【文章內(nèi)容簡介】 采技術與裝備技術迅速發(fā)展，高生產(chǎn)能力、高性能的開采技術設備是采礦行業(yè)的未來目標采煤機械化是最終發(fā)展的必然。所以如何提高采煤效率以滿足我國現(xiàn)代化建設中迅猛發(fā)展的經(jīng)濟對能源的需要就成了十分迫切的要求。 按煤層賦存的條件，對煤炭的開采可以分為露天開采和地下開采。采煤方法不同，所使用的采煤機械也不同。目前國內(nèi)外采用這些采煤方法的國家所用采煤機械，絕大多數(shù)是滾筒式采煤機、刨煤機和掘進機，只有少數(shù)先進的煤礦采用薄煤層采煤機等設備。 近 年來，我國采煤機械產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截止 2021 年全國采煤機械生產(chǎn)企業(yè)已多達 24家，產(chǎn)銷量約 800 多臺，產(chǎn)能達到 1500臺左右。從國內(nèi)煤機競爭態(tài)勢來看，我國煤機制造企業(yè)受計劃經(jīng)濟時代影響發(fā)展緩慢，不僅技術水平較低，而且產(chǎn)品單一。雖然近年技術提升很快，但是與國外煤機巨頭相比，我國煤機裝備整機的可靠性和穩(wěn)定性仍然不強，缺乏行業(yè)的頂尖品牌，在資金實力和技術研發(fā)能力上與國際先進水平還有一段差距，在露天煤礦采掘設備的生產(chǎn)方面與國外差距較大，大而不強是我國煤機行業(yè)當前的真實寫照。 采煤機簡述 采煤機有不同的分類方式。 一般按工作機構形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈式采煤機。國內(nèi)外應用最廣泛的是滾筒采煤機。 滾筒采煤機是機械化采煤的重要設備，直接決定采煤的效率和成本，具有大功率、大質量、高產(chǎn)量、較強破巖過地質構造能力、結構簡單、可靠、便于維護和安裝等特點，在所有機械化采煤設備中的使用量占到 90%以上。滾筒采煤機的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機構形式、行走驅動裝置的調(diào)速傳動方式、行走部布置位置、機身與工作面輸送機配合導向方式、總體結構布置方式等分類。 按滾筒數(shù)目分為單滾筒和雙滾筒采煤機，其中雙滾筒采煤機應用最普遍。按行走機構形式 分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機。按行走驅動裝置的調(diào)速方式分機械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機。按機身與工作面輸送機的配合導向方式分騎槽式和爬底板式采煤機。按總體結構布置方式分截割電動機縱向布置在搖臂或機身上的采煤機和截割電動機橫向布置在機身上的采煤機、截割電動機橫向布置在搖臂上的采煤機。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機。 雙滾筒采煤機主要由截割部、牽引部、中間控制箱和附屬裝置等組成。 截割部包括 搖臂和螺旋滾筒兩部分，是把煤從煤體上破落下來并兼有裝煤功能的采煤機部件。雙滾筒采煤機有兩個截割部。每個截割部中，搖臂主要起減速、傳動、改變采高的作用；滾筒旋轉直接作用于煤壁，靠安裝其上的截齒破煤，并利用螺旋葉片將破落下來 第 2 頁 的煤輸送到與采煤機配套的刮板輸送機上。 牽引部為行走部的動力源和傳動部分，牽引方式不同其動力源也不同，主要有液壓牽引和電牽引兩種形式，靠固定箱下邊的滑靴與布置在工作面的刮板輸送機滑軌接觸，并被支撐。 行走部是直接移動采煤機的裝置。它利用牽引電機或液壓馬達輸出的動力經(jīng)減速后，傳到行走箱的行走輪 ，與刮板輸送機上銷軌相嚙合，使采煤機行走，可以實現(xiàn)無極調(diào)速，即在截割過程中隨著截割煤層的硬度不同而改變牽引速度。 中間控制箱為整臺采煤機的控制部分和動力源部分。 附屬裝置包括增壓系統(tǒng)、供水滅塵裝置和電纜拖移裝置。 采煤機工作時，一方面由牽引電機提供的動力經(jīng)固定箱、行走箱帶動行走輪轉動，使采煤機做牽引運動；一方面由截割電機產(chǎn)生的動力經(jīng)搖臂傳遞到螺旋滾筒，螺旋滾筒做旋轉運動，并帶動截齒截割煤巖，截落的煤巖經(jīng)螺旋葉片傳送到刮板輸送機上。在整個過程中，截割部消耗的能量占整機耗能的 90%，而截割部所耗能量，主要用于截 齒截割煤巖。 采煤機國內(nèi)外發(fā)展情況及現(xiàn)狀 國內(nèi)發(fā)展歷程 世界上第一臺采煤機是蘇聯(lián)于 1932 年生產(chǎn)并在頓巴斯煤礦開始使用的。我國于 1952年購進并使用頓巴斯采煤機 (當時稱采煤康拜因 )。與此同時，雞西煤礦機械廠開始進行仿制工作，于 1954 年制造出中國第一臺深截式采煤機，即頓巴斯一 1 型采煤康拜因。其截割部采用截鏈式工作機構，由框形截盤、截鏈 (圖 1一 1)和截齒等組成 。牽引部工作機構為鋼絲繩牽引，傳動系統(tǒng)通過齒輪傳動，利用牙嵌式離合器進行有級調(diào)速，為純機械式傳動，所用電動機為風冷防爆電 動機。 20 世紀 60 年代初，在頓巴斯一 1 型采煤康拜因的基礎上，我國開始自行研制生產(chǎn)采煤機， 1964 年生產(chǎn)出 MLQ 一 64 型采煤機， 1968 年生產(chǎn)出 MLQ1 一 80 型淺截式單滾機，稱為我國第二代采煤機。第二代采煤機采用螺旋式滾筒，要比調(diào)高，牽引部工作機構為鋼絲繩牽引，雙鼠籠式防爆外部風冷電動機 我國于 20 世紀 60 年代末 70 年代初開始研制第三代采煤機：雙滾筒采煤機。 1975 年生產(chǎn)的 MLS3170 型采煤機，實現(xiàn)了滾筒采煤機由單滾筒向雙滾筒的飛躍。采煤機的兩個可調(diào)高滾筒放在采煤機的兩 端利用搖臂調(diào)高 。采用圓環(huán)鏈牽引機構，牽引部液壓系統(tǒng)采用斜軸式軸向柱塞變量泵和斜軸式軸向柱塞定量馬達 。采用了雙鼠籠式防爆型外殼水冷電動機。MXA 一 300 型采煤機是西安煤礦機械廠于 1983 年生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒采煤機。目前，我國生產(chǎn)的液壓無鏈牽引采煤機最有代表性的是 MG 系列，包括 MG300 、 MG200 和 MG150系列。 MG300 系列采煤機由上海煤礦機械研究所設計，雞西煤礦機械廠制造， 1986 年生產(chǎn)出第一臺，具有同期國際水平，現(xiàn)已廣泛使用。 國外寸 1976 年研制出第一臺電牽引采煤 機，電牽引采煤機是直接對電動機調(diào)速，以獲得不同的牽引速度，使牽引部大大簡化，采川固體元件，具有抗污染能力強，故障率小， 第 3 頁 壽命長和效率高等特點。 1994 年由上海煤礦機械研究所設計，雞西煤礦機械廠生產(chǎn)出我國第一臺 MG463 一 DW 型交變頻電牽引采煤機。電牽引采煤機成為我國第四代采煤機。第四代采煤機采用多電動機驅動，橫向布置，電控為機載方式，整機為無底托架，整體積木式組合結構，各部件間為干式對接，對接面間無任何機械或液壓連帶關系 。主控制器采用了計算機技術，使系統(tǒng)性能可靠，抗干擾能力強，具有完備的保護、故障診斷和顯示功 能，并可根據(jù)需要實現(xiàn)無線電遙控。 MG400/985 一 WD型電牽引采煤機是雞西煤礦機械廠于 1998年自行研制開發(fā)的新一代大功率電牽引采煤機，適合在高產(chǎn)高效工作面使用。 2021 年，雞西煤礦機械有限公司又與淮南礦業(yè)集團聯(lián)合開發(fā)研制了 MG610/1400 一 WD 型橫向布置大功率升壓電牽引采煤機，成為國內(nèi)第一臺裝機功率大于 1000 kW 的大功率自替化采煤機。隨后，西安煤礦機械廠研制出 MG650/1480 一 WD 型、 MG750/1910 一 WD 型大功率電牽引采煤機 。上海天地公司研制出 MG650/1620 一 WD 型、 MG750/1845 一 WD 型、 MG900/2215 一 WD 型大功率電牽引采煤機 。太原礦山機械集團研制出 MG750/1800 一 WD 型大功率電牽引采煤機；雞西煤礦機械有限公司研制出 MG6800/2040 一 WD 型大功率電牽引采煤機 。 國外發(fā)展歷程 機械化采煤開始于 20 世紀 60 年代，是隨著采煤機械的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。 20 世紀 40 年代初期，英國 ,蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機，使工作面落煤、裝煤實現(xiàn)機械化。但當時的采煤機工作機構復雜，能耗大，效率低，加上工作面輸送機不能自移，所以生產(chǎn)受到一定的限制。 20 世紀 50 年代初期，美國、德國 相繼，生產(chǎn)出了滾筒式采煤機、可彎曲刮板輸送機和單體液壓支柱，從而大大推進了采煤機械化技術的發(fā)展。滾筒式采煤機采用螺旋滾筒作為截割機構，當滾筒轉動并切人煤壁后，通過安裝在滾筒螺旋葉片上的截齒將煤破碎，并利用螺旋葉片把破碎下來的煤裝人工作面輸送機。但由于當時采煤機上的滾筒是死滾筒，不能實現(xiàn)調(diào)高，因而限制了采煤機的使用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機為第一代采煤機。因此， 20 世紀 50 年代各國采煤機械化的主流還只是處于普通機械化水平，雖然在 1954 年英國已研制出了自移式液壓支架，但由于采煤機和可彎曲刮 板愉送機尚不完善，綜采技術僅儀處在開始試驗階段 20 世紀 60 年代是世界綜采技術的發(fā)展時期，第二代采煤機 — 單搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn) .解決了采高調(diào)整問題，擴人了采煤機的適川范圍。這種采煤機的滾筒裝在可以上下擺動的搖臂上，通過擺動搖臂來調(diào)節(jié)滾筒的截割高度，使采煤機適應煤層厚度變化的能力大大加強 1964 年，第三代采煤機 — 雙搖臂滾筒采煤機的出現(xiàn)，進一步解決了工作面自開切口的問題另外，液壓支架和可彎曲刮板輸送機技術的不斷完善，把綜采技術推向了一個新的水平，并在生產(chǎn)中顯示廠綜合機械化采煤的優(yōu)越性 — 高效、高產(chǎn)、安全和經(jīng)濟，因 此各國競相采用綜采技術。 進人 20 世紀 70 年代，綜采機械化得到了進一步的發(fā)展和提高，綜采設備開始向大功率、高效率及完善性能和擴大使用范圍等方向發(fā)展，相繼出現(xiàn)了功率為 750 一 1000KW的采煤機，功率為 9001000 kW、生產(chǎn)能力達 1500 t/h 的刮板輸送機，以及工作阻力達1500 kN 的強力液壓支架等。 1970 年采煤機無鏈牽引系統(tǒng)的研制成功以及 1976 年出現(xiàn)的、第四代采煤機 — 電牽引采煤機，大大改善了采煤機的性能，并擴大了其使用范圍。 世界上第一臺直流 (他勵 )電牽引采煤機是由德國艾柯夫公司于 1976 年研制的 EDW – l50 2L 型采煤機。該采煤機首次使用就顯示出電牽引的優(yōu)越性，即效率高，產(chǎn)量大， 第 4 頁 可靠隊高，其故障率儀為液壓牽引采煤機的 1/5。同年，美國久益公司研制出了 1LS 直流 (串勵 )電牽引采煤機，以后陸續(xù)改進發(fā)展為 2LS, 3LS, 4LS 系列； 1996 年生產(chǎn)的 6LS05 型采煤機，其總裝機功率為 1530 kW ,是目前世界上功率較大的采煤機。英國于 1984 年生產(chǎn)了第一臺 ELECTRA550型直流 (復勵 )電牽引采煤機，其后生產(chǎn)的 ELECTRAI000型采煤機在 1994年創(chuàng)下了年產(chǎn) 408 x 10000 t商品煤的世界最高紀錄，其截割牽引速度達 25 m/min。 在電牽引采煤機的發(fā)展歷史中，世界上許多國家先是發(fā)展直流電牽引，而后逐步發(fā)展交流調(diào)速電牽引。 1986 年，日本三井三池制作所研制出世界上第一臺交流電牽引采煤機( MCL400 一 DR6868 型 )。直流電牽引技術能滿足采煤機牽引特性 (恒扭矩一恒功率 )的要求，調(diào)速平穩(wěn)，能四象限運行，適應大傾角工作面的運行，系統(tǒng)簡單，但存在著火花、炭粉、更換電刷和換向器、過載能力較低以及機身較寬、較長等缺點。血交掀調(diào)速甩牢引采煤機的電動機結構簡單，體積小，重量輕，堅固耐用， 運行可靠，維護方便，無電刷和換向器，無火花和炭粉，耐震動，過載能力大。因此，交流調(diào)速電牽引采煤機已成為今后的發(fā)展方向，交流伺服系統(tǒng)已成為目前發(fā)展的主流方向。 采煤機的發(fā)展趨勢 國內(nèi)采煤機發(fā)展趨勢 我國從 20 世紀 80 年代末期 , 煤科總院上海分院與波蘭合作研制開發(fā)了我國第 1臺MG3442PWD薄煤層強力爬底板交流電牽引采煤機 , 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD 電牽引采煤機的電牽引技術 , 對液壓牽引采煤機進行技術更新。第 1 臺 MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機是在雞 西煤礦機械廠生產(chǎn)的 MG300 系列液壓牽引采煤機的基礎上改造成功 , 并于 1996 年 7 月在大同晉華宮礦開始使用。與此同時 , 在太原礦山機器廠生產(chǎn)的 AM2500液壓牽引采煤機上應用交流電牽引調(diào)速裝置改造 MG375/8302WD 型電牽引采煤機。截止目前 , 我國已形成 5 個電牽引采煤機生產(chǎn)基地 , 雞西煤礦機械廠、太原礦山機器廠、煤炭科學研究總院上海分院、遼源煤礦機械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機 , 西安煤礦機械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 我國近期開發(fā)的電牽引采煤機有以下特點 : (1) 多電機驅動橫向布置電牽引采煤機。 截割電機橫向布置在搖臂上 , 取消了螺旋傘齒輪和結構復雜的通軸。 (2) 總裝機功率、牽引功率大幅度提高 , 供電電壓 (對單個電機 400kW 及以上 ) 由1140V 升至 3300V , 保證了供電質量和電機性能。 (3) 電牽引采煤機以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導地位 , 部分廠商同時也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機。 (4) 主機身多分為 3 段 , 取消了底托架 , 各零部件設計、制造強度大大提高 , 部件間用高強度液壓螺母聯(lián)接 , 拆裝方便 , 提高了整機的可靠性。 (5) 電控技術研究和采煤機電氣控制裝置可靠性不斷提高。在通 用性、互換性和集成型方面邁進了一大步 , 功能逐步齊全 , 無線電隨機控制研制成功 , 數(shù)字化、微機的電控裝置已進入試用階段。 (6) 在橫向布置的截割電機上 , 設計使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸 ,改善了傳動件的可靠性 , 對提高采煤機的整體可靠性和時間利用率起到了積極作用。 (7) 耐磨滾筒及鎬形截齒的研究 , 推進了我國的滾筒及截齒制造技術 ,開發(fā)研制的耐 第 5 頁 磨滾筒 ,可適用于截割 f = 3～ 4 的硬煤。具有使用中軸向力波動小 ,工作平穩(wěn)性好 ,塊煤率高 ,能耗低等優(yōu)點。 國際上電牽引采 煤機的技術發(fā)展有如下幾個特點 : (1) 裝機功率和截割電動機功率有較大幅度增加， 為了適應高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要