薄煤层采煤机的研究现状与发展.pdf

206 研究与探索 Research and Exploration 理论研究与实践中国设备工程 2020.07 下随着我国经济的高速发展的同时，对资源的需求量持续增加，煤炭作为我国的主要能源来源，相比中、厚煤层的开采，薄煤层有地质条件复杂、设备安装难、搬运困难等问题，机械化程度低、煤层厚度变化大、断层多、设备故障率高等特点。由于薄煤层开采设备自动化程度不高，严重制约了中厚煤层的开采，一些煤矿企业为保证全年的生产任务，企业不得不采取对一些薄煤层、极薄煤层弃采，造成了煤炭资源的极大浪费。一部分煤炭企业为开采薄煤层，资金量投入大，周期长，投入大，产出比小，经济效益差，同时，往往伴随设备故障率高，增加了煤矿工人的劳动强度，也减小了煤矿生产的安全系数。针对薄煤层开采出现的问题及困难，急需研制出一些薄煤层机械自动化程度高、安全系数大、故障率低的开采设备。 1 薄煤层开采技术现状采煤机是煤层开采的主要设备之一，目前，我国采用最多的采煤机基本都是 MG 系列的采煤机，前期研发的液压牵引采煤机，液压系统液压油的清洁度要求很高，且牵引力相对较小，在遇到复杂地质条件，特别是断层、坡度较大的工作面，牵引负载负荷很大，对采煤机提出了很大的挑战。随着科学技术的发展，现在薄煤层采煤机主要由液压牵引向电牵引发展，现阶段，电牵引已经成为主流牵引方式，电机功率不断增大，电机布置方式也发生了变化，并且搭载了变频调速的方式，牵引力不断增大，并且提高了牵引速度，从而提高了效率。各大煤炭企业对中厚煤层的持续开采，为继续保持矿的服务年限，减少资源的浪费，不得不去开采地质条件复杂的薄煤层，根据国内薄煤层的煤层分布，陕蒙区域分布的薄煤层主要运用的薄煤层采煤机和主要参数薄煤层采煤机的研究现状与发展马晓燕（陕煤集团神南产业发展有限公司，陕西神木 719300）摘要煤炭在我国资源利用中仍然占有很大的比重，在分析我国煤炭资源的分布和开采效率的基础上，为减少煤炭资源的浪费，提高煤炭的回采率，本文着重分析我国薄煤层的开采技术的难点，主要从降低采煤机的机面高度、增加采煤机的总装机功率、提高采煤机的可靠性、采煤机传感技术和定位技术等方面入手，为今后的薄煤层采煤机的研制提供了发展发向。关键词薄煤层；开采技术；采煤机；研究现状；发展中图分类号TD823.251 文献标识码A 文章编号1671-0711（2020）07（下）-0206-02 表如表 1 所示。表 1 薄煤层采煤机主要参数表采煤机型号装机功率 /kW 采高 /m 机面高度 /mm 牵引力 /kN MG320/710-WD27101.2 ～ 2.4845470 MG400/890-WD18901.25 ～ 2.56850460 MG2160/730-WD7301.2 ～ 2.7880494 MG2200/930-WD19301.2 ～ 2.5850525 MG2160/730-AWD7301.25 ～ 2.4845535 MG2200/890-AWD28901.25 ～ 2.6920525 MG480/1130-BWD 11301.05 ～ 1.76767530 从表 1 中，薄煤层采煤机的主要生产厂家，都是从多电机驱动并列方式增加截割功率，机面高度降低，牵引力也在增加。现阶段，科学技术的发展，在采煤机上也出现了相应的技术，如记忆截割、煤岩识别、传感技术、定位技术，也取得了一定的发展。 2 采煤机研发的发展方向目前，国内主流采煤机生产厂家都已经推出或者正在研制薄煤层采煤机，通过市场反馈，仍然有需要改进的地方，例如，增加截割功率，降低机面高度，加大过煤空间，提高齿轮、轴承的可靠性，适应薄煤层复杂地质条件的抗冲击，抗振动的能力，减少维护量，加入电气自动化，智能化减少煤矿工人的劳动强度，增加安全性等方面加大研发力度，从而提高采煤机的开采效率。 2.1 装机功率薄煤层采煤机装机功率的增大，可适应采煤机过断层的能力，提高采煤机的可靠性有至关重要的作用。国内电机生产制造商，截割电机的功率加大，往往伴随着截割电机直径和长度的增加，导致摇臂厚度的增加， 207 中国设备工程 C h i n a P l a n t E n g i n e e r i n g 中国设备工程 2020.07 （下）对滚筒装煤效果影响很大。因此，考虑到增大电机功率的同时带来的不利因素，各大煤机设计制造厂家商采用双电机平行布置，双电机中间增加惰轮的方式来增加截割功率。该方法既可以增加装机功率，又可以降低摇臂的厚度，同时，增大了摇臂底部的过煤的空间。实践证明，该种摇臂的设计方法有效。 2.2 结构尺寸采煤机机面高、刮板运输机槽帮高度、滚筒直径、过煤空间等综合选择决定薄煤层最低采高。机面高度是采煤机顶面到刮板运输机地面的距离；机面高度越低，保证了采煤机能从支架下顺利通过的最小距离，支架能将至最低，则采煤机的最低采高就越小。过煤空间是指采煤机机身下平面到刮板运输机中板的距离，过煤空间越大，则采煤机割下的煤能顺利通过刮板输送机运输出去，不会被采煤机底面挡住。槽帮高度是刮板运输机地面到煤壁侧刮板上平面。在复杂的薄煤层地质条件下，底板、顶板往往有起伏，较短的采煤机总长可适应高低起伏的工作面。 2.3 可靠性综采工作面的机械化设备，能大大提高煤层的开采效率，特别是技术程度高的采煤机，齿轮、轴承等重要零部件的寿命关系着整个采煤机的寿命，提高齿轮、轴承的安全系数尤为重要。可有效降低在综采工作面更换轴承、齿轮的频率，从而提高采煤机的开机效率。综采设备在进入工作面以后，采煤工人的工作高度较低，在维护、保养、更换易损件的时候，工作空间狭窄，操作不便，进而需要的时间较长，同时，增加了工人的劳动强度，增加了安全风险。因此，导向靴、链轮、支撑滑靴等易损件设计方面，提高安全系数，提高可靠性，延长更换易损件的周期，拆卸方便等。 2.4 传感技术薄煤层煤炭的开采，井下工作环境恶劣，为了保证产量，难免会超负荷运转，导致采煤机出现各种故障，在以往的故障诊断中，往往依赖工作人员的经验检查和以往经验的推测，存在误判的可能性，也增加了把没出现故障的地方进行拆卸，进而浪费了宝贵的开采时间，具有局限性。以采煤机各类传感器为主，可以提前发现故障，并对故障进行预判、诊断，经过数字融合技术，可以对整个采煤机的标准运行数据进行对比，最终判定机器的问题所在，可快速解决问题。 2.5 采煤机定位技术采煤机在割煤进刀的过程中，需要液压支架对刮板输送机推溜和对液压支架的拉架，刮板输送机和刮板输送机之间的连接可水平弯曲 1 度，垂直弯曲 3 度，随着支架和支架的连接，也可以小幅度地移动，因此，经过不断的推溜拉架，刮板输送机有可能变为弯曲状态，因此，采煤机在割煤过程中也形成了弯曲状态，导致了整个工作面无法实现三直两平，有时控制不好会出现刮板输送机向机头或机尾方向窜动，导致采煤机不能割透煤壁，降低了自动化水平的应用程度。所以，在采煤机综采智能化工作面中，地质空间三维技术是核心，当前，主要有无限传感网定位、红外线定位、地理信息定位系统和超声波定位来对采煤机进行定位。目前，运用最多的是地理信息系统（GIS）。通过在采煤机上安装惯性导航系统，实现对采煤机姿态和位置的定位；通过安装在摇臂铰接耳座处的编码器（有的是在油缸上安装编码器），检测摇臂的采高，通过在行走箱中安装行走编码器，对采煤机的位置和行走速度进行检测。惯性导航技术在井下使用处于初级阶段，虽然有一定的效果，但还存在一些问题，并且价格昂贵，在今后的技术研究中，应降低成本，增加稳定性，为智能化煤矿开采提供必要的技术基础。 3 结语综上所述，为保证煤炭的可持续、稳定地发展，持续为经济发展奠定基础，薄煤层开采技术需要高效高产开采，就智能化薄煤层采煤机的研发就是关键设备，它是基于结构设计、可靠性设计、外购配套设计、传感技术、采煤机定位技术和智能化技术的多方融合技术的共同发展，才能适应煤矿井下对薄煤层高效高产的要求，为我国薄煤层采煤机的研制提供了研究方向。参考文献 [1] 王振乾 . 我国极薄煤层采煤机的技术现状与发展 [J]. 煤矿机电 ,20100235-37. [2] 葛世荣 . 互联网采煤机智能化关键技术研究 [C]. 中国煤炭工业协会、中国煤炭科工集团有限公司、中国煤炭学会、煤炭科学研究总院 . 第三届煤炭科技创新高峰论坛煤炭绿色开发与清洁利用技术与装备论文集 . 中国煤炭工业协会、中国煤炭科工集团有限公司、中国煤炭学会、煤炭科学研究总院中国煤炭学会 ,2016156-164. [3] 李子彦 . 煤矿采煤机智能化关键技术探析 [J]. 能源技术与管理 ,2019,4404151-153. [4] 夏婷 , 李威 , 王超 , 李雨辰 . 综采工作面采煤机定位技术研究现状及展望 [J]. 工矿自动化 ,2017,431024-28.