趙學(xué)才

摘要：中國(guó)目前正處于社會(huì)經(jīng)濟(jì)技術(shù)實(shí)現(xiàn)新發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，而煤礦開采生產(chǎn)技術(shù)仍是科學(xué)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。機(jī)械化采煤技術(shù)的革新，不僅在技術(shù)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(shí)先進(jìn)的煤礦技術(shù)，才能繼續(xù)占據(jù)國(guó)際經(jīng)濟(jì)科技重要戰(zhàn)略位置。本文針對(duì)大功率采煤機(jī)采煤技術(shù)開展探討

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);功率;開采速度;措施

大功率采煤機(jī)技術(shù)設(shè)備的應(yīng)用對(duì)于煤炭企業(yè)的發(fā)展具有重要意義，然而在應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一系列的故障。通過采取一定的改進(jìn)措施降低設(shè)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(dòng)力，具有良好的經(jīng)濟(jì)效果和使用性能，改進(jìn)后的采煤設(shè)備更加安全、高效。

一、當(dāng)前采煤機(jī)的技術(shù)現(xiàn)狀

（一）采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)

采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)承擔(dān)截煤和裝煤任務(wù)，一個(gè)完善的工作機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：a）可針對(duì)不同地質(zhì)環(huán)境條件做出適應(yīng)性調(diào)節(jié);b）利用煤壁的相關(guān)特性降低能耗、減少成本投入;c）能裝煤和自開缺口;d）自動(dòng)平衡載荷，機(jī)械效率較高;e）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，能滿足基本生產(chǎn)功能的實(shí)現(xiàn)^[1]。

（二）滾筒式采煤機(jī)械的技術(shù)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(qiáng)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(jiān)硬煤。經(jīng)驗(yàn)證明，改進(jìn)截齒結(jié)構(gòu)，適當(dāng)加大截齒長(zhǎng)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(jī)的滾筒直徑都在0.65m～2.3m范圍內(nèi)。單滾筒采煤機(jī)的滾筒直徑應(yīng)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(jī)則按采高來選擇滾筒直徑，應(yīng)稍大于最大采高的一半，以便采煤機(jī)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(fù)的破碎的可能性愈大。在滿足輪轂安裝軸承和傳動(dòng)齒輪的條件下，應(yīng)保持葉片直徑與輪轂適當(dāng)?shù)谋壤?b）滾筒寬度。滾筒寬度應(yīng)等于或大于采煤機(jī)的截深。滾筒的寬度一般為0.6m～0.8m，對(duì)于較薄的煤層，為了提高采煤機(jī)的生產(chǎn)率，滾筒寬度可為0.8m～1.0m;對(duì)于較厚的煤層，為了改善頂板的支護(hù)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(shí)，排煤能力強(qiáng)，裝煤速度快。但升角過大會(huì)把煤拋到溜槽的采空側(cè);升角過小，煤在螺旋葉片內(nèi)循環(huán)過多，煤的重復(fù)破碎嚴(yán)重。國(guó)內(nèi)外對(duì)螺旋升角曾做過大量試驗(yàn)，中國(guó)一般認(rèn)為螺旋升角為20°～35°時(shí)裝煤效果較好。螺距的大小應(yīng)保證煤從滾筒中順利排出，一般為0.25m～0.4m。

3、牽引機(jī)

采煤機(jī)的牽引機(jī)構(gòu)有鋼絲繩牽引、錨鏈牽引和無鏈牽引三種形式。隨著采煤機(jī)的不斷發(fā)展，由于鋼絲牽引機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)已逐漸被淘汰，目前廣泛使用的是錨鏈牽引，進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，無鏈牽引有了很快的發(fā)展，正在全面推廣應(yīng)用。

二、工作面開采對(duì)采煤機(jī)的技術(shù)要求

（一）牽引與制動(dòng)

對(duì)于工作面開采而言，由于工作面傾角增大，上行割煤時(shí)，采煤機(jī)除了需要克服上行截割阻力、采煤機(jī)與刮板機(jī)之間的摩擦力外，還要克服采煤機(jī)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(jī)能在工作面上順利行走。下行時(shí)，則截割反力與摩擦阻力不足以平衡采煤機(jī)下滑分力，需要采煤機(jī)能提供可靠的制動(dòng)力，以保證采煤機(jī)在工作面上運(yùn)行平穩(wěn)不發(fā)生“飛車”，且工作面傾角越大，需要的制動(dòng)力也越大。停機(jī)時(shí)，采煤機(jī)應(yīng)具有可靠的機(jī)械制動(dòng)，防止采煤機(jī)下滑。

（二）潤(rùn)滑

良好的潤(rùn)滑是齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的重要保障。對(duì)于采煤機(jī)而言，開采過程中，搖臂大多數(shù)時(shí)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(rùn)滑狀態(tài)，從而對(duì)搖臂的可靠運(yùn)行和使用壽命造成較大影響。因此，采煤機(jī)必須具備高效潤(rùn)滑系統(tǒng)。目前采煤機(jī)較為常用的潤(rùn)滑方式為強(qiáng)制潤(rùn)滑和分腔潤(rùn)滑。強(qiáng)制潤(rùn)滑系統(tǒng)能對(duì)采煤機(jī)各齒輪、軸承輸油潤(rùn)滑，但需要專用潤(rùn)滑油泵及設(shè)置潤(rùn)滑油路，往往用于傾角大的工作面。分腔潤(rùn)滑系統(tǒng)通過將減速機(jī)構(gòu)分隔為多個(gè)單獨(dú)的腔體來保證齒輪、軸承的潤(rùn)滑，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，油腔空間小，散熱條件差，在較工作面仍會(huì)出現(xiàn)高處齒輪、軸承潤(rùn)滑不良的情況。

（三）裝煤效果

在近水平和緩傾斜煤層開采時(shí)，采煤機(jī)前滾筒割落的煤塊相對(duì)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(jī)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(jī)。而現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，煤層長(zhǎng)壁綜采面采煤機(jī)裝煤效果遠(yuǎn)不如緩傾斜煤層，而且工作面傾角越大，尤其是上行割煤時(shí)，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(duì)改善采煤機(jī)裝煤效果具有迫切需求。

三、我國(guó)大功率采煤機(jī)采煤技術(shù)發(fā)展方向

（一）大力推廣電力驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)

隨著電力、電控技術(shù)的飛速發(fā)展，國(guó)外采煤機(jī)已經(jīng)向電力驅(qū)動(dòng)方向發(fā)展，而我們大部分精力還在研究液壓驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)，在國(guó)外液壓采煤機(jī)械基本已被電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所代替，液壓采煤機(jī)有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、管線街頭繁雜、維修不便等缺點(diǎn)，但國(guó)內(nèi)受資金限制，技術(shù)屏蔽還未能推廣電力驅(qū)動(dòng)的采煤機(jī)械。隨著煤炭市場(chǎng)的不斷擴(kuò)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(dòng)采煤機(jī)械已經(jīng)不能滿足對(duì)煤炭市場(chǎng)需求的供應(yīng)。因此我國(guó)必須大力推廣電力驅(qū)動(dòng)采煤機(jī)，建立專項(xiàng)研究機(jī)構(gòu)、投入研究資金、大量培養(yǎng)專項(xiàng)技術(shù)人員、掌握前沿技術(shù)、獲取核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)、緊跟國(guó)際先進(jìn)水平步伐。

（二）提升采收功率

我國(guó)生產(chǎn)的采煤機(jī)相對(duì)國(guó)外產(chǎn)品功率較小，提功率就相當(dāng)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(jī)械，我國(guó)制定的采煤機(jī)械的技術(shù)方向就是提升采煤機(jī)械的額定功率來提升采煤速度，并且制定的目標(biāo)是采煤機(jī)在整個(gè)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(shù)在我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域得到應(yīng)用發(fā)展，此技術(shù)也完全符合大型煤礦開采機(jī)械的技術(shù)開發(fā)要求和發(fā)展方向，并在煤炭開采機(jī)械中得到應(yīng)用，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可行性強(qiáng)、成本低廉、維修方便、技術(shù)先進(jìn)、不易出現(xiàn)故障等優(yōu)點(diǎn)，所以國(guó)外青睞于此項(xiàng)技術(shù)在煤炭開采中應(yīng)用，并得到快速發(fā)展。目前主要采用的技術(shù)是兩臺(tái)變頻控制器帶動(dòng)兩個(gè)牽引系統(tǒng)，可對(duì)牽引系統(tǒng)起到良好保護(hù)和精準(zhǔn)靈活地控制。使變頻調(diào)速在采煤機(jī)械中更好地發(fā)揮作用，正在研究“一拖一”的帶動(dòng)模式。

（四）改進(jìn)自動(dòng)化控制流程

以礦用電腦操控系統(tǒng)的嵌入式開發(fā)平臺(tái)，利用無線信號(hào)的遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸能力，來開發(fā)采煤機(jī)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(dòng)化程度，增加系統(tǒng)診斷輔助系統(tǒng)，增大信息儲(chǔ)存能力，強(qiáng)化信號(hào)傳輸和顯示的準(zhǔn)確性，使操作流程自動(dòng)化和可視化有助于采煤機(jī)械提高采收速度和采收能力。

（五）配電設(shè)備小型化

采煤機(jī)械功率增大的同時(shí)，電機(jī)、變速器、變頻器等動(dòng)力元件的體積也會(huì)必然增大，因此其他配電設(shè)備必須小型化才能合理地利用有效空間，合理布局整個(gè)設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)，所以合理利用小型的配電設(shè)備是合理設(shè)計(jì)采煤機(jī)械整體結(jié)構(gòu)的前提條件。

四、結(jié)語：

開展大功率采煤機(jī)關(guān)鍵技術(shù)研究，有效解決現(xiàn)有采煤機(jī)在大傾角工作面遇到的難題，進(jìn)一步提高大傾角工作面綜合機(jī)械化水平，對(duì)我國(guó)煤炭行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和煤炭工業(yè)的持續(xù)發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)：

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