復雜地質(zhì)條件下采煤機的應用研究

趙學才

摘要：中國目前正處于社會經(jīng)濟技術實現(xiàn)新發(fā)展的關鍵時期，而煤礦開采生產(chǎn)技術仍是科學技術進一步發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。機械化采煤技術的革新，不僅在技術上不斷突破，也在日益增加生產(chǎn)量，只有不斷發(fā)展和充分落實先進的煤礦技術，才能繼續(xù)占據(jù)國際經(jīng)濟科技重要戰(zhàn)略位置。本文針對大功率采煤機采煤技術開展探討

關鍵詞：采煤機;功率;開采速度;措施

大功率采煤機技術設備的應用對于煤炭企業(yè)的發(fā)展具有重要意義，然而在應用中經(jīng)常會出現(xiàn)一系列的故障。通過采取一定的改進措施降低設備故障概率，而且可顯著提高煤礦的采煤效率，降低維修成本和工作人員勞動力，具有良好的經(jīng)濟效果和使用性能，改進后的采煤設備更加安全、高效。

一、當前采煤機的技術現(xiàn)狀

（一）采煤機的工作機構

采煤機的工作機構承擔截煤和裝煤任務，一個完善的工作機構應滿足以下要求：a）可針對不同地質(zhì)環(huán)境條件做出適應性調(diào)節(jié);b）利用煤壁的相關特性降低能耗、減少成本投入;c）能裝煤和自開缺口;d）自動平衡載荷，機械效率較高;e）結構簡單實用，能滿足基本生產(chǎn)功能的實現(xiàn)^[1]。

（二）滾筒式采煤機械的技術現(xiàn)狀

1、截齒

截齒刀體的材料一般為40Cr、35CrMnSi、35SiMnV等合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后獲得足夠的強度和韌性。扁形截齒的端頭鑲有硬質(zhì)合金核或片。鎬形截齒的端頭堆焊硬質(zhì)合金層。硬質(zhì)合金是一種WC和Co的合金。WC硬度極高，耐磨性好，但性質(zhì)脆。截齒上的硬質(zhì)合金常用YG-8C或YG-11C。YG-8C適用于截割軟煤或中硬煤，而YG-11C適用于截割堅硬煤。經(jīng)驗證明，改進截齒結構，適當加大截齒長度，增大切屑厚度，可提高煤的塊度并可降低煤塵。

2、滾筒

a）滾筒的直徑。目前采煤機的滾筒直徑都在0.65m～2.3m范圍內(nèi)。單滾筒采煤機的滾筒直徑應按煤層厚度來選擇，一般比煤層厚度小0.1m～0.2m。雙滾筒采煤機則按采高來選擇滾筒直徑，應稍大于最大采高的一半，以便采煤機能一次采全高。輪轂直徑愈大，則滾筒內(nèi)容納碎煤的空間愈小，碎煤在滾筒內(nèi)循環(huán)和重復的破碎的可能性愈大。在滿足輪轂安裝軸承和傳動齒輪的條件下，應保持葉片直徑與輪轂適當?shù)谋壤?b）滾筒寬度。滾筒寬度應等于或大于采煤機的截深。滾筒的寬度一般為0.6m～0.8m，對于較薄的煤層，為了提高采煤機的生產(chǎn)率，滾筒寬度可為0.8m～1.0m;對于較厚的煤層，為了改善頂板的支護性能，滾筒寬度可取0.5m;c）螺旋升角。螺旋升角的大小直接影響滾筒的裝煤效果。升角較大時，排煤能力強，裝煤速度快。但升角過大會把煤拋到溜槽的采空側;升角過小，煤在螺旋葉片內(nèi)循環(huán)過多，煤的重復破碎嚴重。國內(nèi)外對螺旋升角曾做過大量試驗，中國一般認為螺旋升角為20°～35°時裝煤效果較好。螺距的大小應保證煤從滾筒中順利排出，一般為0.25m～0.4m。

3、牽引機

采煤機的牽引機構有鋼絲繩牽引、錨鏈牽引和無鏈牽引三種形式。隨著采煤機的不斷發(fā)展，由于鋼絲牽引機構的牽引力小，容易發(fā)生斷繩事故，且斷裂后不易重新連接，故這種牽引機構已逐漸被淘汰，目前廣泛使用的是錨鏈牽引，進入20世紀90年代以后，無鏈牽引有了很快的發(fā)展，正在全面推廣應用。

二、工作面開采對采煤機的技術要求

（一）牽引與制動

對于工作面開采而言，由于工作面傾角增大，上行割煤時，采煤機除了需要克服上行截割阻力、采煤機與刮板機之間的摩擦力外，還要克服采煤機自身下滑分力。工作面傾角越大，下滑分力就越大，需要的牽引力也越大，以保證采煤機能在工作面上順利行走。下行時，則截割反力與摩擦阻力不足以平衡采煤機下滑分力，需要采煤機能提供可靠的制動力，以保證采煤機在工作面上運行平穩(wěn)不發(fā)生“飛車”，且工作面傾角越大，需要的制動力也越大。停機時，采煤機應具有可靠的機械制動，防止采煤機下滑。

（二）潤滑

良好的潤滑是齒輪傳動系統(tǒng)可靠運行的重要保障。對于采煤機而言，開采過程中，搖臂大多數(shù)時間內(nèi)都保持一定角度。在油液體積一定的情況下，如果不采取特殊措施，則往往難以保證搖臂高處的齒輪、軸承及密封件始終處于較好的潤滑狀態(tài)，從而對搖臂的可靠運行和使用壽命造成較大影響。因此，采煤機必須具備高效潤滑系統(tǒng)。目前采煤機較為常用的潤滑方式為強制潤滑和分腔潤滑。強制潤滑系統(tǒng)能對采煤機各齒輪、軸承輸油潤滑，但需要專用潤滑油泵及設置潤滑油路，往往用于傾角大的工作面。分腔潤滑系統(tǒng)通過將減速機構分隔為多個單獨的腔體來保證齒輪、軸承的潤滑，但結構復雜，油腔空間小，散熱條件差，在較工作面仍會出現(xiàn)高處齒輪、軸承潤滑不良的情況。

（三）裝煤效果

在近水平和緩傾斜煤層開采時，采煤機前滾筒割落的煤塊相對于煤層底板有一定落差，并且沿滾筒切向、軸向都有一定的初速度分量，因此大部分落煤都能通過螺旋葉片推送或甩到刮板輸送機內(nèi)，剩余部分形成的浮煤，也可以由后滾筒裝入刮板輸送機。而現(xiàn)場生產(chǎn)實踐表明，煤層長壁綜采面采煤機裝煤效果遠不如緩傾斜煤層，而且工作面傾角越大，尤其是上行割煤時，裝煤效果越差，成為制約生產(chǎn)效率和產(chǎn)量的重要因素。因此，大傾角工作面開采，對改善采煤機裝煤效果具有迫切需求。

三、我國大功率采煤機采煤技術發(fā)展方向

（一）大力推廣電力驅(qū)動采煤機

隨著電力、電控技術的飛速發(fā)展，國外采煤機已經(jīng)向電力驅(qū)動方向發(fā)展，而我們大部分精力還在研究液壓驅(qū)動采煤機，在國外液壓采煤機械基本已被電力驅(qū)動系統(tǒng)所代替，液壓采煤機有結構復雜、制造困難、管線街頭繁雜、維修不便等缺點，但國內(nèi)受資金限制，技術屏蔽還未能推廣電力驅(qū)動的采煤機械。隨著煤炭市場的不斷擴大，必須提高煤炭的開采速度，這種效率較低、開采速度慢的液壓驅(qū)動采煤機械已經(jīng)不能滿足對煤炭市場需求的供應。因此我國必須大力推廣電力驅(qū)動采煤機，建立專項研究機構、投入研究資金、大量培養(yǎng)專項技術人員、掌握前沿技術、獲取核心知識產(chǎn)權、緊跟國際先進水平步伐。

（二）提升采收功率

我國生產(chǎn)的采煤機相對國外產(chǎn)品功率較小，提功率就相當于提升牽引力和開采速度，有效方式就是使用大功率采煤機械，我國制定的采煤機械的技術方向就是提升采煤機械的額定功率來提升采煤速度，并且制定的目標是采煤機在整個壽命周期內(nèi)完成采收3000萬t的煤炭。

（三）引入交流變頻調(diào)速牽引系統(tǒng)

交流變頻技術在我國各個領域得到應用發(fā)展，此技術也完全符合大型煤礦開采機械的技術開發(fā)要求和發(fā)展方向，并在煤炭開采機械中得到應用，其具有結構簡單、可行性強、成本低廉、維修方便、技術先進、不易出現(xiàn)故障等優(yōu)點，所以國外青睞于此項技術在煤炭開采中應用，并得到快速發(fā)展。目前主要采用的技術是兩臺變頻控制器帶動兩個牽引系統(tǒng)，可對牽引系統(tǒng)起到良好保護和精準靈活地控制。使變頻調(diào)速在采煤機械中更好地發(fā)揮作用，正在研究“一拖一”的帶動模式。

（四）改進自動化控制流程

以礦用電腦操控系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)平臺，利用無線信號的遠距離信號傳輸能力，來開發(fā)采煤機械可視化操作系統(tǒng)，還需要考慮其抗熱能力、抗干擾能力和使用性能，提升其自動化程度，增加系統(tǒng)診斷輔助系統(tǒng)，增大信息儲存能力，強化信號傳輸和顯示的準確性，使操作流程自動化和可視化有助于采煤機械提高采收速度和采收能力。

（五）配電設備小型化

采煤機械功率增大的同時，電機、變速器、變頻器等動力元件的體積也會必然增大，因此其他配電設備必須小型化才能合理地利用有效空間，合理布局整個設備的基本結構，所以合理利用小型的配電設備是合理設計采煤機械整體結構的前提條件。

四、結語：

開展大功率采煤機關鍵技術研究，有效解決現(xiàn)有采煤機在大傾角工作面遇到的難題，進一步提高大傾角工作面綜合機械化水平，對我國煤炭行業(yè)技術進步和煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展意義重大。

參考文獻：

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