石家偉 張晨曦 吳炯威

目前國(guó)內(nèi)采掘比大、掘進(jìn)率高，采煤工作面接替困難。隨著長(zhǎng)臂機(jī)械化采煤技術(shù)的發(fā)展，工作面推進(jìn)速度大大加快，但由于薄煤層工作面回采巷道為半煤巖巷，巷道掘進(jìn)手段沒有多大的變化，仍以打眼放炮、人工裝煤為主，掘進(jìn)速度很慢，造成薄煤層綜采工作面接替緊張。

煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造對(duì)薄煤層長(zhǎng)臂工作面生產(chǎn)影響比開采中厚及厚煤層工作面大，造成薄煤層長(zhǎng)壁綜采或機(jī)采工作面布置困難。

薄煤層長(zhǎng)肇機(jī)械化采煤工作面的投入產(chǎn)出比高，經(jīng)濟(jì)效益不如開采厚及中厚煤層工作面。一個(gè)薄煤層綜采工作面的設(shè)備投資不比設(shè)備裝機(jī)功率、支架工作阻力相當(dāng)?shù)闹泻衩簩泳C采工作面少，但薄煤層綜采工作面的單產(chǎn)和效率一般只有中厚煤層綜采工作面一半，甚至更低。可見。發(fā)展機(jī)械化、實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化采煤，是實(shí)現(xiàn)薄煤層開采高產(chǎn)高效的唯一出路，我國(guó)在這方面一直不斷力。

一、緒論

1.薄煤層采煤機(jī)的分類及其特點(diǎn)。由于受到煤層厚度的限制，薄煤層采煤機(jī)分為騎輸送機(jī)式和爬底板式兩類。

騎輸送機(jī)式采煤機(jī)的機(jī)身騎在刮板輸送機(jī)上，并靠其支撐和導(dǎo)向。當(dāng)電動(dòng)機(jī)功率為100KW時(shí)，電動(dòng)機(jī)高度h=350mm，過煤空間高度至少為C=140～160mm，輸送機(jī)中部槽高度為180～190mm，則機(jī)面高度至少達(dá)到A=600～650mm.考慮到頂梁厚度，頂板下沉厚度以及過機(jī)空間高度Y（通常Y=90～200mm），則騎輸送機(jī)式薄煤層采煤機(jī)只能適用0.8～0.9m以上的煤層（小值對(duì)單滾筒，大值對(duì)雙滾筒）。如果電動(dòng)機(jī)功率加大，則電動(dòng)機(jī)高度相應(yīng)增大，因而最小采高還要加大。

2.我國(guó)薄煤層采煤機(jī)的發(fā)展歷程及前景。80年代，我們?cè)谝M(jìn)了德國(guó)、英國(guó)等采煤機(jī)生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)和制造適應(yīng)我國(guó)不同的煤層條件的滾筒式采煤機(jī)系列產(chǎn)品，并在90年代中期初步完成了主導(dǎo)機(jī)型，由液壓牽引采煤機(jī)向電牽引采煤機(jī)升級(jí)換型工作。1980年，黑龍江煤礦機(jī)械研究所和雞西煤礦機(jī)械廠共同開發(fā)出BM系列騎輸送機(jī)滾筒采煤機(jī)，其中BM-100型雙滾筒采煤機(jī)，性能良好，能自開缺口、強(qiáng)度高、工作可靠，在我國(guó)薄煤層采煤中廣泛應(yīng)用。但是用雙滾筒采薄煤層，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，機(jī)身又長(zhǎng)，所以使用不便，于是又生產(chǎn)出更加簡(jiǎn)化的BMD-100型單滾筒薄煤層采煤機(jī)。

進(jìn)入90年代以來，為了滿足薄煤層開采礦井的迫切需要，并代替中厚煤層滾筒采煤機(jī)技術(shù)，1997年，由務(wù)局、煤科總院上海分院聯(lián)合研制了M G200/450-B WD型薄煤層采煤機(jī)，該采用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)、交流變頻調(diào)速、無鏈牽引總裝機(jī)功率達(dá)450kW，其中截割功率2×牽引功率2×25kW，牽引力400kN，牽引速6m/min。采用騎輸送機(jī)布置方式，可用于110～117m的薄煤層綜合機(jī)械化工作面。樣機(jī)于1997年12月在晉華宮煤礦9#層83面投入使用，取得了最高月產(chǎn)量916萬噸的好成績(jī)。國(guó)內(nèi)幾種類型薄煤層采煤情況比較見表。

二、薄煤層采煤機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)及主要參數(shù)的確定

1.實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自動(dòng)移動(dòng)功能的結(jié)構(gòu)方案

采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)被稱為牽引，能使采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自移的結(jié)構(gòu)稱作牽引機(jī)構(gòu)。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的牽引機(jī)構(gòu)可以分為兩大類；既鏈牽引機(jī)構(gòu)和無鏈牽引。

2.實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)輔助功能的結(jié)構(gòu)方案。只具有基本功能的采煤機(jī)，能勉強(qiáng)完成在工作面破落煤壁和裝煤的任務(wù)。在實(shí)際中還要使用到一些輔助功能，如：適應(yīng)煤層賦存狀況變化的功能、降塵和冷卻設(shè)備功能、自動(dòng)托卷電纜功能等。

3.薄煤層采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)的確定

（1） 截深。截深是指薄煤層采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)完全按截入煤壁的深度，即采煤機(jī)沿工作面走向一次推進(jìn)的距離。對(duì)于中厚和厚煤層，考慮到工作面輸送機(jī)的最大輸送能力以及充分利用頂板壓力對(duì)煤壁的予破壞效應(yīng)。

（2） 采高。采高是指最大可能開采的高度，是由采煤機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定的。對(duì)于單一煤層的開采，采高要與煤層厚度相當(dāng)，當(dāng)厚煤層分層開采時(shí)，按最大分層厚度約為最大采高的90～95%，最下煤層厚度約為最小采高的110～120%來確定采煤機(jī)的采高。

（3） 牽引速度。采煤機(jī)牽引速度由煤層厚度、截深、煤層物理機(jī)械性質(zhì)以及用戶對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)率的要求確定的。牽引速度即采煤機(jī)沿工作面移動(dòng)的速度。由于煤層的機(jī)械力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，需要隨時(shí)調(diào)節(jié)牽引速度，使采煤機(jī)能在正常負(fù)載下工作。當(dāng)用戶生產(chǎn)率已定，則當(dāng)采高和截深加大，牽引速度就減??；當(dāng)采高和截深小，勢(shì)必加大牽引速度。當(dāng)煤層中含矸量較大或煤層硬度較高，采煤機(jī)的牽引速度也必須減低。我國(guó)采煤機(jī)的牽引速度在2.5～5m/min的范圍，國(guó)外的可達(dá)15m/min。由于生產(chǎn)率按照正常的計(jì)算取15t/min，

4.牽引部。牽引部由牽引電機(jī)、電控系統(tǒng)、調(diào)高油缸、機(jī)械行走機(jī)構(gòu)及制動(dòng)系統(tǒng)等部分組成，是采煤機(jī)行走的動(dòng)力源。

牽引電機(jī)的動(dòng)力轉(zhuǎn)化為液壓能來驅(qū)動(dòng)液壓馬達(dá)、經(jīng)機(jī)械減速實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的行走，完成牽引過程，同時(shí)還提供調(diào)高動(dòng)力。

電控系統(tǒng)主要由隔離換向開關(guān)、載波接收機(jī)、電池控制按鈕盤、隔離開關(guān)操縱機(jī)構(gòu)等組成。電控系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)各電機(jī)供電和保護(hù)起著可靠作用。

液壓系統(tǒng)是由主油泵與 4個(gè)并聯(lián)的油馬達(dá)組成的閉式系統(tǒng)及粗、精過濾器，熱交換閥，閥組冷卻器等組成的熱交換回路。

控制回路包括電機(jī)功率控制、恒壓控制、高壓保護(hù)、低壓保護(hù)和回零保護(hù)。

調(diào)高系統(tǒng)由調(diào)高泵、手動(dòng)換向閥、液壓鎖、調(diào)高油缸及管路組成，實(shí)現(xiàn)截煤部的升降。

機(jī)械系統(tǒng)由兩部分組成：液壓動(dòng)力源（高速齒輪腔，將主電機(jī)的轉(zhuǎn)速及扭矩經(jīng)過減速與升速分別傳給主油泵，輔助泵和調(diào)高泵）和由牽引馬達(dá)帶動(dòng)的四組牽引執(zhí)行機(jī)構(gòu)（由一級(jí)定軸與同軸兩級(jí)減速器傳動(dòng)組成）。

執(zhí)行元件為擺線齒輪。

制動(dòng)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力打開制動(dòng)器，失壓時(shí)實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。

積。

三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本文所設(shè)計(jì)的采煤機(jī)牽引部充分考慮采煤過程中，由于煤質(zhì)的不同和煤中含有堅(jiān)硬雜物，即使在同一工作面內(nèi)截割阻力變化也很大，為了避免電動(dòng)機(jī)過度超載和欠載而使負(fù)載穩(wěn)定、充分發(fā)揮采煤機(jī)的生產(chǎn)效能，需要隨時(shí)調(diào)節(jié)牽速度的大小。另外，采煤機(jī)在工作面往返牽引時(shí)，滾筒的轉(zhuǎn)向不能改變，因此要考慮到轉(zhuǎn)向裝置，同時(shí)能夠隨時(shí)在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下停止?fàn)恳?。采煤機(jī)工作過程中負(fù)載變化劇烈，為了保證采煤機(jī)能正?？煽抗ぷ鞅仨毘浞挚紤]到過載保護(hù)。本次設(shè)計(jì)的牽引部采用液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)鏈末尾采用2K-H型行星減速器，其特點(diǎn)是：傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、成本相對(duì)低廉，能耗低，壽命長(zhǎng)、具有過載保護(hù)功能等特點(diǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

由于采煤機(jī)的工作條件比較特殊，合理設(shè)計(jì)牽引部能改善其工作性能和減少采煤機(jī)能耗。

采煤過程中由于煤質(zhì)的不同和煤中含有堅(jiān)硬雜物，即使在同一工作面內(nèi)截割阻力變化也很大，為了避免電動(dòng)機(jī)過度超載和欠載而使負(fù)載穩(wěn)定、充分發(fā)揮采煤機(jī)的生產(chǎn)效能，需要隨時(shí)調(diào)節(jié)牽速度的大小。另外，采煤機(jī)在工作面往返牽引時(shí)，滾筒的轉(zhuǎn)向不能改變，因此要考慮到轉(zhuǎn)向裝置，同時(shí)能夠隨時(shí)在電機(jī)不停轉(zhuǎn)的情況下停止?fàn)恳?。采煤機(jī)工作過程中負(fù)載變化劇烈，為了保證采煤機(jī)能正常可靠工作必須充分考慮到過載保護(hù)。因?yàn)椴擅簷C(jī)牽引速度低，機(jī)構(gòu)受力大，牽引部的強(qiáng)度直接關(guān)系到能否正?？煽康夭擅?。