大功率薄煤層采煤機選型設計原理及應用

任紫彬

（江蘇徐礦能源股份有限公司物資供銷分公司，江蘇 徐州221000）

1 夏闊坦煤礦110402 工作面地質條件

工作面走向長度357m，走向傾角0～4°，工作面傾向長度80m，工作面平均傾角13°，最大14°，煤層最大厚度1.08m，最小厚度0.9m，平均厚度0.92m，煤質硬度f3，頂板為粉、細砂巖，局部中砂巖，硬度f5，底板為粉砂巖，硬度f4～6，首采工作面為右工作面，進風巷和回風巷尺寸相同，均為矩形巷道，尺寸4.2m×2.6m(寬×高)。

2 采煤機的選型

根據夏闊坦煤礦110402 工作面地質條件，符合該條件的采煤機，機身高度要低，且截隔功率要大，最終選擇MG450/1050-WD 型采煤機。該型采煤機是一種采用多電機聯合驅動、技術性能先進的大功率薄煤層采煤機，可滿足最低1.1m薄煤層高效自動化開采。該型采煤機是適應最低1.1m 采高全球裝機功率最大的采煤機，其整機性能優良，各項技術指標均處于國際領先水平。

3 MG450/1050-WD 型采煤機的主要技術參數

機面高度：≤750mm（包括運輸機），適用采高范圍：1.1～1.7m，裝機功率：1050kW，截割功率：2×450kW，牽引功率：2×65kW 泵功率：20kW，牽引力：500/250kN，牽引速度：0～14.5/29m/min， 滾 筒 轉 速：59r/min， 滾 筒 直 徑：φ1050 ～φ1250mm，滾筒截深：800mm，整機重量：33t。

4 MG450/1050-WD 型采煤機主要設計原理：

4.1 半懸機身的整機布置結構

國內外，現有的雙滾筒薄煤層采煤機，大部分結構形式有兩種：一種是采煤機的主要部分（如電動機、牽引傳動裝置等）均布置在刮板輸送機上方，僅兩滾筒布置在煤壁側，稱之為正常布置方式的采煤機；另一種是采煤機的主要部分（如電動機、牽引傳動裝置等）及采煤機滾筒均布置在煤壁側，位于刮板輸送機鏟煤板上方，稱為全懸布置方式的采煤機。

圖2 半懸式機身布置圖

第一種布置方式為采煤機傳統的布置方式，普遍應用于現有的采煤機設計中，但是對于薄煤層采煤機的設計，存在幾點問題：

4.1.1 過煤空間小。正常布置的采煤由于結構的限制，采煤機的機身厚度很難降低，在采高低的情況下，使得過煤空間小；

4.1.2 截割功率低。由于工作面采高的限制，正常布置的薄煤層采煤機，一般截隔功率均較低，如果增加采煤機截割電動機的功率，電動機的直徑就會隨之增大，搖臂下割煤時候，電機容易和槽幫干涉。

第二種采煤機的結構形式為爬底板式，這種結構形式也相應的解決了采煤機機身高度的問題，但是存在結構上的缺陷，整個采煤機大部分的結構部件均布置在運輸機槽幫外側，采煤機的重心不穩，在割煤運行過程中整個采煤機穩定性能低，由于薄煤層工作面一般地質條件均較差，低板高低不平，容易和采煤機發生干涉，采煤機適應工作面的能力低。

對于以上的問題，結合正常布置和爬底板兩種結構的優缺點，MG450/1050-WD 型大功率薄煤層電牽引采煤機整機，采用半懸式機身，加全懸截割電機搖臂的布置形勢，該結構有效解決了以上問題，如圖1 所示。

（1）半懸式機身

采煤機牽引傳動部，是影響機身高度的主要因素，而牽引傳動系統中牽引電機和行星機構決定了機身的厚度。

半懸式機身采煤機，采用一種半懸布置方式的機身結構。其主要特點是將牽引部中牽引電機及牽引傳動部的大齒輪，位于刮板輸送機槽幫及鏟煤板上方面，面向煤壁側半懸布置，。如圖2 所示。

半懸式機身布置方式，把牽引系統中尺寸較大的部件，均半懸布置在刮板輸送機槽幫及鏟煤板上方，不影響中部槽上方采煤機的機身厚度。

半懸式機身結構，在采煤機機面高度較低的情況下，既保證了一定的過煤空間，又不使得采煤機機身的重心過于偏向煤壁側，保證了采煤機的穩定運行。

（2）全懸截割電機式搖臂

全國薄煤層工作面，普遍存在地質條件復雜情況，因此需配置較大的截割功率。本采煤機配置450kW 的截割功率，經查閱相關資料，功率在200kW 的截割電機，直徑最小為440mm 左右，就算采煤機搖臂采用雙電機布置，搖臂外殼厚度也要在500mm 以上。若按正常布置將截割電機布置在刮板機中部槽上方，其厚度遠大于機身厚度300mm，嚴重影響機面高度或過煤高度，無法滿足使用要求。

采用全懸截割電機式結構，將截割電機與行星機構布置在同側，使其位于刮板機煤壁側槽幫外側，采煤機搖臂下割煤時，搖臂與刮板運輸機槽幫有一定的安全空間，不存在截隔電動機于運輸機槽幫干涉的情況，這樣就大大降低了采煤機的機身高度，搖臂殼體厚度不再受到嚴格限制，可以采用單截割電機，結構簡單。

4.2 扁電纜結構

薄煤層工作面配套時，相應的運輸機槽幫高度，電纜槽高度均較低，導致電纜槽的深度小。如采用普通供電電纜，由于其折彎半徑大，在彎折3 層的極限情況下，往往超出電纜槽，甚至與支架頂梁干涉，給拖纜帶來極大的不便，安全效果低，影響正常生產。

本采煤機配套的電纜，將普通供電電纜改為扁平電纜（如圖3 所示），加大電纜橫向寬度尺寸，減小電纜高度，其折彎半徑大大降低，同時采用專用的扁電纜夾，其彎折3 層時，電纜高度也大幅降低，極大地改善了薄煤層拖纜難的問題，提高開采效率。

圖3 扁電纜

5 使用效果

夏闊坦110402 工作面使用的MG450/1050-WD 型采煤機，從2019 年11 月安裝使用至今，解決了硬薄煤層開采的難題，到達了安全生產，采煤機使用故障率低，降低了工人勞動強度，煤炭產量穩定，經濟效益顯著，使用效果達到了預期要求，為集團公司下一步薄煤層采煤機選型奠定了基礎。

6 自動化升級改造

現使用的采煤機，人員要在附近控制采煤機的動作，由于工作面采高低，人員活動空間小，增加了工人勞動強度，安全不能保證，下一步升級改造成自動化采煤機，采煤機增加搖臂擺角、位置等傳感器，實現采煤機參數采集系統。電控系統增加記憶截割模塊，實現記憶截割功能。增加煤機順槽通訊模塊、順槽通訊服務器、順槽通訊中繼器，及遠距離監控站，實現采煤機在順槽控制臺，依靠視頻監控系統，對采煤機實現遠距離監控（包括采煤機左右搖臂的升降、左右行走、左右滾筒啟動等）通過記憶截割系統學習示范刀，實現自動割煤。升級以后的采煤機，作業人員可遠距離對采煤機的動作進行控制、干預，作業人員遠離工作地點，降低了作業人員的勞動強度，安全得到了保障。