最小采高1 m 的薄煤层大功率采煤机的设计.pdf

煤矿机械 Coal Mine Machinery Vol.34No.07 Jul. 2013 第34卷第07期 2013年07月 设计计算 0薄煤层开采现状 根据我国煤层厚度划分原则， 煤层厚度＜0.8 m 的煤层为极薄煤层， 厚度为0.81.3 m的煤层属于 薄煤层。 我国煤炭储量大且赋存多样化，其中薄与 极薄煤层的可采储量约为60多亿t。 约占全国煤炭 总储量的19，而产量只占总产量的10.4，迫切需 要新型大功率采煤机用于薄与极薄煤层的开采，使 一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层 得到有效开采利用。 随着开采设备技术水平的提高， 当前在1.2 m 以上煤层已经普遍采用综采技术， 轻型液压支架、 薄煤层专用刮板输送机、 薄煤层采煤机可选型较 多，而＜1.2 m尤其是＜1 m的煤层仍然不能很好地通 过机械化方式开采，多数被抛弃造成资源浪费。 比 如大同矿务局，使用当前的配套设备，开采最低下 限为1.15 m ,低于此高度，采煤机需割底或割顶才 能通过，造成机电事故多,煤质差，故多数矿井在掘 工作面，煤层＜1.2 m时,便提前切眼,甚至不作设计， 划归难采、效益低煤层，造成＜1.1 m的薄煤层煤量 大量丢失。 1薄煤层综采的技术现状 薄煤层综合机械化关键设备主要是两机一架 （刮板输送机、采煤机和液压支架），目前我国已自 行研制了最低高度0.7 m的薄煤层液压支架,比如 ZY3400/07/15,工作阻力达到3 400 kN，最低工作高 度可达0.9 m，可以满足1 m左右薄煤层的开采；开发 了适用于薄煤层的刮板输送机，比如SGZ630/320，槽 帮高度可降到210 mm，采用准32的扁平链，最大输 送距离可达200 m， 基本满足了中硬以下薄煤层开 采的需求。 由于薄煤层的稳定性较差，目前薄煤层 开采设备对煤层条件变化适应性差，解决该问题的 关键在于开发大功率的薄煤层采煤机，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。 对于最低采高1 m的薄煤 层综合机械化开采的工作面，对采煤机提出了很高 的要求机身尽可能短，以适应煤层不同倾角的起 伏变化；工作面最低采高1 m，要求采煤机机身矮， 去掉支架顶梁厚度 （薄煤层整体顶梁厚度一般为 100 mm以下）和过机空间（支架顶梁底面与采煤机 机身顶面之间的距离≥150 mm）， 因此采煤机机身 高度不能＞750 mm；薄煤层地质条件变化多样，多有 断层、岩石和夹矸等情况，这样就要求采煤机有较 大的截割功率；同时还要考虑岩石、夹矸通过采煤 机底部的问题，因此要有较大的过煤空间，就要求 刮板输送机中板高度尽量低、采煤机机身厚度尽量 薄。 目前，国内外最低采高＜1 m的薄煤层采煤机的 总装机功率基本不超过400 kW，很难适应复杂多变 的薄煤层开采。 表1是国内外主要薄煤层采煤机的 参数情况，可看出能够满足机身＜750 mm、截割功率 大（单摇臂超过200 kW）、机身比较短和过煤空间较 大的能适应最低采高1 m的采煤机基本还是空白。 因此在工作面最低采高1 m的条件下， 如何解决机 身长度、机面高度、装机功率以及过煤空间四方面的 矛盾是研制薄煤层采煤机的核心问题。 最小采高 1 m 的薄煤层大功率采煤机的设计 宋学平， 贠瑞光 （天地科技公司 上海分公司， 上海200030） 摘要 介绍了薄煤层开采和综采技术的现状， 分析了最低采高1 m的薄煤层综采的技术难 点和国内主要薄煤层采煤机的技术特点，设计了一种适合1 m采高的大功率薄煤层采煤机，并详 细介绍了该采煤机的主要技术参数和主要特点以及市场应用情况。 关键词 薄煤层； 最小采高1 m； 大功率采煤机 中图分类号TD421.6文献标志码A 文章编号1003 － 0794（2013）07 － 0001 － 02 Design of High Power Shearer Using for Thin Seam of 1 m Minimum Mining Height SONG Xue-ping，YUN Rui-guang Tiandi Science and Technology Corporation Shanghai Branch, Shanghai 200030, China Abstract The paper introduces actuality of the mining and the technology of mechanization for thin coal seams. Analyses the technical difficulties of 1 m minimum mining height thin coal seam of fully mechanized and the technical characteristics of the main thin seam coal shearers in domestic. Design a high power shearer to suitable for 1 m mining height coals. And introduces the main technical parameters and the main characteristics of the shearer in detail. Key wordsthin coal seams；1 m minimum mining height；high power shearer 1 表1国内主要薄煤层采煤机主要技术参数 2最低采高1 m的薄煤层大功率采煤机 为了满足最低采高1 m的复杂地质条件的薄 煤 层 开 采 ， 设 计 开 发 了 大 功 率 薄 煤 层 采 煤 机 MG200/446-WD。 该机组在研发设计中采用最新的 电机设计制造技术，设计出了小直径大功率的截割 电机，提高电机的功率密度，实现了薄摇臂大功率； 采用大宽径比齿轮均载技术和双列行星轮技术，实 现了摇臂行星减速器的小直径高承载能力；电气控 制系统采用基于RAM和CAN总线的分布式控制 系统，模块化设计，实现了电控系统简洁可靠、故障 点少、 易维护， 并且响应速度快、 可扩展能力强。 MG200/446-WD采煤机机面高度734 mm， 而总功 率达到445.5 kW，单摇臂截割功率200 kW，采用具 有自主知识产权的双电机结构，在提高截割机构过 断层、破夹矸能力的同时，有效地降低了整机高度； 该机组的总体性能完全能适应1 m煤厚的薄煤层 开采。图1是MG200/446-WD采煤机的典型中部配 套图。 图1MG200/446-WD采煤机中部配套图 主要技术参数 机面高度/mm734 采高范围/m0.95～1.8 煤层倾角/（）≤45 煤质硬度f≤4 装机功率/kW445.5 截割功率/kW2100 牵引功率/kW220 牵引力/kN367/220 牵引速度/mmin－10～5.7/9.5 截深/mm630 滚筒转速/rmin-162 摇臂长度/mm1 881 摇臂回转中心距/mm5 150 行走轮中心距/mm4 540 过煤高度/mm256 滚筒直径准/mm850 机器重量/t～21 该采煤机主要技术特点 （1）采用多电机横向布置结构，各主要部件具 有独立的动力和机械传动系统，摇臂和牵引部之间 仅通过锥套锥销联接，结构简单、安全可靠； （2）摇臂采用双电机结构，在较薄的摇臂厚度 实现了较大的截割功率； （3）牵 引 部 大 尺 寸 的 机 械 传 动 系 统 布 置 在 输送机铲板和煤壁之间， 有效降低了机身厚度，机 身厚度仅为345 mm，配套输送机后，机面高度约为 734 mm，过煤高度达到256 mm； （4）运用大宽径比齿轮均载技术和双列行星轮 技术， 设计出小直径高承载能力的摇臂行星减速机 构，行星头外径仅450 mm，输出扭矩达到28.6 kNm， 实现了最小配置滚筒为准850的目的； （5）机身采用4根大直径（M42）长螺杆液压螺 母组件承载机身拉应力，4个大圆盘销承载部件间 的剪切力； （6）行走轮材料采用电渣重熔钢，增大渗碳层 深度；导向滑靴采用锻焊结构，并在导向面上堆焊 高强度耐磨层，提高了行走箱关键部件的抗冲击能 力和耐磨性能； （7）采用准机载交流变频调速系统，即牵引变 压器放在顺槽中，变频器放在机身上，准机载模式 下由于牵引电机电缆较之非机载有大幅减少，实际 工作时，电缆损耗可以忽略，在全频段电机性能达 到采煤机牵引性能要求。 这样既可以避免牵引控制 电压的损耗和牵引信号的干扰，又可以缩短机身的 长度，非常有利于薄煤层的开采。 3采煤机实际应用情况 MG200/446-WD采煤机2010年6～8月在攀枝 花煤业（集团）有限责任公司花山煤矿22201工作面 进行工业试验，该工作面走向长度为990 m，平均倾 斜长为146 m，平均倾角为27，煤层厚度0.7～1.5 m， 平均采高为0.95 m，倾斜面积97 674 m2，90 d工业 试验总生产原煤12.3万t， 平均日产1 367 t左右， 平均月产4.1万t左右， 最高日产1 625 t。 从2010 年6月首台样机出厂以来已销售近30台， 并远销 乌克兰等海外市场。 获得了广大用户的一致好评， 取得了不错的经济效益。 参考文献 ［1］申磊，李庆茹，徐明昱.新型薄煤层大功率采煤机的研制与应用 ［J］.煤矿机械，2011，32（11）137-138. ［2］冯泾若，伍丽娅，伍厚荣，等. MG200/456-WD型薄煤层电牵引采 煤机［J］.煤矿机电，2005（5）18-19. ［3］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， 2010（2）35-37. 作者简介 宋学平（1977-），四川威远人，工程师，毕业于四川 大学机械制造及自动化专业，现从事采煤机研发与设计工作，电子 信箱songleke. 责任编辑王海英收稿日期2013－02－01 第34卷第07期Vol.34 No.07最小采高1 m的薄煤层大功率采煤机的设计宋学平，等 采高范围/m 机面高度/mm 过煤高度/mm 牵引调速方式 牵引力/kN 牵引速度/mmin－1 截割功率/kW 滚筒直径/mm MG160/360-BWD 0.95～1.7 730 220 非机载无链电牵 302 0～5.77 2280 准950 MG200/456-WD 1.22.1 850 300 机载无链电牵 440 0～6 22100 准1 150 MG100/238-WD 0.81.25 580 200 非机载无链电牵 270 0～6 2100 准750 MG110/265-BWD 0.91.5 611 221 非机载无链电牵 280 0～6.7 255 准800 准850 1 285 1 135 985 189 260 630 680 345 256 734 215 688260 2