滾筒式連續采煤機專利技術綜述

何存芳++何娟++李國麗

摘 要：綜合機械化采煤設備朝著大功率、遙控、遙測方向發展，作為綜合機械化采煤設備“三機”之一的采煤機，在煤炭開采中起著重要作用，而滾筒式連續采煤機以其及其性能好，生產效率高等優勢在世界各國得到廣泛應用，文中結合現有技術和專利申請量的變化，分析了滾筒式采煤機在國內外的發展趨勢，分別從截割部、牽引部、電氣設備和輔助裝置四個分支對其發展脈絡進行梳理，歸納總結出滾筒式采煤機專利技術發展路線。

關鍵詞：滾筒；采煤機；截割；牽引；智能；一體化

1、概述

煤炭是我國的基礎能源和重要原料，為保障我國能源安全，改善勞動條件，必須加速采煤機械化發展進程，作為綜合機械化采煤設備“三機”之一的采煤機，在這一“變革”中首當其沖。

連續采煤機是可以以連續采掘煤炭的機械設備，它既可以用來開掘以煤為基巖的巷道，又可作為單獨的采煤機使用，在我國很多大煤礦都有使用[1]。特別對地質條件好的巷道開掘或者對煤礦井田構造復雜的邊角煤開采有得天獨厚的優勢。

本文主要是針對滾筒式連續采煤機及其發展進行專利技術分析。

2、發展研究現狀

自采煤機研制成功以后，各國對采煤機都做了不同程度的開發，作為世界上最早利用煤炭資源的國家之一，中國的煤炭資源利用史可追溯至六七千年前，與如此長遠的煤炭利用史相比，采煤機的發展史則簡單得多。

2.1國外研究

20世紀40年代初，英國和前蘇聯相繼研制出了鏈式采煤機，這種采煤機是通過截鏈截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。

進入60年代，英國、德國、法國和前蘇聯先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進。一方面截煤滾筒可以調整其高度，另一方面把圓筒形截割滾筒改進成螺旋葉片式截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項關鍵的改進是滾筒式采煤機稱為現代化采煤機械的基礎。

自70年代以來，綜合機械化采煤設備朝著大功率、遙控、遙測方向發展，其性能日臻完善，生產率和可靠性進一步提高[2]。

2.2國內研究

作為世界上最早利用煤炭資源的國家之一，中國的煤炭資源利用史可追溯至六七千年前，與如此長遠的煤炭利用史相比，采煤機的發展史則簡單得多（有一點點重復）。

我國20世紀80～90 年代曾引進了德、英、波、日液壓牽引采煤機，并以技貿結合方式引進英國液壓牽引采煤機技術和德國直流電牽引采煤機技術，通過引進消化再創新，于90年代掌握了國際先進的交流變頻電牽引采煤機技術，2005 年初步掌握了大功率大采高采煤機技術和機電一體化技術。2001年大傾角電牽引采煤機和2002年短壁電牽引采煤機標志著我國采煤機總體設計技術達到或接近國際先進水平。2001年能量回饋型四象限交流變頻技術、2002 年中壓開關磁阻調速和中壓電磁調速、2005年中壓交流變頻調速技術標志著我國采煤機電氣調速技術達到或接近國際先進水平。經過幾十年的發展，我國已能自行設計生產適合于各種煤區環境的滾筒式采煤機，并致力于采煤機機械化力度的加強。

3、專利技術發展分析

滾筒式采煤機主要由截割部、牽引部、電氣設備以及輔助裝置等四部分組成。主要是針對滾筒式連續采煤機及其發展進行專利技術分析，從四個技術分支進行專利技術分析。

3.1截割部分支

3.1.1滾筒分布

滾筒是滾筒式連續采煤機的主要截割部，滾筒的布置形式一直是各國研制的焦點，第一臺滾筒式連續采煤機及專利SU619117是單滾筒采煤機，采用自底向上切割方式，DT2425828A1、US4822105將其設置為雙滾筒截割部，DE2914897提出三滾筒截割部，專利SU653389提出自頂向下切割方式，CN1693660縱向雙頭掘進橫向剪切，旨在改進滾筒的分布方式，提高切割效率。

3.1.2截割部形狀

截割部形狀關系到采煤機的應用范圍以及切割效率，DE2701886A1 、CN1869401提出錐形滾筒，可縮小尺寸，以適應不同切割地形，可用于超短壁煤層開采，CN86102321提出斗式滾筒采煤機，CN201661296U提出C型截割部，可用于硬質煤，硫化鐵結核的開采，CN103670398，設計出切割片式掘進機截割裝置，用于提高開采效率。

3.1.3截割部安裝

截割部的安裝影響到截割應用范圍以及硬度范圍，截割效率甚至煤巖裝載效率，US5810449對截齒的安裝進行改進，用于提高截割效率，JP特開2004-197390對截割部的安裝形式進行設計，設計為并排兩個截割滾筒，CN201460886U設計為傾斜式滾筒，便于裝煤，CN102410016，矩形全斷面采煤機，滾筒分層布置，掘進巷道一次成型，掘進、排料、支護同時進行，互不干擾，提高掘進效率，CN202031588U設計為三個滾筒分別布置在采煤機兩端以及中部頂端，適用于長臂工作面開采，CN202250066U，截割滾筒全斷面布置，開采效率高，并且適合硬度大于10的硬巖施工。

3.2牽引部分支

3.2.1鏈式牽引

鏈式牽引是最常見的牽引方式，最初的采煤機均采用鏈式牽引方式，US3992060，US4813749，DE20102278U1都是采用鏈式牽引方式，我國從國外引進采煤機技術，進一步提出了爬底板鏈牽引采煤機，如CN201284650Y提出的技術。

3.2.2電牽引

隨著工業技術的發展，對其進行改進，提出了電牽引方式，CN101144381，CN201326417Y，采用牽引電機的方式，提供牽引力，工作性能穩定、可靠，另外，CN201433763Y提出的牽引電磁制動器，CN204024649U提出交流電牽引采煤機截割部傳動，CN202788835U提出的變頻調速無鏈電牽引是對牽引方式的一大改進。

3.2.3遠程遙控

采礦的機械化，是為了減少人工的勞動強度，遙控采礦技術的提出，則是為了保證人身安全所提出的一項技術， RU2454537C1、CN201507308U提出了遙控操作液壓前進采煤機，CN202520307U提出的自動電牽引裝置，為無人開采奠定基礎，US2015/0097411A1以及CN103883323提出的無人智能采礦機，為采煤機的發展提供了新思路。

3.3電氣設備分支

3.3.1電氣系統

液壓系統是最基本的電氣設備，US4097091提出的是一種液壓控制系統，AT297385，CN102287185B，大功率重型包煤層采煤機可控制的電氣系統，對采煤機進行選擇性的供以液壓，節約成本，提高效率。

3.3.2自適應高度控制器

通過調節采煤機滾筒高度實現采煤機過載保護，對滾筒高度的精確控制，提高滾筒高度控制的速度、工作效率、避免過載和采煤機工作的穩定性，節省采煤能源降低采煤成本。提高綜采工作面工作效率，JP2011163111，CN101949290和CN102108862B提出了相關技術。

3.3.3集成化無線控制

薄煤層滾筒采煤機工作面自動化集成控制系統，工作面集中控制系統通過數據耦合器將不同控制系統的數據格式轉換為一種格式統一進行控制，并實現工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機之間數據的雙向實時通訊，實現工作面的無死角監控，US2011/0121633A1 和CN102619511均提出了相關技術。

3.4輔助裝置分支

3.4.1支撐及調高裝置

用于支撐機身的支撐系統，如公開號為DE2246288的專利提出的支撐系統，對采煤機工作的穩定性有很大的幫助。；

一種用于連續采煤機的采高儀，與傳統的司機目測方式相比，能更準確地確定巷道的高度。US4514012（1983，CN101387200A，CN201359494Y，DE19620536A1等，專利文獻公開的連續采煤機可實現滾筒的精確吊高以及鎖死。

3.4.2噴水系統

滾筒采煤機用水處理系統，FR2573474提出扇形噴水裝置，CN102200089提出滾筒采煤機用水處理系統。

3.4.3擋煤系統

可調式擋煤裝置用于采煤機截割部，便于在因工作環境或客戶需求的改變時保證薄煤層采煤機的裝煤效果；裝煤間隙可調，使得擋煤裝置在機頭、機尾處調轉方向時更容易；擋煤裝置的結構簡單，操作方便。采煤機包含所述可調式擋煤裝置，CN202707051U，CN201225151Y等專利提出相關擋煤、過濾等技術。

4、小結

依靠科技進步，推進技術創新，開發高產高效礦井綜合配套技術是我國煤炭科技發展的主攻方向，根據世界采煤機發展潮流和煤炭科技前沿最新消息，我國滾筒式采煤機應在以下方面進行攻關研究，盡快趕上世界水平。

（1）大功率、大截深電牽引采煤機的進一步研究；

（2）大功率采煤機的工況監測、故障診斷與控制系統的研究；

（3）應用高新技術，嚴格管理，提高可靠性；

（4）把握采煤機的大型化，自動化以及無人化發展方向。

參考文獻

[1] 張軍輝.我國煤礦采煤機的研制回顧、現狀以及發展[J].煤礦機械，2008，29（3），1-3.

[2] 李剛.大型采煤機研發現狀和發展趨勢探討[J].中國新技術新產品，2011（17），132.