淺談薄煤層采煤機的經(jīng)濟(jì)性特點

石家偉 張晨曦 吳炯威

目前國內(nèi)采掘比大、掘進(jìn)率高，采煤工作面接替困難。隨著長臂機械化采煤技術(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)造對薄煤層長臂工作面生產(chǎn)影響比開采中厚及厚煤層工作面大，造成薄煤層長壁綜采或機采工作面布置困難。

薄煤層長肇機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。一個薄煤層綜采工作面的設(shè)備投資不比設(shè)備裝機功率、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)展機械化、實現(xiàn)綜合機械化采煤，是實現(xiàn)薄煤層開采高產(chǎn)高效的唯一出路，我國在這方面一直不斷力。

一、緒論

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

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

2.我國薄煤層采煤機的發(fā)展歷程及前景。80年代，我們在引進(jìn)了德國、英國等采煤機生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，自主開發(fā)和制造適應(yīng)我國不同的煤層條件的滾筒式采煤機系列產(chǎn)品，并在90年代中期初步完成了主導(dǎo)機型，由液壓牽引采煤機向電牽引采煤機升級換型工作。1980年，黑龍江煤礦機械研究所和雞西煤礦機械廠共同開發(fā)出BM系列騎輸送機滾筒采煤機，其中BM-100型雙滾筒采煤機，性能良好，能自開缺口、強度高、工作可靠，在我國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，機身又長，所以使用不便，于是又生產(chǎn)出更加簡化的BMD-100型單滾筒薄煤層采煤機。

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，該采用多電機驅(qū)動、交流變頻調(diào)速、無鏈牽引總裝機功率達(dá)450kW，其中截割功率2×牽引功率2×25kW，牽引力400kN，牽引速6m/min。采用騎輸送機布置方式，可用于110～117m的薄煤層綜合機械化工作面。樣機于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。國內(nèi)幾種類型薄煤層采煤情況比較見表。

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

1.實現(xiàn)采煤機自動移動功能的結(jié)構(gòu)方案

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

2.實現(xiàn)采煤機輔助功能的結(jié)構(gòu)方案。只具有基本功能的采煤機，能勉強完成在工作面破落煤壁和裝煤的任務(wù)。在實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、自動托卷電纜功能等。

3.薄煤層采煤機主要技術(shù)參數(shù)的確定

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

（2） 采高。采高是指最大可能開采的高度，是由采煤機的機械結(jié)構(gòu)決定的。對于單一煤層的開采，采高要與煤層厚度相當(dāng)，當(dāng)厚煤層分層開采時，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%來確定采煤機的采高。

（3） 牽引速度。采煤機牽引速度由煤層厚度、截深、煤層物理機械性質(zhì)以及用戶對采煤機生產(chǎn)率的要求確定的。牽引速度即采煤機沿工作面移動的速度。由于煤層的機械力學(xué)性質(zhì)復(fù)雜多變，需要隨時調(diào)節(jié)牽引速度，使采煤機能在正常負(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，牽引速度就減小；當(dāng)采高和截深小，勢必加大牽引速度。當(dāng)煤層中含矸量較大或煤層硬度較高，采煤機的牽引速度也必須減低。我國采煤機的牽引速度在2.5～5m/min的范圍，國外的可達(dá)15m/min。由于生產(chǎn)率按照正常的計算取15t/min，

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

牽引電機的動力轉(zhuǎn)化為液壓能來驅(qū)動液壓馬達(dá)、經(jīng)機械減速實現(xiàn)采煤機的行走，完成牽引過程，同時還提供調(diào)高動力。

電控系統(tǒng)主要由隔離換向開關(guān)、載波接收機、電池控制按鈕盤、隔離開關(guān)操縱機構(gòu)等組成。電控系統(tǒng)對采煤機各電機供電和保護(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、手動換向閥、液壓鎖、調(diào)高油缸及管路組成，實現(xiàn)截煤部的升降。

機械系統(tǒng)由兩部分組成：液壓動力源（高速齒輪腔，將主電機的轉(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)帶動的四組牽引執(zhí)行機構(gòu)（由一級定軸與同軸兩級減速器傳動組成）。

執(zhí)行元件為擺線齒輪。

制動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)提供動力打開制動器，失壓時實現(xiàn)制動。

積。

三、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析

本文所設(shè)計的采煤機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，為了避免電動機過度超載和欠載而使負(fù)載穩(wěn)定、充分發(fā)揮采煤機的生產(chǎn)效能，需要隨時調(diào)節(jié)牽速度的大小。另外，采煤機在工作面往返牽引時，滾筒的轉(zhuǎn)向不能改變，因此要考慮到轉(zhuǎn)向裝置，同時能夠隨時在電機不停轉(zhuǎn)的情況下停止?fàn)恳２擅簷C工作過程中負(fù)載變化劇烈，為了保證采煤機能正常可靠工作必須充分考慮到過載保護(hù)。本次設(shè)計的牽引部采用液壓傳動，傳動鏈末尾采用2K-H型行星減速器，其特點是：傳動比大、體積小、重量輕、成本相對低廉，能耗低，壽命長、具有過載保護(hù)功能等特點。

四、結(jié)語

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

采煤過程中由于煤質(zhì)的不同和煤中含有堅硬雜物，即使在同一工作面內(nèi)截割阻力變化也很大，為了避免電動機過度超載和欠載而使負(fù)載穩(wěn)定、充分發(fā)揮采煤機的生產(chǎn)效能，需要隨時調(diào)節(jié)牽速度的大小。另外，采煤機在工作面往返牽引時，滾筒的轉(zhuǎn)向不能改變，因此要考慮到轉(zhuǎn)向裝置，同時能夠隨時在電機不停轉(zhuǎn)的情況下停止?fàn)恳２擅簷C工作過程中負(fù)載變化劇烈，為了保證采煤機能正常可靠工作必須充分考慮到過載保護(hù)。因為采煤機牽引速度低，機構(gòu)受力大，牽引部的強度直接關(guān)系到能否正常可靠地采煤。