

关键词：薄煤层；采煤机；刨煤；滚筒

煤炭是我国的主要能源之一，煤炭工业为我国国民经济的发展做出了重大贡献。但是煤炭是不可再生能源，随着人类的需求不断增加，赋存条件好的煤炭资源愈来愈少，赋存条件不好的薄煤层煤炭资源也显得尤为宝贵。我国煤炭储量具有多样性，储量丰富。薄煤层的可采储量约为60多亿吨，约占全国煤炭总储量的19%，而产量只占总产量的10.4%。这和储量比起来其比例较低。而且近几年比例还在不断的下降。开采薄煤层所带来的问题也日益突出，这些问题已经是迫在眉睫的矛盾。

薄煤层因为其较薄，极易发生断层，在开采方面有诸多的难点相对于厚煤层来说。①工作环境差，主要是因为其工作空间受限，空间内狭小；②质地复杂，开采难度大，其厚度变化不一，这就影响了开采机械的应用，也造成其产出比较低生产性能较差；③由于薄煤层工作空间有限导致采煤器械的设计和安装难度大，加之各方面原因，如经济方效益方面、安全性方面的各种因素，薄煤层的采煤技术比中厚和厚煤层的技术要发展缓慢。现今，采煤技术不断的发展，煤炭资源也在向深度煤炭区域开采，探究薄煤层的开采技术，发展其机械化、自动化的器械，改进其生产效率和经济效益对当下来说具有现实意义[1]。

1 现有主要薄煤层采煤机

薄煤层采煤机的发展方向主要是向着电牵引发展，这也是因为现今电子技术的不断发展带来的。以往液压牵引技术的功效适中，但是也存在着诸多的缺点，比如要求的清洁度较高，牵引力上较小。而且对于故障的维修有诸多不便。对于机载方面，非机载的装置优点是整机的长度较小，电控箱有较小的高度诸多优点，缺点就是多出一根牵引电缆，这样容易对牵引电压带来损耗，干扰控制信号诸多缺点。对电牵引来说，其优势就是对采煤机的牵引力大、液压系统简单可靠，维修方便。非机载的装置对于变频器的“复位”等操作都比较不方便；而机载的装置只需布置一根主电缆，其装置整个采煤机，结构布置紧凑，在管理操作方面比较可靠。

现有薄煤层采煤机主要有刨煤机和滚筒采煤机。现今在薄煤层方面运用自动化技术最成熟的采煤方式就是刨煤机配套综采机械设备系统，这种方式也是目前效率最好的一种采煤工艺，其在煤层间的运用安全性上有显著的优势，尤其是在薄煤层与瓦斯突出煤层间[2]。不过刨煤机在应对较复杂的煤层时的适应能力较差，尤其是破煤性能方面，刨头还要继续提高其性能。国外进口的刨煤机成本高昂，而国内的刨煤机其性能往往较差，短期内经济效益不理想，这就需要从技术和经济两方面来对比分析如果应用。滚筒采煤机主要可以分为骑输送机式和爬底板式这两类。骑输送机式采煤机的运作方式是通过输送机机槽的支承和导向；而机身处于滚筒开出的机道内，机面较低这是爬底板式采煤机的主要特点；当采高相同时爬底板式采煤机，过煤的空间较高，这就可以加大电机功率，增加其生产能力，而且在安全性上有明显的优势。滚筒采煤机的主要特点是能适应不同的煤层厚度变化；适应力较强有其是面对煤层的高低起伏变化；最适合应用于含有夹矸煤层的回采；在断层通过方面优势也比较明显；对工作面长度要求比刨煤机工作面短。缺点是结构复杂、运动部件多，使得设备维护困难、成本造价高、机面很难降低，对1m以下煤层的开采适应性差。

2 新型薄煤层采煤机总体方案设计

2.1 采煤机的组成

该采煤机将滚筒式采煤机和刨煤机的优势结合在一起，是一种新型链牵引采煤机，适用于工作面倾斜角度小于10o的软煤层或较硬煤层中使用，采高适应于1.25～1.765m的煤层。主要由机头牵引部、机尾牵引部、牵引链、截割部、牵引导向部、乳化液泵站等组成[3]，采煤机整机结构图如图1所示。

图1 新型薄煤层采煤机结构

1、机头牵引部 2、机尾牵引部 3、牵引链 4、截割部 5、牵引导向部

2.2 采煤机各零部件的作用

截割部：由单臂单滚筒构成，通过两台100kW永磁电机驱动滚筒转动，起割煤和装煤的作用。

牵引部：分为牵引导向部、机头牵引部、机尾牵引部和牵引链。牵引导向部起支撑采煤机机身及稳定采煤机的作用，机头、机尾牵引部提供牵引动力，牵引链起传动作用。

乳化液阀站：通过乳化液阀站提供的高压乳化液油，用以实现摇臂的升降。

辅助部件：包括喷雾冷却系统、电缆拖移装置，用以冷却和降尘、拖移电缆。

2.3 采煤机工作原理

采煤工作面的截煤和装煤作业主要由截割部来实现的，截割部的使用消耗也是采煤机功率的主要消耗部分。这就决定了截割部的各方面性能决定着采煤机整机的性能如何。采煤机的设计中应该对截割部着重的研究探讨。

通过滚筒的旋转来实现落煤和装煤作业这也是采煤机的工作原理，端盘及螺旋叶片焊接在滚筒筒体上，截齿安装在齿座上，螺旋叶片将截割下的煤块运送至刮板输送机上。用行星减速器来实现电机转速降低，并和摇臂齿轮减速箱一起驱动滚筒进行截割作业，用以实现完成割煤、落煤、装煤一系列的动作。

2.4 采煤机主要特点

永磁电机驱动链牵引行走方式这是采煤机的总体结构方式，永磁电机驱动采煤方式就是滚筒采煤，其电源电压为660V，单电缆供电，以端头计算机操作、控制并能中文显示运行状态、故障检测。下面是该新型薄煤层采煤机与其它采煤机型不同之处以及其本身的特点：①滑动体外形尺寸3230×2224×1250mm，机身矮小，结构紧凑，采高下限仅为1.25m，过煤空间高，能适应薄煤层高度，和底板起伏变化；②采用永磁电机直接驱动滚筒，可以实现低转速大扭矩，以适应硬质煤层，无需繁杂的传动系统；③采用永磁电机驱动链牵引行走方式，省去液压等系统，使得机身空间更小巧，无油路污染等；④采用镐型截齿强力滚筒，减少了截齿的消耗，提高了滚筒的使用寿命；⑤采煤机电源电压等级为660V，单电缆供电；⑥采用非机载式永磁变频调速系统，提高了牵引速度和牵引力；⑦采用计算机控制，系统简单可靠，对运行状态随时检测显示，显示内容全部中文显示，适应国内煤矿使用。

2.5 主要技术参数

新型薄煤层采煤机总体设计的技术参数如表1所示。

表1 技术参数

序号名称参数1采高范围（m） 1.25～1.8 2机面高度（mm） 1010 3过煤高度（mm） 430 4适应煤层倾角 ≤10° 5适应煤层硬度 f≤4 6装机总功率（kW） 400 7供电源电压（V） 660 8摇臂长度（mm） 1064 9摇臂摆角（°） +34.23、-4.11 10 滚筒转速（r/min） 58.1 11 滚筒直径（mm） 1250 12 滚筒截深（mm） 600 13 最大卧底量（mm） 125 14 牵引速度(m/min) 21.5 15 牵引力(kN) 471.6 16 乳化液阀站进液压力（MPa） 31.5 17 乳化液阀站工作压力（MPa） 13 18 整机重量(t) 15