首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 探讨急倾斜煤层采煤机的关键技术

探讨急倾斜煤层采煤机的关键技术

2021-07-29 96 上传者：管理员

摘要：急倾斜煤层因工作面倾角大，给综合机械化开采带来诸多困难。为了安全且高效地开采利用煤炭资源，重点阐述了适应于急倾斜煤层采煤机的关键技术，并对采煤工艺的选择、采煤机的牵引和制动、液压系统和传动系统的润滑问题进行了研究。为了保证采煤机运行期间的高可靠性，应增加相应的安全辅助措施，同时加强采煤机及相应配套设备的维护工作。

关键词：
急倾斜煤层
矿业工程
综采机械化
采煤机
高可靠
加入收藏

急倾斜煤层（≥45°）储量在中国煤炭总储量中占有一定的比例，分布范围广，且煤质较好。急倾斜薄煤层的开采，可提高煤炭资源利用率和社会经济效益，也是能源战略与安全的重要保障。

近水平、缓倾斜及倾斜煤层已基本实现了机械化开采。急倾斜煤层因其赋存条件差，给综采机械化开采带来了诸多困难。众多学者对急倾斜煤层的开采利用进行了研究，国内矿区也做过大倾角工作面的尝试。

对于综采设备，液压支架的防倒防滑、刮板输送机的防滑和采煤机在大倾角工况下的正常工作和安全，是重要的研究课题。本文针对大倾角工作面，为保证采煤机正常安全的可靠运行做出相应的设计。大倾角采煤机的关键技术在于牵引和制动、液压系统和润滑问题，以及相应的安全保障措施。

1、采煤工艺的选择

对于急倾斜工作面采取单向下行截煤的开采工艺。这种工艺不仅是出于对安全性的考虑，下行截煤时采煤机前后滚筒都与下端的实体煤壁接触，这样会防止采煤机在其他安全措施失效时的飞车现象。另外当采煤机下行截煤时，行走轮对刮板运输机销排存在一个沿工作面向上的推力，对防止刮板输送机的下滑起到了积极的作用。

2、牵引和制动

大倾角工作面相对于近水平或者缓倾斜工作面，因采煤机需要爬坡，除了需要克服摩擦力之外，还需要克服重力沿工作面倾角方向的分力、电缆和电缆夹板的拖拽力，如图1所示。采煤机机身质量从几十吨到上百吨不等，因此采煤机需要更大的牵引力。

随着采煤机所需牵引力的增大，对采煤机的机身强度和传动行走部件等设计要求更高。采煤机的牵重比应为1.3～1.5。因急倾斜煤层开采时，采煤机的行走速度要严格控制在低速范围之内，因此对采煤机的设计时，最大截割行走速度不需要太高，建议最大速度不大于5m/min。

根据上述采煤机牵引力和最大牵引速度，选择合适的牵引功率。根据电机的输出转速和扭矩，合理分配行走系统各级的传动比，同时保证各级减速齿轮、行星机构的足够强度，应选取大模数的齿轮。一般薄煤层选取151mm节距的行走轮，中厚煤层选取172(176)mm节距的行走轮。

考虑到采煤机行走轮不仅仅承受来自传动系统的扭矩，同时也承受截煤时滚筒对整个机身的扭矩和截割反力，及仰俯采工况下的采煤机重力带来的倾覆力矩，行走轮的设计必须采用大节距，并保证一定的强度富裕。

采煤机的导向滑靴和刮板输送机的销排如图2所示，共同承受了来自采煤机各个方向的作用力和力矩，特别是大倾角工况下，两者的设计必须有高可靠性。由原来的铸件改为锻焊件。增大导向滑靴的厚度，优化圆角尺寸，避免应力集中。增加导向滑靴的长度，降低单位面积的接触压力。

采煤机必须具有高可靠的制动系统。制动系统不仅要满足采煤机在停机状态下防止下滑，而且要在采煤机紧急停机时能够快速地使采煤机停止牵引。因此制动器力矩必须是足够的。

为了满足上述要求，应分别在左右牵引电机的输出轴处安装大扭矩的液压制动器，并且每个制动器都能够提供大于牵引力和采煤机自身重力的制动力。当采煤机发出行走信号、由停机状态开始行走时，为了防止下滑，电控系统应启动牵引电机的运行，然后制动器松闸。当采煤机发出停止信号，为了防止下滑，制动器提前抱闸，然后电控系统停止牵引电机的运行。

为了使采煤机更适应大倾角，采煤机的电控系统的响应速度必须更快，因此使用DSP电控系统，同时采用四象限变频调控技术，防止采煤机启动瞬间下滑失控。

3、液压系统和润滑解决方案

急倾斜工作面同样给采煤机的液压系统带来影响。沿用常规工作面的设计已经不具有适应性。急倾斜工作面带来的采煤机机身倾斜，造成液压系统油箱油位的改变，且左工作面和右工作面的情况也不同，会使得吸油齿轮泵无法正常工作，导致采煤机无法正常工作。为了解决上述问题，研发了能够同时适用于左、右工作面的液压系统吸油装置。

为了方便对液压油箱注油和排出废油，需要对注油孔和排油孔重新设计，同时根据左工作面和右工作面进行不同布置。在注油时，清理注油孔附近的污染物，防止对油液的污染造成调高阀组的阀芯卡顿等功能失效现象。

因采煤机机身一直处于倾斜的状态，无论是下行截煤还是上行爬坡时，都会存在下摇臂传动系统的高转速端和上摇臂的传动系统的低速端无法依靠飞溅润滑满足齿轮、轴承的润滑要求。

为了同时满足左、右工作面的不同情况，采煤机摇臂必须设计双向强制润滑系统，即在传动系统的高转速端和低转速端都安装强制润滑泵，如图3所示。为了达到理想的润滑效果，对摇臂中的油道进行优化，包括孔径的尺寸和在摇臂壳体中的布局。

4、辅助安全措施

综采工艺是一个系统工程，需要各设备之间相互配合，协调使用，同时应采取额外的安全措施，以提高设备的可靠性。

采煤机的维护是保证可靠性的重要措施之一。对于大倾角设备，需要加强维护，特别是牵引和制动系统。对失效的零部件应及时地更换，如齿轮、轴承、销、螺栓等。对易磨损的零部件及时地补焊或者更换。对液压系统的油液及时地补充和更换，防止因油液不足或污染等造成无法正常工作等问题。

有条件的矿区可以安装同步绞车，防止其他措施失效时采煤机发生飞车现象，同时也可以对采煤机的上行爬坡起到辅助的拖拽作用，降低采煤机行走轮与刮板输送机销排之间的磨损，提高设备可靠性。

5、结语

研究了急倾斜工作面综合机械化开采工艺存在的难题，重点讨论了可以适应该工况的采煤机关键技术，包括采煤工艺的选择、采煤机的牵引和制动、液压系统和传动系统的润滑问题。同时也探讨了其他安全性措施和设备维护的及时性。

天地科技股份有限公司将上述的关键技术应用于薄煤层和中厚煤层的采煤机设计，在四川和贵州地区的应用都取得了良好的使用效果，得到了客户的肯定和好评。同时根据现场的使用反馈，进一步优化采煤机的设计，为客户提供优质的产品，为行业做出一定的贡献。

参考文献:

[1]汪永印,陶元岐.急倾斜煤层采煤方法分析与改进措施[J].煤矿开采,2013,18(2):29-31.