采煤机现状与发展.pdf

第 4 3卷 第 1期 2 0 1 7年 1月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Aut o ma t i o n Vo 1 ． 4 3 NO ．1 J a n ．2 O1 7 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 7 0 1 0 0 2 6 0 3 D OI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 x ． 2 0 1 7 ． 0 1 ． 0 0 7 杨芸． 采煤机现状与发展[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 7 ， 4 3 1 2 6 2 8 ． 采煤机现状与发展 杨芸 天地科技股份有限公司 上海分公司 ， 上海2 0 1 4 0 1 摘要 针对薄煤层采煤机和厚煤层采煤机发展现状存在的问题 ， 结合采煤机 的发展趋势， 指 出 了采煤机 研 究方 向 提 高采煤机 行 走 系统 和摇 臂行 星机 构等 关键 部件 可 靠性 ； 加 强 前 沿技 术和 基 础理 论 研 究 ； 预研 新 型 结构采 煤机 。 关键 词 煤 炭 开采 ；采煤机 ；薄煤 层采 煤机 ； 厚 煤层 采煤机 中 图分类号 TD 4 2 1 ． 6 ／ 6 7 文献 标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 1 2 3 0 0 9 3 9 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． t p ． 2 0 1 6 1 2 3 0 ． 0 9 3 9 ． 0 0 7 ． h t ml S t a t us a n d d e v e l o p me n t o f s he a r e r YANG Yu n S h a n g h a i B r a n c h，Ti a n d i S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y Co ． ，Lt d ． ，S h a n g h a i 2 0 1 4 0 1，Ch i n a Ab s t r a c t Ac c o r di ng t o pr o b l e m s e x i s t e d i n d e v e l o p m e n t s t a t us o f t h i n s e a m s he a r e r a nd t h i c k s e a m s he a r e r ，r e s e a r c h d i r e c t i o ns of s he a r e r t e c h no l o gy we r e pu t f o r wa r d c o m bi ng wi t h de ve l op m e nt t r e n d o f s he a r e r ，whi c h we r e i m p r ov i n g r e l i a bi l i t y o f ke y c o m p o ne n t s s u c h a s s he ar e r ha u l a ge s y s t e m a nd r a ng i ng a r m p l a ne t a r y me c h a n i s m ， s t r e n g t he n i ng r e s e a r c h o f a d v a nc e d t e c hno l o gy a nd b a s i c t he or y a nd s t ud y i ng s he a r e r wi t h n e w s t r u c t ur e i n a d v a nc e． Ke y wo r d s c o a l mi ni ng；s he a r e r；t h i n s e a m s h e a r e r；t hi c k s e a m s h e a r e r 0引言 1采煤机 现状 采 煤机 在 煤炭 行 业 黄金 十 年 得 到快 速 发展 ， 对 高产 高效 矿井 综采 工作 面 的发展起 到 了重要 推动作 用 。采 煤机适 用 范 围从 薄 煤 层 发展 到 厚 煤 层 ， 装 机 功率 从 2 3 8 k W 发 展 到 2 3 0 0 k W 甚至 3 0 0 0 k W ， 采 高从 0 ． 8 m 发 展 到 6 ． 3 m 甚 至 7 m 以上 J 。然 而 随着 煤 炭地质 条件 越 来 越 复 杂 ， 采煤 机 发 展 面 临新 的挑战 。本文分析了目前采煤机存在的问题及发展 趋 势 ， 提 出了采煤 机技术 进一 步研 究方 向， 旨在 为推 动采煤机的发展提供参考。 1 ． 1薄煤层 采煤机 薄 煤 层 采 煤 机 机 械 化 开 采 受 以 下 地 质 条 件 制 约 ① 空 间受 限 ， 工作 条 件差 ； ② 煤层 厚 度变 化 、 断 层 等地 质 构 造对 薄 煤 层采 煤 机 生 产性 能 影 响 大 J 。 为 了适应 不 同地质 条 件 及 满 足 最低 采 高 等 要 求 ， 需 要尽量减小薄煤层采煤机部件结构尺寸 ， 但部件结 构尺寸减小会导致某些零件可靠性降低。可靠性要 求与适应性要求的相互制约 ， 是造成薄煤层采煤机 技术 发展 速度 相对 缓慢 的 主要原 因 。薄煤 层采 煤机 收稿 日期 2 0 1 6 1 0 1 9 ； 修回 E t 期 2 0 1 6 一 l 1 2 3 ； 责任编辑 盛男 。 基金项 目 天地科技股份有限公 司上海分公司重大技术改进项 目 TD S H2 0 1 6 0 5 。 作者简介 杨芸 1 9 8 7 一 ， 女 ， 江苏滨海人 ， 工程师 ， 从事采煤 机设计相关工作 ， E - ma i l s u n n y - y u n y o h o t ma i l ． c o rn。 [ 7] 孙维． 基于 Wi- F i 技术的矿井无线通信 系统的设计 与 应用E J ] ． 煤矿安全 ， 2 0 1 0 ， 4 1 4 8 7 8 9 ． [ 8] 索智 文．F a c e b o s s 采 煤 机记忆 割煤 的应 用 实践 I- J ] ． 煤矿开采 ，2 0 0 9 ， 1 4 5 6 5 6 6 ． [ 9] 孙继平．煤矿监控新技术与新装备I- J ] ．工矿 自动化 ， 20 15，41 1 1 - 5 ． 1, 1 0 ] 朱红秀 ，石红伟 ，姜川 ， 等．煤矿 井下 综采工 作 面巡 查机器人磁迹导航 的研究I- J ] ．工矿 自动 化 ， 2 0 1 1 ， 3 7 6 2 9 3 2 ． [ 1 1 ] 许 太 山．综 采 工作 面 视 频 监测 系 统 的研 究 与 应 用 I- J ] ．煤 炭工 程 ， 2 0 1 3 ， 4 5 增 刊 1 1 7 2 1 7 4 ． 2 0 1 7年 第 1期 杨 芸 采煤机 现状 与发展 2 7 的 主要技术 现状 1 为 了降低机 面 高度 、 增 大 过煤 空 间 ， 薄煤 层 采煤 机总 体结构 方式 主要有 以下 3种 ① 将 机身 主 传动 部分 布置在 刮板 输送 机 中部 槽外 煤壁侧 的爬 底 板结构方式。采用该结构方式的采煤机如国内第一 代 薄煤 层 采 煤 机 MG3 4 4 一 P WD 型 爬 底 板 采 煤 机及 MG1 8 0 ／ 4 2 0 一 WD型采 煤机 。该 结构方 式 可 消 除截割电动机及传动系统尺寸对机面高度 的影响 ， 但爬底板采煤机对地质条件要求较高， 使用范围有 较 大局 限性 ， 近年来 新推 出 的机 型较 少 。② 将 摇臂 截 割 电动机 布置在 煤 壁 侧 ， 其 他 部分 布 置 在 刮 板输 送机中部槽上方的结构方式。采用该结构方式的采 煤 机如 MG 2 0 0 ／ 4 4 6 一 WD型采煤 机 。该结 构方 式 可 改善爬底板采煤机对地质条件要求高的问题 。摇臂 在 采空侧 壳体 可 压薄 ， 以免 影 响 机 面高 度 与 过 煤 空 间 ， 采煤 机 机身厚 度 由牵引 电动机 尺寸 所决定 ， 一 般 来 讲 ， 牵 引 电动机 尺寸 比截 割 电动 机小 ， 有利 于增 大 装 机功 率 和降低机 面高 度 。然而该 结构 方式 有两 大 局 限 一是 采 煤 机 重 心 位 于煤 壁 侧 ， 偏 出 了 支 撑 滑 靴 ， 导致 采 煤机在 运行 过程 中稳定 性较 差 ， 行 走 系统 受力情况恶劣 ， 易出现故障 ； 二是采煤机处于俯采状 态或 工作 面底板 较 软 时 ， 采煤 机 机 身 易失 稳 而 向前 倾 倒 ， 运行 稳 定 性 差_ 3 ] 。③ 将 各 主要 部 件 如 牵 引 电动 机 、 牵 引传 动系统 及截 割 电动机 均布 置在 刮板 输送 机 中部槽上 方 的常规结 构方 式 。 比较 典型 的如 MG2 1 0 0 ／ 4 5 6 一 WD 型 薄 煤 层 采 煤 机 。采 煤 机 截 割部 采用 双 电动 机 联 合 驱动 ， 这 样 可 在 摇 臂 相 同厚 度的条件下 ， 成倍提高截割功率 ， 有效解决薄煤层采 煤机装机功率 、 机面高度和过煤 空间三者之间的矛 盾[ 3 ] 。该 结构方 式 布 局合 理 ， 被 广 泛 应 用 于 现有 采 煤机 中 ， 是 目前 最 成 熟 的采 煤 机 结 构 。但 对 于 大 功 率 薄煤层 采煤 机 ， 该 结构 方式存 在两 大不 足 一 是 由 于 牵引 电动机 和牵 引 传 动 系统 尺 寸 的限 制 ， 采 煤机 机 身厚度 很难 减小 ， 在机 面高 度较低 的情 况下 ， 过煤 空 间较小 ； 二 是各厂 家配 置 的截割功 率均 较大 ， 即使 采用双电动机结构 ， 截割电动机筒体直径亦较大 ， 从 而 直接 影响 采煤机 的有 效 过煤 空 问 ， 同时 截 割 电 动 机 简体 与槽 帮距离 较近 ， 加之 配套滚 筒 直径小 ， 会严 重 影 响在刮 板输送 机机 头和 机尾处 的卧底量 。 2 薄煤层采煤机在满足采高要求情况下 ， 装 机 功率 越来 越大 ] 。在 同样 的工作 面条件 下 ， 为 了 增加煤炭 日产量 ， 使采煤机具备较强的破岩能力 ， 对 采煤机 的装机功率提出较高要求 ， 以提高采煤机的 开机率 。如 同样 满 足采 高 范 围 1 ． 2 ～ 2 ． 2 m 煤 层 条 件下 ， 先后 有 MG2 X1 0 0 ／ 4 5 6 一 WD、 MG2 X1 2 5 ／ 5 5 6 一 WD、 MG2 Xl 6 0 ／ 7 1 0 一WD、 MG2 X2 0 0 ／ 8 9 0 一W D 型 薄煤层采煤机， 对应装机功率分别为 4 5 6 ， 5 5 6 ， 7 1 0 ， 8 9 0 k W ， 装 机 功率越 来越 大 。 3 薄煤 层采煤机普遍 存在装煤效 果差 的问 题 。无 论滚 筒是 内旋还 是 外 旋 割煤 ， 薄煤 层 采煤 机 采高低 、 滚筒直径 比较小， 是导致采煤机装煤效果差 的重要 原 因之 一 l_ 7 刮。另 外 ， 摇 臂 下 面 的 装煤 口小 ， 也是 导致采 煤机 滚筒 外旋 装煤效 果差 的原 因之一 。 1 ． 2厚 煤层采 煤机 煤 矿综 采 工作 面 由年 产百 万吨 向年产 千万 吨的 高产 高效 方 向发展 ， 而采 高 是 制 约煤 炭 产量 的主要 因素 之一 。因此 ， 厚 煤 层 采 煤 机需 要 满 足 大采 高要 求 。 国内成熟 的采 煤 机 采 高 可 达 6 ． 6 m， 可 靠 性 较 高 ， 实际采高达 7 m 的还未有成熟案例 ； 进 口采煤 机在神华神东煤炭集 团有 限责任公 司等有采高达 7 m 以上 的成 熟 案 例 ， 2 0 1 6年 4月 ， 兖 矿 集 团金 鸡 滩煤矿地面联合调试最大采高达 8 ． 2 m， 这是 国内 已知综 采工作 面一 次采全 高最 大 的煤矿 。 目前厚 煤 层 采煤 机型 式主要 是双 滚 筒 电牵 引采 煤 机_ 1 ， 由于 设 计理 念和技 术 不 同 ， 国 内外 采 煤 机较 大 区别 在 于 采煤机摇臂调高油缸的布置 。国内采煤机主要是油 缸 下置 ， 如 MG1 0 0 0 ／ 2 5 4 0 一 G WD 型采 煤 机 ； 国外 采 煤 机在 大采 高 方 面是 油 缸 上 置 ， 如 艾 柯 夫 S L 1 0 0 0 、 J OY 7 L S 7 ／ J 0Y 7 L S 8型采 煤机 。厚 煤层采 煤机 的 主 要 技术 现状 1 随着 采 煤 机 开采 煤 层 厚 度 的增 加 ， 摇 臂滚 筒 工作 时受 到很 大 的径 向力 与 轴 向力 ， 同 时机 面 高 度增 加较 多 ， 采 煤机 重心较 高并 偏 向于煤壁 侧 ， 整 机 工作稳定性差 ， 导致采煤机零部件可靠性变差， 如牵 引行走 系统 过早 失 效 、 摇 臂行 星头 故 障频 发 和 液压 系统零部件 如平衡阀 频繁损坏等。 2 随着 采 高 增 大 ， 采 煤 机 截 割功 率 和 滚 筒 直 径随之增大， 同时为了满足采煤机工作时较大受力 强度要求 ， 铸造壳体质量需要大幅增加， 导致整机质 量达 1 5 0 2 0 0 t ， 如 J O Y7 L S 8型采 煤机整 机质 量达 1 8 2 t 。牵 引 系统 要 克服 较大 的空 载 阻力 ， 采煤 机 割 煤 时还要 克服 工作 阻力 ， 特别 是在刮 板输送 机机 头 、 机尾爬 坡 阶段 ， 采煤 机有 效牵 引力严 重不 足口 。 3 由于厚煤层采煤机机身重 ， 采煤机工作阻 力大， 行走轮与销排啮合受力较大 ， 行走轮齿形磨损 严重 ， 影 响寿命 。另外， 采煤机机身质量 的大 幅增 加 ， 导致 导 向滑靴 及 支撑 滑 靴 的 耐摩 层 所 承 受重 力 与其面积 的比值大大增加 ， 耐磨层磨损加快 ] 。 2采煤 机发 展趋 势 1 采煤机 向“ 两头” 极薄、 特厚煤层 方 向发 2 8 工 矿 自动化 2 0 1 7年 第 4 3卷 展。薄煤层采煤机朝着采高 1 m 以下甚 至 0 ． 7 m 的方向发展 。装机功率 、 机面高度和过煤空间三者 之间的矛盾是研制大功率薄煤层采煤机的主要技术 难题口 ， 因此 研发 新结 构和新 技 术 的采 煤 机仍 是 一 条有效途径， 如新型高效电动机摇臂的薄煤层采煤 机 、 四滚筒 薄煤 层 采 煤机 等 。厚 煤 层 采 煤 机朝 着 采 高7 ～7 ． 5 m 甚 至 8 m 的方 向发 展 ， 有 效 解 决 采 高 、 机面高度和机身质量三者之间的矛盾是研制大功率 厚煤 层采 煤机 的技术 关键 。 2 采煤 机 向 自动 化 、 智 能化 方 向发 展_ 1 。采 煤机 运行 自动化 是 提 升 工作 面开 采 效率 、 降低 工 人 劳动 强度 、 提高 煤矿 安全 生产水 平 的主要技 术 途径 。 采煤机的 自动化与智能化核心要 素是滚筒采高控 制 、 行走 位置控 制 、 与 配套 设 备 的协 同运 行 控 制 、 采 煤机 自身工况及故障监测等。 3 采煤机 向高速、 高可靠性方 向发展 。在 同 等采 高 等工作 面参 数情况 下 ， 产量要 求越 来越 高 ， 因 此对 采煤 机 的牵 引速度提 出了要求 。针对 同系列采 煤机 ， 通过改变传动系统的传动比来提高牵引速度 。 同时 ， 由于牵 引速 度 的 提高 ， 采煤 机 受 力 增 大 ， 关 键 零件的使用寿命降低 ， 可靠性 遇到了挑战。在 目前 采 煤机 市场增 量萎 缩 、 煤 炭形 势疲 软 的情 况下 ， 应充 分 抓住 存量采 煤机 的市 场 ， 进 行部 件改 造或替 换 ， 满 足 高速 、 高可 靠性 需求 。 3采煤 机 技术研 究方 向 针 对采 煤机 发展 现状存 在 的问题及 采煤 机发 展 方 向需 要满 足 的要求 ， 结合 采煤机 设计 经验 ， 应从 以 下角度 进行 采煤 机技 术研究 1 提高采煤机行走系统和摇臂行星机构等关 键部件 可靠 性 。原 来 煤矿 工 作 面 倾 角较 小 ， 煤 层 赋 存条件好 ， 煤质较软， 夹矸少 ， 对采煤机的可靠性要 求不 高 。现 在 综采 工 作 面工 况 越 来越 复 杂 一是 工 作面倾角越来越大 ， 且存在仰采、 俯采情况 ， 对采煤 机牵引行走系统和四象限变频反馈制动系统的可靠 性要 求越 来越 高 ； 二是 有 些 煤 矿 工作 面 夹 矸 含 量较 多 ， 煤 的普 氏系数 ．厂 4 ， 这 对采 煤机 摇 臂行 星 机构 、 传动系统 的可靠性与滚筒截齿 的耐磨性等提出了更 高 的要求 。 2 加 强前 沿技术 和基 础 理论 研 究 。通过 进 口 采煤机国产化替代 ， 不断消化 、 吸收进 口采煤机技术 和设计 理念 ， 在不 断 自主创 新 的基 础 上对 关 键 技 术 和理论进行研究 ， 挖掘国内丰富 的综采工作面大数 据 ， 对涉 及采 煤机 技术 发展 的重要 瓶 颈进行 突破 ， 如 涉及采煤机 自动化、 智能化方 向的采煤机煤岩界面 自动识 别和 采煤 机故 障诊 断预 警 技 术[ 1 引， 高 强度 摇 臂壳体材料的选用和热处理工艺， 大采高采煤机整 机 动力 学研 究 、 滚 筒参 数对 装煤 性能 的影 响等 。 3 预 研新 型结 构采 煤机 。为满 足煤 矿 复 杂 的 地 质要 求和 采高 需求 ， 从摇 臂截 割形式 、 牵 引行 走系 统 、 油缸布置方式等角度对采煤机各部件进行创新 。 对 采煤 机整 机结 构进 行 新 型设 计 ， 使 其 适 应综 采 工 作面或新型采煤工艺的发展要求 。 4 结 语 在 目前煤炭行业形势严峻、 煤矿地 质条件更加 复杂 的情况 下 ， 根据采 煤 机发展 现状 和 面临 的问题 ， 结合 当前采 煤机 的发 展趋 势 ， 指 出提 高 采 煤 机 关键 部件 可靠性 、 加 强前沿 技 术和基 础理 论研 究 、 预研新 型结构采煤机 ， 才能推动采煤机技术 的进一步发展 。 参 考 文 献 [1 ] 吴海雁． 大功率 、 大采高 电牵 引采煤 机 的研 制与 应用 [ J ] ． 重型机械 ， 2 0 1 0 6 9 - 1 2 ． [ 2] 张世洪 ， 周常 飞． 薄煤 层 电牵引采煤 机技术 研究 现状 与发展趋势[ J 3 ． 煤矿机 电， 2 0 1 3 1 1 - 5 ． [3 ] 高晓旭 ， 徐衍振 ， 王雷． 薄煤层采煤机结构特 点及装煤 效果分析[ J ] ． 煤矿机械 ， 2 0 1 2 ， 3 3 1 2 3 0 2 3 2 ． [4 ] 田成金． 薄煤层 自动化 工作 面关键 技术 现 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