我国薄煤层滚筒采煤机的使用与发展.pdf

2 0 0 0 年第5 期煤矿机电 7 3 文章编号1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 0 0 5 0 0 7 3 0 4 我国薄煤层滚筒采煤机的使用与发展 周常飞，张安寿 煤炭科学研究总院上海分院，上海2 0 0 0 3 0 摘要提高薄煤层工作面生产效率，使厚、薄煤层开采速度相适应，其根本出路在于发展机械 化。本文回顾了我国薄煤层采煤机技术发展过程，并介绍了新型薄煤层滚筒采煤机的使用情况， 指出了今后我国薄煤层滚筒采煤机技术的发展趋势。 关键词薄煤层；滚筒采煤机；技术发展 中图分类号T D 4 2 1 ．6 3文献标识码A 1 引言 2 我国薄煤层滚筒采煤机技术状况与发展回顾 我国薄煤层资源丰富，1 ．3 m 以下煤层可采储 量约占全部可采储量的2 0 ％。但由于薄煤层开采煤 层厚度薄，与中厚及厚煤层相比，薄煤层机械化开 采存在着工作条件差，设备移动困难；煤层厚度变 化、断层等地质构造对薄煤层设备生产性能影响 大，以及投入产出比高，经济效益不如厚与中厚煤 层等特殊问题，造成薄煤层机械化开采技术发展速 度相对缓慢。发展机械化开采，是提高薄煤层工作 面生产效率的唯一出路，而实现薄煤层工作面高产 高效的关键是要有高性能的薄煤层生产设备。滚筒 采煤机由于具有截割效率高、破煤岩能力强、适应 性好等优点，必将成为薄煤层开采的主力设备。我 国薄煤层滚筒采煤机的研究始于6 0 年代，3 0 多年 来经历了改装、革新和研制薄煤层滚筒采煤机的发 展阶段，研制和发展了多种型号的薄煤层滚筒采煤 机，从液压驱动、钢丝绳或链牵引发展到目前的多 电机驱动、电牵引采煤机。现在国产薄煤层滚筒采 煤机基本上可以满足煤层厚度0 ．8 ～1 ．3 m 及中厚 煤层下限、煤质中硬以下的缓倾斜薄煤层开采需 要。新研制成功采用多电机驱动技术的M G 2 0 0 ／ 4 5 0 一W D 型薄煤层电牵引采煤机首台样机在大同 矿务局晋华宫矿煤层厚度为1 ．3 ～1 ．5 m 的工作面 作工业性试验期间，取得了最高日产4 0 1 8 t 、最高月 产9 5 4 4 8 t 的好成绩，显示了新一代薄煤层采煤机的 突出优越性。该采煤机的研制成功也表明我国的薄 煤层采煤机技术性能已接近国际先进水平。 1 6 0 年代的改装、革新类机组。这类薄煤层 滚筒采煤机主要有M L Q 系列采煤机，如M L Q 一 6 4 、M L Q 一8 0 、M L Q 3 1 0 0 型等采煤机，装机功率 6 0 ～1 0 0 k w ，采用钢丝绳或链牵引，牵引传动方式 为液压调速加齿轮减速，主要液压元件为叶片泵、叶 片马达，牵引力为9 0 k N ，牵引速度0 ～2 ．5 m ／m i n 。 适用于采高0 ．8 ～1 ．5 m ，煤质硬度为中硬以下的缓 倾斜薄煤层中使用。目前这类采煤机在中小型煤矿 仍有使用，平均年产量为8 ～1 4 万t 左右。 2 7 0 ～8 0 年代初期自行研制开发的中小功 率薄煤层滚筒采煤机。比较典型的有山东煤研所和 淄博矿务局研制的Z B 2 1 0 0 型单滚筒骑输送机采 煤机，黑龙江煤研所和鸡西煤机厂研制的B M 系列 骑输送机滚筒采煤机，包括B M D 一1 0 0 型单滚筒采 煤机，B M 一1 0 0 型双滚筒采煤机。 Z B 2 1 0 0 型采煤机装机功率1 0 0 k w ，链牵引， 牵引传动方式为液压调速加齿轮减速，主要液压元 件为叶片泵、叶片马达，牵引力9 0 k N ，牵引速度O ～ 2 ．4 m ／r a i n 。可适用于采高0 ．7 5 ～1 ．3 m ，煤质硬度 为中硬以下的缓倾斜薄煤层中使用。该采煤机仅在 淄博矿务局使用，平均年产量为1 0 万t 左右。 B M 系列采煤机在我国多个局矿均有推广使 用，是薄煤层开采的主力机型之一。采煤机装机功率 1 0 0 k W ，采用链牵引，牵引传动方式为液压调速加 行星齿轮减速，主要液压元件为柱塞泵、柱塞马达， 其性能参数大大高于叶片泵、叶片马达。牵引力达 万方数据 7 4 煤矿机电2 0 0 0 年第5 期 1 2 0 k N ，牵引速度为0 ～6 m ／m i n 。可适用于采高 0 ．7 5 ～1 ．3 m ，煤质硬度为中硬以下缓倾斜薄煤层中 使用。平均年产量为1 6 万t 左右。 3 8 0 ～9 0 年代期间为了满足开采较硬薄煤 层的需要和提高薄煤层滚筒采煤机的可靠性，而研 制的新一代的薄煤层滚筒采煤机。主要有黑龙江煤 研所、鸡西煤机厂研制的M G l 5 0 B 型采煤机，煤科 总院上海分院与大同矿务局联合研制的5 M G 2 0 0 一 B 型采煤机，中波合作研制的M G 3 4 4 一P W D 型强 力爬底板采煤机，以及上海分院与西安煤机厂合作 研制的M G 3 7 5 一A W 型采煤机。 M G l 5 0 B 型采煤机为B M 一1 0 0 型采煤机的改 进，以克服B M 系列采煤机截割较硬煤层时功率不 足、牵引力小的问题，将功率提高到1 5 0 k w ，牵引力 提高到1 6 0 k N 。适用于0 ．8 ～1 ．5 m ，煤质中硬以下 的缓倾斜薄煤层工作面。平均月产量为2 ～2 ．5 万t 左右。 5 M G 2 0 0 一B 型采煤机装机功率为2 0 0 k W ，采用 液压驱动、无级调速，链牵引，最大牵引力1 8 0 k N ，适 用采高为1 ．O ～1 ．8 m ，是国内同类型薄煤层采煤机 中功率较大的一种，平均日产在1 0 0 0 t 左右。 M G 3 4 4 一P W D 型强力爬底板采煤机是在国家 “七五”和“八五”期间由中国与波兰合作研制的新 一代薄煤层采煤机，该机技术性能达到当前国际同 类机组的先进水平，具有机面高度低，仅为7 2 1 m m ， 装机功率大，机组运行平稳，工作可靠等优点。采用 性能先进的交流变频调速技术，变频装置安放在顺 槽内。总装机功率为3 4 4 k W ，其中截割功率为 3 0 0 k W ，牵引功率2 2 2 k w ，采用齿轮一销轨式无 链牵引，最大牵引力3 5 0 k N ，牵引速度0 ～6 m ／ m i n 。适用于采高范围为0 ．9 ～1 ．6 m ，煤质较硬的薄 煤层工作面，在大同矿务局的雁崖、燕子山、永定庄 等矿井下均有使用。该机是目前能用于采高l m 左 右煤层综合机械化工作面功率最大的机型之一。在 燕子山矿平均日产稳定在1 5 0 0 t 左右，1 9 9 6 年1 0 月在采高为1 ．3 m 的煤层中月产达到7 ．2 万t 。但 是，由于该采煤机采用爬底板工作方式，对底板要 求较高，底板太软或起伏太大，适应性差，因此其使 用范围有一定的局限性。 M G 3 7 5 一A w 型采煤机实际上是中厚煤层采 煤机的派生机型，将机面高度压低以适应薄煤层工 作面开采需要。装机功率为3 7 5 k w ，采用液压调速， 摆线轮一销轨无链牵引系统，适用于采高1 ．2 ～ 2 ．6 m ，工业性试验期间在采高1 ．1 ～1 ．7 m 的工作 面最高月产为3 6 0 0 8 t ，最高E t 产为1 8 8 4 t 。 4 进入9 0 年代以来，为了满足厚薄煤层并存、 薄煤层作为解放层开采矿井的迫切需要，并结合当代 中厚煤层滚筒采煤机技术，研制了新一代M G 2 0 0 ／ 4 5 0 一B W D 型薄煤层采煤机，该采煤机采用多电机驱 动，交流变频调速、无链牵引等技术。总装机功率达 4 5 0 k w ，其中截割功率2 2 0 0 k w ，牵引功率2 2 5 k W ，牵引力4 0 0 k N ，牵引速度0 ～6 m ／m i n 。采用骑 输送机布置方式，可用于采高为1 ．O ～1 ．7 m 的薄煤 层综合机械化工作面。第一台样机已于1 9 9 7 年底下 井使用，并取得了较好的使用效果。在此基础上，又研 制出M G 2 5 0 ／5 5 0 一B W D 型采煤机。 为了满足广大中小型矿井薄煤层普采与高档普 采工作面的需要，研制了M G 2 5 0 一B W 型薄煤层采 煤机，采用骑输送机布置和液压调速无链牵引方式， 装机功率2 5 0 k w ，截割电机采用特别设计的充液电 机。最大牵引力3 0 0 k N ，牵引速度0 ～6 m ／m i n ，单电 动机纵向布置，机身分为三段，中间为电机，两端为 牵截部。该采煤机的牵截部将泵箱、牵引齿轮传动 部、截割部固定齿轮传动箱合为一体，结构十分紧 凑。各段之间采用高强度螺栓联接，机身无底托架， 配用S G B 6 3 0 ／1 5 0 C 溜槽，机面高度为6 9 9 m m ，可适 应采高为0 ．8 5 ～1 ．5 m 薄煤层普采与高档普采工作 面。该采煤机的使用效果有待进一步考察。 我国几种主要薄煤层滚筒采煤机技术参数见表1 。 3 新型电牵引薄煤层采煤机结构特点与使用效果 现代采煤机正向大功率方向发展，目前中厚及 厚煤层采煤机总装机功率已超过1 0 0 0 k W ，国外薄 煤层采煤机的最大总装机功率也已超过5 0 0 k w ，我 国的M G 3 4 4 一P W D 型采煤机装机功率达3 4 4 k W 。 采煤机功率的增大，有利于提高采煤机的机械安全 裕度和增大其适应范围。对于薄煤层采煤机来说， 可靠性是第一位，只有在可靠的基础上，才能增大其 适应性。薄煤层地质条件变化影响大，截割功率大， 有利于采煤机强行通过各种不利的地质条件 如断 层、夹矸与局部变薄带 。 单电机纵向布置存在传动系统复杂，效率低的 缺点，而且，存在功率分流，因此实际上传递到每一 个滚筒上的功率小于实际电动机功率。加大功率， 势必又增大机面高度，必须采取特殊措施。采用两 个纵向布置的电机联合驱动，又增大机身长度，降低 万方数据 2 0 0 0 年第5 期煤矿机电7 5 表1 我国几种主要薄煤层采煤机技术参数 薄煤层采煤机的适应性。 采用多电机横向布置、电牵引是当前滚筒采煤 机设计技术的新发展，它具有总装机功率大，每个 传动环节各由其自身的电机驱动，整机机械传递系 统简单，传动效率高。截割电机直接横向布置在摇 臂上，可取消单电机纵向布置传动采用复杂的伞齿 轮传动结构，有利于缩短机身长度。此外，由于各部 件之间没有传动连接关系，安装维护简便。但是，采 用常规的布置方式，即截割电机布置在摇臂采空 侧，这种结构形式用于薄煤层采煤机不合适首先 是采用较大功率截割电机时，电机外形尺寸仍影响 机面高度；其次是摇臂电机布置在采空侧，调高时 其外壳随摇臂摆动，直接影响机面高度与过煤空 间。因此，研制较低机面高度、功率又较大、采用多 电机横向布置传动的薄煤层采煤机时，必须采用特 殊的布置方式。将摇臂电机布置在煤壁侧，类似于 悬机身采煤机的结构方式。其独到之处是在煤壁侧 只悬挂两个截割电机，其它部分仍可布置在输送机 上，将摇臂采空侧壳体压薄，以免影响机面高度与 过煤空问，并可在其内布置调高系统，有利于缩短 机身长度。这样，机身厚度将由牵引电机尺寸所决 定，一般来讲，牵引电机外形尺寸要比截割电机小， 这种布置方式有利子降低机面高度，但要解决好截 割电机的保护问题。研制的M G 2 0 0 ／4 5 0 一B W D 型 采煤机就是采用这种布置方式 图1 。 图1M G 2 0 0 ／4 5 0 一B W D 型采煤机总体布置图 该采煤机具有以下特点 1 采用多电机驱动，装机功率大，总装机功率 达4 5 0 k W ，机身厚度薄，采煤机机身厚度仅为 3 8 0 m m 。配套S G Z 7 6 4 ／4 0 0 型工作面输送机，机面高 度仅为8 6 2 m m 。 2 摇臂通过销轴与机身铰接，没有动力传递， 机械传动系统简单。截割反力、调高油缸支承反力和 牵引的反作用力均由减速箱箱体承受，可靠性高。 3 主机身分三段，无底托架，各段之问采用键 与高强度液压螺栓联接，简单可靠，装拆方便。 4 截割电机布置在摇臂的煤壁侧，而将调高 系统布置在摇臂的采空侧，省去了专门的调高泵箱 与调高电机，整机结构简单。 5 采用先进的交流变频调速电牵引技术，效 率高，牵引力大，工作可靠。交流变频调速装置采用 非机载方式，可靠性高，且有利于缩短机身长度，提 高采煤机的适应性。 6 采煤机可采用遥控、随机控制和手动操作， 操作可靠方便。可采用可编程序控制器P L C 进行工 况检测、全中文实时显示采煤机工作参数。 M G 2 0 0 ／4 5 0 一B W D 型采煤机样机试验工作面 为大同矿务局晋华宫矿南山井9 8 层3 0 3 盘区8 3 0 1 工作面，该工作面是9 层3 0 3 盘区的首采工作面。 工作面长度1 8 0 m ，可采走向长度1 0 5 0 m ，煤层 1 ．3 ～1 ．5 m m ，煤层倾角0 ～5 。，平均3 。，为近水平煤 层。煤质硬度f 3 ，煤层赋存稳定，构造简单，该工 作面有两条断层，落差0 ．3 ～0 ．8 m ，工作面可采储 量为3 5 ．1 5 万t 。 从1 9 9 8 年4 月1 日开始正式进入工业性试验 阶段，直到6 月3 0 日结束，试验期间采煤机经受了 割夹石、过断层、遇水患等考验，没有发生重大机电 万方数据 7 6 煤矿机电 2 0 0 0 年第5 期 事故，主要技术性能指标达到了总体设计要求。扣 除由于其他原因造成的停产天数，三个月累计实际 生产天数8 4 d ，共采原煤2 1 9 0 0 1 t ，最高日产4 0 1 8 t ， 平均日产2 6 0 7 ．1 5 t ，其中5 月份创最高月产9 5 4 4 8 t ， 取得了较好的使用效果。采煤机的主要技术指标、生 产能力达到国内同类采高采煤机的领先水平。 在M G 2 0 0 ／4 5 0 一B W D 型采煤机的基础上，上海 分院又成功研制出M G 2 5 0 ／5 5 0 - B W D 型采煤机，该 采煤机截割功率为2 2 5 0 k W ，总装机功率达5 5 0 k w ， 已在晋城矿务局推广应用。 4 今后的发展 发展薄煤层开采机械化，应根据我国的国情和 矿井现状与不同需求，来研制适应我国煤矿需要的 薄煤层滚筒采煤机。主要可分为两类一是满足广 大中小型矿井薄煤层普采与高档普采工作面需要、 简单可靠、价格适中的滚筒采煤机；二是满足大中 型矿井薄煤层高产高效综合机械化开采工作面需 要的滚筒采煤机。我国薄煤层采煤机今后将从以下 几个方面得到发展 1 装机功率、机面高度与过煤空间三者之间 的矛盾仍然是研制薄煤层采煤机的主要技术难题， 除了采煤机采用特殊的总体布置方式和发展新型 高效电机外，必须研制适用薄煤层开采需要的工作 面输送机。 2 增大装机功率，提高工作可靠性。采用单电 动机驱动，装机功率达到2 5 03 0 0 k W ，采用多电动 机驱动时，总装机功率达到5 5 06 8 0 k w 。随着井下 工作面3 。3 k V 供电技术的发展，总装机功率还可以 进一步得到提高。 上接第1 1 5 页 4 结论 高转差率交流牵引电动机是解决销轨式电牵 引采煤机电气控制方案中一台变频器拖两台牵引 电动机所产生的功率不平衡问题的方法之一。高转 差率电动机具有较软的机械特性，使两台电动机的 功率自动匹配能力得以提高。而实现电动机高转差 率的方法就是提高电动机的转子电阻。这种方法的 不利之处在于电动机的转子损耗增大，转子发热增 加，电动机的效率降低。 新设计的3 0 k W 高转差率采煤机牵引电动机 模型，在理论分析与计算的基础上，改进了原一般 3 采用交流变频调速电牵引技术。变频器以 非机载方式布置，安置在顺槽内，有利于缩短采煤机 机身长度，提高薄煤层采煤机适应性，并且变频器可 不受工作面的水、煤尘及振动的影响，有利于提高其 工作可靠性。 4 发展的机型主要以骑输送机采煤机为主， 爬底板采煤机虽然具有机面高度低，功率大等优点， 但是由于这种机型对地质条件的适应性差，使用范 围受到限制。 5 简化采煤机结构，采用先进工艺与技术，提 高采煤机的工作可靠性。 6 加大牵引力，改进牵引方式，采用链轨式无 链牵引系统，以增强对工作面弯曲和起伏的适应性， 提高其工作可靠性。 7 改进截割机构，提高截割效率，降低工作面 粉尘生成量。采用中高压喷雾降尘，改善工作面生 产环境。增加滚筒截深，增大截深可提高每一循环的 产量，截深从目前的8 0 0 r a m 增至1 0 0 0 m m 左右。 8 完善采煤机自动控制系统与故障诊断系 统，实现薄煤层采煤机远距离操纵和故障的早期处 理，并逐步发展自动调高技术，实现薄煤层工作面自 动化开采。 9 由于采煤机的截割与牵引功率的增大，割 煤平均牵引速度将从目前的2 ．5 m ／r a i n 提高到5 m ／ r a i n 左右，相应的产量可得到成倍提高，再加上采煤机 可靠性的提高而具有更高的开机率，日产可望达到 4 0 0 0 - - 5 0 0 0 t ，达到现在中厚煤层工作面的生产能力。 作者简介周常飞 1 9 6 5 一 ，男，高级工程师。1 9 8 9 年毕业于 重庆大学，硕士学位，现在煤科总院上海分院呆煤机械研究 所从事采煤机研制工作。 收稿日期2 0 0 0 0 8 0 9 4 0k W 交流牵引电动机的设计结构，针对高转差率 电动机的特点，增加了风路的设计，提高电动机的转 子散热能力。 用于变频电源供电的高转差率交流牵引电动机 是一次新的探索，电动机的可靠性、参数性能以及功 率平衡能力还需要在实践中进一步试验验证，反复 修正设计模型，得到较理想的结果。 参考文献 [ 1 】陈世坤，等．电机设计[ M 】．北京机械工业出版社，1 9 8 2 作者简介王煜明 1 9 4 1 一 ．男，高级工程师。现任济南煤炭 设计研究院副总工程师，长期从事矿井电气设备配套设计工 作。 收稿日期2 0 0 0 0 8 0 1 万方数据