【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 采技術(shù)與裝備技術(shù)迅速發(fā)展，高生產(chǎn)能力、高性能的開采技術(shù)設(shè)備是采礦行業(yè)的未來目標(biāo)采煤機(jī)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(shè)中迅猛發(fā)展的經(jīng)濟(jì)對(duì)能源的需要就成了十分迫切的要求。 按煤層賦存的條件，對(duì)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(jī)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(jī)械，絕大多數(shù)是滾筒式采煤機(jī)、刨煤機(jī)和掘進(jìn)機(jī)，只有少數(shù)先進(jìn)的煤礦采用薄煤層采煤機(jī)等設(shè)備。 近 年來，我國采煤機(jī)械產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，截止 2021 年全國采煤機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)已多達(dá) 24家，產(chǎn)銷量約 800 多臺(tái)，產(chǎn)能達(dá)到 1500臺(tái)左右。從國內(nèi)煤機(jī)競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)來看，我國煤機(jī)制造企業(yè)受計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代影響發(fā)展緩慢，不僅技術(shù)水平較低，而且產(chǎn)品單一。雖然近年技術(shù)提升很快，但是與國外煤機(jī)巨頭相比，我國煤機(jī)裝備整機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性仍然不強(qiáng)，缺乏行業(yè)的頂尖品牌，在資金實(shí)力和技術(shù)研發(fā)能力上與國際先進(jìn)水平還有一段差距，在露天煤礦采掘設(shè)備的生產(chǎn)方面與國外差距較大，大而不強(qiáng)是我國煤機(jī)行業(yè)當(dāng)前的真實(shí)寫照。 采煤機(jī)簡(jiǎn)述 采煤機(jī)有不同的分類方式。 一般按工作機(jī)構(gòu)形式可分為滾筒式、鉆削式和鏈?zhǔn)讲擅簷C(jī)。國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛的是滾筒采煤機(jī)。 滾筒采煤機(jī)是機(jī)械化采煤的重要設(shè)備，直接決定采煤的效率和成本，具有大功率、大質(zhì)量、高產(chǎn)量、較強(qiáng)破巖過地質(zhì)構(gòu)造能力、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠、便于維護(hù)和安裝等特點(diǎn)，在所有機(jī)械化采煤設(shè)備中的使用量占到 90%以上。滾筒采煤機(jī)的類型很多，可按滾筒數(shù)目、行走機(jī)構(gòu)形式、行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速傳動(dòng)方式、行走部布置位置、機(jī)身與工作面輸送機(jī)配合導(dǎo)向方式、總體結(jié)構(gòu)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(jī)，其中雙滾筒采煤機(jī)應(yīng)用最普遍。按行走機(jī)構(gòu)形式 分鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引采煤機(jī)。按行走驅(qū)動(dòng)裝置的調(diào)速方式分機(jī)械調(diào)速、液壓調(diào)速和電氣調(diào)速滾筒采煤機(jī)。按行走部布置位置分內(nèi)牽引和外牽引采煤機(jī)。按機(jī)身與工作面輸送機(jī)的配合導(dǎo)向方式分騎槽式和爬底板式采煤機(jī)。按總體結(jié)構(gòu)布置方式分截割電動(dòng)機(jī)縱向布置在搖臂或機(jī)身上的采煤機(jī)和截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在機(jī)身上的采煤機(jī)、截割電動(dòng)機(jī)橫向布置在搖臂上的采煤機(jī)。按適用的煤層厚度分厚煤層、中厚煤層和薄煤層采煤機(jī)。按適用的煤層傾角分緩斜、大傾角和急斜煤層采煤機(jī)。 雙滾筒采煤機(jī)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(jī)部件。雙滾筒采煤機(jī)有兩個(gè)截割部。每個(gè)截割部中，搖臂主要起減速、傳動(dòng)、改變采高的作用；滾筒旋轉(zhuǎn)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(jī)配套的刮板輸送機(jī)上。 牽引部為行走部的動(dòng)力源和傳動(dòng)部分，牽引方式不同其動(dòng)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(jī)滑軌接觸，并被支撐。 行走部是直接移動(dòng)采煤機(jī)的裝置。它利用牽引電機(jī)或液壓馬達(dá)輸出的動(dòng)力經(jīng)減速后，傳到行走箱的行走輪 ，與刮板輸送機(jī)上銷軌相嚙合，使采煤機(jī)行走，可以實(shí)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(tái)采煤機(jī)的控制部分和動(dòng)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(jī)工作時(shí)，一方面由牽引電機(jī)提供的動(dòng)力經(jīng)固定箱、行走箱帶動(dòng)行走輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使采煤機(jī)做牽引運(yùn)動(dòng)；一方面由截割電機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力經(jīng)搖臂傳遞到螺旋滾筒，螺旋滾筒做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)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(jī)上。在整個(gè)過程中，截割部消耗的能量占整機(jī)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(jī)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(tái)采煤機(jī)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(jìn)并使用頓巴斯采煤機(jī) (當(dāng)時(shí)稱采煤康拜因 )。與此同時(shí)，雞西煤礦機(jī)械廠開始進(jìn)行仿制工作，于 1954 年制造出中國第一臺(tái)深截式采煤機(jī)，即頓巴斯一 1 型采煤康拜因。其截割部采用截鏈?zhǔn)焦ぷ鳈C(jī)構(gòu)，由框形截盤、截鏈 (圖 1一 1)和截齒等組成 。牽引部工作機(jī)構(gòu)為鋼絲繩牽引，傳動(dòng)系統(tǒng)通過齒輪傳動(dòng)，利用牙嵌式離合器進(jìn)行有級(jí)調(diào)速，為純機(jī)械式傳動(dòng)，所用電動(dòng)機(jī)為風(fēng)冷防爆電 動(dòng)機(jī)。 20 世紀(jì) 60 年代初，在頓巴斯一 1 型采煤康拜因的基礎(chǔ)上，我國開始自行研制生產(chǎn)采煤機(jī)， 1964 年生產(chǎn)出 MLQ 一 64 型采煤機(jī)， 1968 年生產(chǎn)出 MLQ1 一 80 型淺截式單滾機(jī)，稱為我國第二代采煤機(jī)。第二代采煤機(jī)采用螺旋式滾筒，要比調(diào)高，牽引部工作機(jī)構(gòu)為鋼絲繩牽引，雙鼠籠式防爆外部風(fēng)冷電動(dòng)機(jī) 我國于 20 世紀(jì) 60 年代末 70 年代初開始研制第三代采煤機(jī)：雙滾筒采煤機(jī)。 1975 年生產(chǎn)的 MLS3170 型采煤機(jī)，實(shí)現(xiàn)了滾筒采煤機(jī)由單滾筒向雙滾筒的飛躍。采煤機(jī)的兩個(gè)可調(diào)高滾筒放在采煤機(jī)的兩 端利用搖臂調(diào)高 。采用圓環(huán)鏈牽引機(jī)構(gòu)，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(dá) 。采用了雙鼠籠式防爆型外殼水冷電動(dòng)機(jī)。MXA 一 300 型采煤機(jī)是西安煤礦機(jī)械廠于 1983 年生產(chǎn)的大功率無鏈牽引雙滾筒采煤機(jī)。目前，我國生產(chǎn)的液壓無鏈牽引采煤機(jī)最有代表性的是 MG 系列，包括 MG300 、 MG200 和 MG150系列。 MG300 系列采煤機(jī)由上海煤礦機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，雞西煤礦機(jī)械廠制造， 1986 年生產(chǎn)出第一臺(tái)，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(tái)電牽引采煤 機(jī)，電牽引采煤機(jī)是直接對(duì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速，以獲得不同的牽引速度，使?fàn)恳看蟠蠛?jiǎn)化，采川固體元件，具有抗污染能力強(qiáng)，故障率小， 第 3 頁 壽命長(zhǎng)和效率高等特點(diǎn)。 1994 年由上海煤礦機(jī)械研究所設(shè)計(jì)，雞西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)出我國第一臺(tái) MG463 一 DW 型交變頻電牽引采煤機(jī)。電牽引采煤機(jī)成為我國第四代采煤機(jī)。第四代采煤機(jī)采用多電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，橫向布置，電控為機(jī)載方式，整機(jī)為無底托架，整體積木式組合結(jié)構(gòu)，各部件間為干式對(duì)接，對(duì)接面間無任何機(jī)械或液壓連帶關(guān)系 。主控制器采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，使系統(tǒng)性能可靠，抗干擾能力強(qiáng)，具有完備的保護(hù)、故障診斷和顯示功 能，并可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)無線電遙控。 MG400/985 一 WD型電牽引采煤機(jī)是雞西煤礦機(jī)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(jī)，適合在高產(chǎn)高效工作面使用。 2021 年，雞西煤礦機(jī)械有限公司又與淮南礦業(yè)集團(tuán)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(jī)，成為國內(nèi)第一臺(tái)裝機(jī)功率大于 1000 kW 的大功率自替化采煤機(jī)。隨后，西安煤礦機(jī)械廠研制出 MG650/1480 一 WD 型、 MG750/1910 一 WD 型大功率電牽引采煤機(jī) 。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(jī) 。太原礦山機(jī)械集團(tuán)研制出 MG750/1800 一 WD 型大功率電牽引采煤機(jī)；雞西煤礦機(jī)械有限公司研制出 MG6800/2040 一 WD 型大功率電牽引采煤機(jī) 。 國外發(fā)展歷程 機(jī)械化采煤開始于 20 世紀(jì) 60 年代，是隨著采煤機(jī)械的出現(xiàn)而出現(xiàn)的。 20 世紀(jì) 40 年代初期，英國 ,蘇聯(lián)相繼生產(chǎn)了采煤機(jī)，使工作面落煤、裝煤實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。但當(dāng)時(shí)的采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)復(fù)雜，能耗大，效率低，加上工作面輸送機(jī)不能自移，所以生產(chǎn)受到一定的限制。 20 世紀(jì) 50 年代初期，美國、德國 相繼，生產(chǎn)出了滾筒式采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)和單體液壓支柱，從而大大推進(jìn)了采煤機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展。滾筒式采煤機(jī)采用螺旋滾筒作為截割機(jī)構(gòu)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)。但由于當(dāng)時(shí)采煤機(jī)上的滾筒是死滾筒，不能實(shí)現(xiàn)調(diào)高，因而限制了采煤機(jī)的使用范圍，我們稱這種固定滾筒采煤機(jī)為第一代采煤機(jī)。因此， 20 世紀(jì) 50 年代各國采煤機(jī)械化的主流還只是處于普通機(jī)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(jī)和可彎曲刮 板愉送機(jī)尚不完善，綜采技術(shù)僅儀處在開始試驗(yàn)階段 20 世紀(jì) 60 年代是世界綜采技術(shù)的發(fā)展時(shí)期，第二代采煤機(jī) — 單搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn) .解決了采高調(diào)整問題，擴(kuò)人了采煤機(jī)的適川范圍。這種采煤機(jī)的滾筒裝在可以上下擺動(dòng)的搖臂上，通過擺動(dòng)搖臂來調(diào)節(jié)滾筒的截割高度，使采煤機(jī)適應(yīng)煤層厚度變化的能力大大加強(qiáng) 1964 年，第三代采煤機(jī) — 雙搖臂滾筒采煤機(jī)的出現(xiàn)，進(jìn)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(jī)技術(shù)的不斷完善，把綜采技術(shù)推向了一個(gè)新的水平，并在生產(chǎn)中顯示廠綜合機(jī)械化采煤的優(yōu)越性 — 高效、高產(chǎn)、安全和經(jīng)濟(jì)，因 此各國競(jìng)相采用綜采技術(shù)。 進(jìn)人 20 世紀(jì) 70 年代，綜采機(jī)械化得到了進(jìn)一步的發(fā)展和提高，綜采設(shè)備開始向大功率、高效率及完善性能和擴(kuò)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(jī)，功率為 9001000 kW、生產(chǎn)能力達(dá) 1500 t/h 的刮板輸送機(jī)，以及工作阻力達(dá)1500 kN 的強(qiáng)力液壓支架等。 1970 年采煤機(jī)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(jī) — 電牽引采煤機(jī)，大大改善了采煤機(jī)的性能，并擴(kuò)大了其使用范圍。 世界上第一臺(tái)直流 (他勵(lì) )電牽引采煤機(jī)是由德國艾柯夫公司于 1976 年研制的 EDW – l50 2L 型采煤機(jī)。該采煤機(jī)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(duì)高，其故障率儀為液壓牽引采煤機(jī)的 1/5。同年，美國久益公司研制出了 1LS 直流 (串勵(lì) )電牽引采煤機(jī)，以后陸續(xù)改進(jìn)發(fā)展為 2LS, 3LS, 4LS 系列； 1996 年生產(chǎn)的 6LS05 型采煤機(jī)，其總裝機(jī)功率為 1530 kW ,是目前世界上功率較大的采煤機(jī)。英國于 1984 年生產(chǎn)了第一臺(tái) ELECTRA550型直流 (復(fù)勵(lì) )電牽引采煤機(jī)，其后生產(chǎn)的 ELECTRAI000型采煤機(jī)在 1994年創(chuàng)下了年產(chǎn) 408 x 10000 t商品煤的世界最高紀(jì)錄，其截割牽引速度達(dá) 25 m/min。 在電牽引采煤機(jī)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(tái)交流電牽引采煤機(jī)( MCL400 一 DR6868 型 )。直流電牽引技術(shù)能滿足采煤機(jī)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(yùn)行，適應(yīng)大傾角工作面的運(yùn)行，系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jī)身較寬、較長(zhǎng)等缺點(diǎn)。血交掀調(diào)速甩牢引采煤機(jī)的電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，堅(jiān)固耐用， 運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，無電刷和換向器，無火花和炭粉，耐震動(dòng)，過載能力大。因此，交流調(diào)速電牽引采煤機(jī)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(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 國內(nèi)采煤機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 我國從 20 世紀(jì) 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(tái)MG3442PWD薄煤層強(qiáng)力爬底板交流電牽引采煤機(jī) , 在大同局雁崖礦使用取得成功。借助MG3442PWD 電牽引采煤機(jī)的電牽引技術(shù) , 對(duì)液壓牽引采煤機(jī)進(jìn)行技術(shù)更新。第 1 臺(tái) MG300/ 6802WD 型電牽引采煤機(jī)是在雞 西煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的 MG300 系列液壓牽引采煤機(jī)的基礎(chǔ)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(shí) , 在太原礦山機(jī)器廠生產(chǎn)的 AM2500液壓牽引采煤機(jī)上應(yīng)用交流電牽引調(diào)速裝置改造 MG375/8302WD 型電牽引采煤機(jī)。截止目前 , 我國已形成 5 個(gè)電牽引采煤機(jī)生產(chǎn)基地 , 雞西煤礦機(jī)械廠、太原礦山機(jī)器廠、煤炭科學(xué)研究總院上海分院、遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)交流電牽引采煤機(jī) , 西安煤礦機(jī)械廠則生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。 我國近期開發(fā)的電牽引采煤機(jī)有以下特點(diǎn) : (1) 多電機(jī)驅(qū)動(dòng)橫向布置電牽引采煤機(jī)。 截割電機(jī)橫向布置在搖臂上 , 取消了螺旋傘齒輪和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的通軸。 (2) 總裝機(jī)功率、牽引功率大幅度提高 , 供電電壓 (對(duì)單個(gè)電機(jī) 400kW 及以上 ) 由1140V 升至 3300V , 保證了供電質(zhì)量和電機(jī)性能。 (3) 電牽引采煤機(jī)以交流變頻調(diào)速牽引裝置占主導(dǎo)地位 , 部分廠商同時(shí)也研制生產(chǎn)直流電牽引采煤機(jī)。 (4) 主機(jī)身多分為 3 段 , 取消了底托架 , 各零部件設(shè)計(jì)、制造強(qiáng)度大大提高 , 部件間用高強(qiáng)度液壓螺母聯(lián)接 , 拆裝方便 , 提高了整機(jī)的可靠性。 (5) 電控技術(shù)研究和采煤機(jī)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(jìn)了一大步 , 功能逐步齊全 , 無線電隨機(jī)控制研制成功 , 數(shù)字化、微機(jī)的電控裝置已進(jìn)入試用階段。 (6) 在橫向布置的截割電機(jī)上 , 設(shè)計(jì)使用了具有彈性緩沖性能的扭矩軸 ,改善了傳動(dòng)件的可靠性 , 對(duì)提高采煤機(jī)的整體可靠性和時(shí)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(jìn)了我國的滾筒及截齒制造技術(shù) ,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(dòng)小 ,工作平穩(wěn)性好 ,塊煤率高 ,能耗低等優(yōu)點(diǎn)。 國際上電牽引采 煤機(jī)的技術(shù)發(fā)展有如下幾個(gè)特點(diǎn) : (1) 裝機(jī)功率和截割電動(dòng)機(jī)功率有較大幅度增加， 為了適應(yīng)高產(chǎn)高效綜采工作面快速割煤的需要