薄煤層大傾角綜采工作面采煤機關鍵技術應用研究

李加林，李 強，黎 亮，蒲海峰，白 虎

（四川華鎣山廣能集團嘉華機械有限責任公司，四川廣安 638600）

薄煤層大傾角綜采工作面采煤機關鍵技術應用研究

李加林，李 強，黎 亮，蒲海峰，白 虎

（四川華鎣山廣能集團嘉華機械有限責任公司，四川廣安 638600）

分析了采煤機在薄煤層大傾角綜采工作面的應用條件，結合薄煤層采煤機和大傾角采煤機的技術特點，研制出一種能適應薄煤層大傾角工作面的采煤機。詳細介紹了MG200/495－QWD型采煤機關鍵技術在薄煤層大傾角綜采工作面的應用。

薄煤層;大傾角;采煤機

Application of Coal-cutter Key Technology in Full-mechanized Mining Thin Coal-seam with Large Inclined Angle

多年以來，薄煤層和大傾角煤層的開采理論與關鍵技術研究進展緩慢。但近年來，薄煤層和大傾角煤層開采在我國越來越引起采礦界的重視，其主要原因是我國薄煤層和大傾角煤層分布廣泛，儲量巨大。若能綜合薄煤層采煤機和大傾角采煤機的技術特點，有效地解決現有的采煤機在大傾角工作面和薄煤層工作面遇到的難題，研制出既能適應薄煤層又能適應大傾角煤層綜采的采煤機，提高薄煤層大傾角工作面綜合機械化水平，將對我國煤炭工業的發展具有十分重要的作用。

1 應用條件分析

在我國已探明的煤炭可采儲量中，薄煤層和大傾角煤層儲量巨大，分布范圍廣泛。但薄煤層和大傾角煤層綜合機械化開采技術水平都比較落后。針對世界煤炭資源枯竭急劇增加的形勢，為提高薄煤層和大傾角煤層綜采技術，有效地利用資源，廣能集團先后自主研發了MG200/495－QWD型大傾角采煤機和MG150/421－PFD型薄煤層采煤機，并成功應用。然而大傾角采煤機因機面高而不能適應薄煤層開采;薄煤層采煤機也因功率小、制動防滑不可靠等因素不能適應大傾角煤層開采。

采煤機要能適應薄煤層大傾角工作面需同時具備薄煤層采煤機和大傾角采煤機的特點:機身盡可能矮、短，以適應薄煤層狹小的開采空間;具有大的牽引力，高強度的行走輪，保證采煤機能在大傾角工作面上行走;具有可靠的制動和防滑裝置，保證采煤機在大傾角工作面上工作時不發生“飛車”事故;具有可靠的潤滑系統，保證所有齒輪和軸承得到充分潤滑;具有先進的監控系統，保障煤礦工人在復雜地質條件下安全、高效生產。

2 MG200/495－QWD型采煤機關鍵技術應用

為了提高薄煤層大傾角工作面綜合機械化水平，綜合薄煤層和大傾角煤層采煤機特點，克服了薄煤層大傾角工作面復雜的地質和開采條件，研制了MG200/495－QWD型薄煤層大傾角采煤機，并成功應用于貴州世紀公司雷公山煤礦。

2.1 采煤機結構及俯采受力分析

為了適應薄煤層開采條件，MG200/495－QWD型采煤機的機身采用懸臂式布置，不僅擁有較低的機面高度和較大的過煤空間，還極大地縮短了機身長度。如圖1所示，行走箱部件懸臂式伸出，行走輪通過導向滑靴與銷軌齒合行走，支撐滑靴安裝在牽引箱靠近采空側處，整機懸臂式“騎在”刮板輸送機上。其電控系統和液壓系統分別布置在并排的過橋一、過橋二上。

圖1 MG200/495－QWD型薄煤層大傾角采煤機

懸臂式結構的采煤機缺點是較難保持機身的穩定和平衡，尤其是俯采時更易因機身失穩而向前傾倒。故懸臂式采煤機合理布置機身使其具有可靠穩定性至關重要。

取采煤機為隔離體，則采煤機俯采時的受力如圖2所示。

圖2 采煤機俯采時受力分析

圖中G1是采煤機所受重力，據MG200/495－QWD型采煤機技術參數，取275.35kN;F2為工作面刮板輸送機靠采空側對采煤機施加的下拉力，kN;N是輸送機對采煤機的支持力，kN;ψ為采煤機機身的傾斜角度，一般為0～10°，在此取10°。各力對點O（采煤機與輸送機靠煤壁側的接觸點）的力矩平衡方程:

各力對垂直軸取力平衡方程:式中，a為采煤機重心到輸送機中部槽靠煤壁側的距離;b為輸送機中部槽的寬度。

聯立方程 （1）、（2），求得

由此可知，當a值越小 （即采煤機重心離輸送機中部槽越近）F2越小。據MG200/495－QWD型采煤機技術參數:a=0.135m，b=1.017m，G1=275.35kN。將參數帶入方程 （3）、 （4），求得F2=36kN，N=307kN。

由計算可知當F2大于36kN時采煤機就不會向前傾倒。

輸送機靠采空區側對采煤機向下拉力主要由輸送機重力提供。對輸送機與采煤機接觸的O點取力矩平衡，有平衡方程:

式中，G為采煤機傾倒引起輸送機翹起所需克服的輸送機重力，kN。

由式 （3）、（5）可得G=2aG1/b=73kN，即當G不小于73kN時采煤機才沒有傾倒危險。據相關資料，MG200/495－QWD型采煤機機身布置至少占據3節輸送機中部槽，3節中部槽總重為40kN。為保證采煤機受力平衡，需要在采煤機靠采空側設置“采煤機平衡裝置”，需提供73－40=33kN的荷載。當采煤機在傾角為θ的工作面上工作時，所需平衡載荷為33sinθcosψkN。由此可見當工作面傾角越大，采煤機所需的平衡載荷越小。該平衡載荷主要由液壓支架提供。

為了進一步縮短機身長度，MG200/495－QWD型采煤機的牽引部采用了雙行星機構，減小了牽引部的體積，增大了有效牽引力。

2.2 采煤機上行割煤受力分析

采煤機要在大傾角工作面作業必須具有較大的牽引力。MG200/495－QWD型采煤機順工作面上行正常割煤時的受力情況如圖3所示。圖中G1是采煤機所受重力，取275.35kN;N01是煤壁對前滾筒順工作面方向的推進阻力，kN;N02是煤壁對后滾筒順工作面方向的推進阻力，kN;f1，f2分別是采煤下行或上行時輸送機對采煤機產生的順工作面方向的摩擦力，kN;F是行走輪對采煤機作用的牽引力，kN，MG200/495－QWD型采煤機牽引機構選用2臺40kW的牽引電機，可提供2×341kN的最大牽引力;Q1是采煤機前滾筒截割阻力，kN;Q2是采煤機后滾筒截割阻力，kN;θ是工作面傾角，雷公山煤礦煤層平均傾角為45°，N21為工作面傾斜時，輸送機對采煤機的支持力。

圖3 采煤機上行割煤受力分析

由圖3可知，采煤機上行割煤過程中的穩定條件是:

式中，μ1為采煤機與輸送機之間的接觸摩擦系數，取0.2;N21=307×sinθ=217kN。

將數據代入公式（4）、（7）可得:f2=43.4kN。

影響滾筒推進阻力的因素比較復雜，很難精確地計算。當采煤機牽引力確定，在煤層傾斜條件下，常采用下式近似估算:式中，Fmax為采煤機的最大牽引力，kN;K2為前、后滾筒的截割阻力之比，一般為0.2～0.8，針對薄煤層，取小值為0.2。代入數據可得:N01+N02=267.1～335.3kN。

將數據代入式 （6）可得:F≥505.8～574kN。

根據以上計算分析結果，當采煤機牽引力為2×341kN，大大超過采煤機上行割煤時所需的牽引力，即上行割煤時采煤機不存在下滑危險。

MG200/495－QWD型采煤機改變傳統采煤機的行走輪結構，采用大節距和大模數行走輪齒。同時增加了齒寬，進一步加強了行走輪強度，保證采煤機在大傾角工作面上能正常行走。

2.3 采煤機二級防滑裝置

為了保證采煤機在大傾角工作面上工作的安全性，MG200/495－QWD型采煤機在常用的制動系統的基礎上，研制出了第二道機械防滑裝置，保證了采煤機在大傾角工作面上工作的安全性。二級防滑裝置結構如圖4所示。

圖4 MG200/495－QWD型采煤機二級防滑裝置

二級防滑裝置工作原理:采煤機下牽時，電磁閥合電，電磁閥供液，液壓千斤頂伸出，左右防滑裝置的防滑塊防滑端同時離開銷軌的槽口，防滑功能解除;采煤機電源與電磁閥電源連鎖反應，當采煤機牽引斷電，電磁閥同時自動斷電，液壓千斤頂中的油通過電磁閥回到油池，液壓千斤頂活塞桿復位，同時彈簧組件中彈簧外力解除，彈簧筒推出，防滑裝置的防滑塊防滑端卡入到銷軌的槽口內，防滑功能生效啟用。采煤機上牽時，電磁閥一直處于斷電復位狀態，防滑塊搭銷軌行走，當采煤機下滑（一級制動失效）時，防滑塊卡在銷軌的槽口內，防滑功能生效啟用。

2.4 潤滑系統

強制潤滑系統和分腔潤滑系統是保證大傾角采煤機潤滑的常用方式。強制潤滑系統能對采煤機各齒輪、軸承輸油潤滑，但因結構復雜、成本高、需維護等缺點而常用于傾角很大的工作面。分腔潤滑系統通過將減速機構分離為多個單獨的腔體來保證齒輪、軸承的潤滑。分腔潤滑系統不需維護，常被用于較大傾角的工作面。MG200/495－QWD型采煤機的截割部采用了分腔潤滑系統，設置有高速高溫腔、隔離冷卻腔、低速低溫腔和行星潤滑腔，有效地控制油溫超高帶來的負面影響，并保證采煤機在大傾角工作面上工作時，各級減速機構的良好潤滑。

2.5 遙控器技術

薄煤層大傾角工作面傾角大，開采空間狹小，飛矸嚴重，采煤機運行難且極易被矸石砸傷，安全威脅大。MG200/495－QWD型采煤機采用了最先進的采高控制技術和遙控器技術。遙控器上還能顯示采煤機的其他監測參數，保證采煤機實時監控。設油溫監測及超溫保護，保證采煤機各部件工作狀況受到監控，方便采煤機司機隨時掌握采煤機工況，可遠程監控采煤機位置，并與液壓支架緊密配合，實現電液自動控制。

綜上所述，MG200/495－QWD型采煤機具備薄煤層大傾角開采的關鍵技術 （小體積、大牽引、高可靠性、操作方便等）。該采煤機正在雷公山煤礦薄煤層大傾角工作面現場應用。

3 結束語

針對世界煤炭資源枯竭急劇增加的形勢，大傾角薄煤層開采已越來越被國家重視。通過MG200/495－QWD型采煤機的關鍵技術在雷公山煤礦薄煤層大傾角工作面的應用研究，為薄煤層大傾角采煤機研究設計提供了參考和借鑒依據。

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1006-6225（2013）06-0043-03

2013－06－20

李加林 （1963－），男，四川華鎣人，機電工程師，現從事煤礦機械產品設計研究工作。

［責任編輯:王興庫］