高效高可靠性電牽引采煤機的研發(fā)與工業(yè)性試驗＊

劉改葉

（大同煤礦集團機電裝備制造有限公司，山西省大同市，037003）

“高效高可靠性電牽引采煤機研發(fā)”項目是“十一五”國家科技支撐計劃 “特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”項目12個課題中的第2個課題，同煤集團針對我國特厚煤層放頂煤的開采條件，自主研發(fā)并制造出了高效高可靠性MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機。

通過對MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機進行井下工業(yè)性試驗，不僅探索了國內(nèi)在特厚煤層大采高條件下綜放工作面開采設備的技術(shù)性和適應性，同時也將對我國煤機裝備的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟規(guī)模以及設備的設計、工藝和制造等方面進行驗證與考核，其創(chuàng)新成果將促進煤機產(chǎn)品的更新?lián)Q代，使我國煤礦在特厚煤層綜放工作面開采裝備的技術(shù)性能進一步達到國際領(lǐng)先水平。

1 項目概述

同煤集團大唐塔山煤礦是設計年產(chǎn)量1000萬t以上的特大型煤礦，塔山一盤區(qū)3?！?＃煤層厚度為9.42～19.44m，平均厚度為14.5m。8105工作面可采走向長度為2722m，傾斜長度為207m，采高為4.5 m，放煤厚度為10 m，煤層容重為1.45t／m3，屬于特厚煤層開采。國家科技部為此立項了 “特厚煤層大采高綜放開采成套技術(shù)與裝備研發(fā)”，屬于國家 “十一五”科技支撐計劃項目。經(jīng)過專家對塔山煤礦地質(zhì)條件和巷道狀況等分析、研究和論證后，決定立項 “高效高可靠性電牽引采煤機研發(fā)”項目以配合特厚煤層大采高綜放開采需要的配套設備，研制成功了高效高可靠性的MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機。

MG750／1915-GWD 型 電 牽 引 采 煤 機 從2010年11月1日至2011年1月30日在同煤集團大唐塔山煤礦8105 工作面進行了井下工業(yè)性試驗，3個月累計生產(chǎn)原煤272.3 萬t，滿足礦井年產(chǎn)量1000萬t的要求。

2 MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機主要技術(shù)參數(shù)

MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機的主要技術(shù)參數(shù)如下：采高為2.7～5.2 m；供電電壓為3300V；總裝機功率為1945kW；截割功率為2×750kW；牽引功率為2×125 （380V）kW；泵站功率為35kW；破碎機功率為160kW；切割煤層硬度f≤4；適應工作面傾角≤30°；適應條件為含有夾矸、斷層等復雜地質(zhì)條件；牽引方式為 “一拖一”四象限運行交流變頻調(diào)速；控制方式為采用DSP芯片 （數(shù)字信號處理器）為核心的嵌入式計算機控制系統(tǒng)；菜單語言為中文；操作方式為手動控制、端頭控制和無線電遙控；整機結(jié)構(gòu)為采用多電機橫向布置，搖臂主體部分左右互換；啟動預警信號為語音提示預警；通訊功能為可將采煤機運行狀態(tài)傳輸?shù)巾槻?；急停方式為手動急停、端頭站急停、無線電遙控急停以及瓦斯斷電保護。

3 現(xiàn)場試驗情況

3.1 采煤機地面組裝試驗

2010年4 月8 日，在塔山礦地面廣場進行大采高放頂煤綜采工作面設備的地面配套及輔助設備聯(lián)合運行試驗。

3.1.1 設備聯(lián)合試運轉(zhuǎn)布置

塔山礦8105工作面設備地面聯(lián)合試運轉(zhuǎn)全套設備按右工作面布置，轉(zhuǎn)載機和破碎機布置長度為48.1m，端頭支架布置在轉(zhuǎn)載機和破碎機兩側(cè)。前部和后部刮板輸送機長度為72.01m，前部和后部刮板輸送機機頭和機尾中心線距離為7.2m，前部和后部刮板輸送機中部中心線距離為7.2m。中部支架布置34架，過渡支架頭部布置3架，尾部布置4架。動力中心及泵站沿軌道外側(cè)布置成一列。

3.1.2 設備安裝

采煤機布置在前部刮板輸送機上，安裝前按照檢驗標準要求對所安裝的零部件進行全面的檢查，大部件和關(guān)鍵零件進行質(zhì)量和性能測試，確保各部件均正常且無缺損；組裝后對整機進行全面檢查，所有外接管路沒有受到擠壓和碰撞，確保各接頭和各部件緊固螺栓緊固可靠；確保各電動機絕緣正常，各電纜和控制線接法正確，接線無松動現(xiàn)象；確保水分配閥供水流量與供水壓力符合技術(shù)要求；確保各油池和潤滑點按潤滑系統(tǒng)要求的油位和油質(zhì)要求注油，無滲漏現(xiàn)象；確保各操作手把和按鈕動作靈活和可靠；確保電控箱、變壓器和變頻調(diào)速裝置完好；確保程序運行及參數(shù)設置正確，截割電機旋向正確，牽引電機旋向一致且和方向指令吻合。采煤機、中部支架和前后刮板輸送機位置關(guān)系如圖1所示。

3.1.3 地面試運轉(zhuǎn)情況

設備組裝后，按井下操作標準程序順序供水和供電，進行整機空載運行。在設備運行過程中，各部件緊固螺栓無松動，各運轉(zhuǎn)部分無異常聲響，無滲漏和異常發(fā)熱現(xiàn)象；各壓力指示表顯示正常，高壓箱、電控箱和變頻調(diào)速裝置顯示正常；操作手把和按鈕動作靈活可靠，功能正常；內(nèi)、外噴霧均勻，無堵塞現(xiàn)象；采煤機與輸送機和支架配套關(guān)系合適，采煤機行走正常，與刮板輸送機銷軌嚙合正常，無蹩卡現(xiàn)象；采煤機在輸送機機頭和機尾行走順利，滾筒升降正常，與支架和輸送機無碰撞；采煤機和輸送機配套的有關(guān)各項試驗中，沒有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象和設計制造缺陷。

3.2 采煤機井下試驗

3.2.1 整機檢測

（1）采煤機對刮板輸送機的垂直3°及水平1°彎曲的適應性較好，截深和推溜步距及頂梁的協(xié)調(diào)情況較為理想，采煤機具有自開缺口的能力。

（2）采煤機在實際使用中最大采高達到5.0m，完全滿足實際生產(chǎn)要求。

（3）中部臥底量滿足設計要求，機頭機尾完全割透三角煤。在保證工作面兩頭割通的情況下，采煤機在刮板機機頭側(cè)的臥底量為400mm、采煤機在刮板機機尾側(cè)為367mm，在工作面中部的臥底量為540mm。

圖1 采煤機、中部支架和前后刮板輸送機位置關(guān)系

（4）工作面煤質(zhì)硬度測定表見表1。

表1 煤質(zhì)硬度測定表 （普氏硬度：f）

由表1可知，8105工作面煤質(zhì)較硬且含多層矸石，矸石硬度為f=4～6，已遠超出采煤機的切割煤層硬度，但在實際使用中采煤機對煤層破碎較容易，截齒消耗量小于課題任務書要求，而且試驗期間還遇到最厚達1.3 m 的矸石，使得截齒和齒座消耗量明顯增大，達到正常割煤的1.5倍，但依然沒有超出課題任務書要求，其他部件也沒有出現(xiàn)重大故障，運行較平穩(wěn)。

表2 滑靴磨損量測定表 mm

從2010年11 月1日到2011年1月30日累計出煤約272.3萬t，采放比1∶2.45，從而計算出采煤機割煤78.91萬t，共消耗截齒1500把，折合0.003 把／m3， 遠 小 于 課 題 任 務 書 要 求 的0.005把／m3。

（5）滑靴磨損量測定表見表2。

（6）采煤機的溫升情況及數(shù)據(jù)見表3。

表3 采煤機正常割煤時各部位溫度 ℃

通過實測數(shù)據(jù)可知，該采煤機各部電機的冷卻系統(tǒng)運轉(zhuǎn)良好，溫度較為恒定，溫升不大，沒有超出采煤機所能承受的最高溫度。

（7）所有的手控及電控操作機構(gòu)均靈活、可靠和安全。

（8）截割、牽引和調(diào)高等部位油位計、加油口和潤滑點均布置合理。

（9）采煤機在正常截煤或是在切割夾石煤層時，滑靴、導向滑靴以及牽引銷排的嚙合較好，沒有發(fā)生脫軌故障，整機運行平穩(wěn)。

3.2.2 行走部

（1）行走輪與運輸機銷排的嚙合情況良好，磨損量在正常范圍之內(nèi)，局部有啃傷現(xiàn)象，但不影響采煤機正常行走。

（2）正常割煤過程中，隨機觀測左右牽引電機電流和變頻調(diào)速裝置工況，見表4和表5。

由表4和表5可知，牽引頻率、牽引電流和牽引電壓其值偏小，說明采煤機實際運行的割煤速度和牽引力偏小，為了保證采煤機的可靠性，所以選型的功率會比實際運行大。

表4 隨機觀測牽引電機電流

表5 變頻調(diào)速裝置工況

3.2.3 截割部

調(diào)高系統(tǒng)油壓在正常割煤上升時為16 MPa，下降時為12 MPa，穩(wěn)定性較好。采煤機裝煤率測定見表6。

表6 采煤機裝煤率測定

由表6可知，滾筒切割煤壁能力滿足生產(chǎn)實際要求，滾筒裝煤效果好，易于推溜。在煤質(zhì)硬度f≥2.7以上的情形下，采煤機的斜切進刀、正常割煤以及遇到夾石層切割狀況良好，體現(xiàn)出功率大的作用和效果。

3.2.4 噴霧系統(tǒng)

采煤機的外噴霧降塵效果較好，內(nèi)噴霧在試驗階段效果欠佳，經(jīng)過改進后得到有效改善。

3.2.5 生產(chǎn)原煤情況

8105工作面自2010年11 月1 日投入工業(yè)性試驗以來，統(tǒng)計截止到2011年1月30日，累計生產(chǎn)天數(shù)為90d，已累計生產(chǎn)原煤272.3萬t，平均月產(chǎn)90.75 萬t，最高月產(chǎn)達到91.68萬t，平均日產(chǎn)3.02 萬t，最高日產(chǎn)達到約3.8萬t，平均功效達364.5T／t，滿足年產(chǎn)千萬噸礦井的要求。

3.2.6 采煤機開機率

工作面整套設備開機率統(tǒng)計見表7。

表7 工作面整套設備開機率統(tǒng)計

由表7可知，在工業(yè)性試驗期間工作面整套設備開機率最高為96.6%，最低為78.62%，平均為89.09%，說明采煤機的開機率是高于工作面整套設備平均開機率89.09%的，可以達到工作面單機可利用率在90%以上的任務要求。

3.2.7 采煤機牽引速度

采煤機割煤有時采用雙向割煤，截煤牽引速度為3.3～3.9 m／min，最大牽引速度為14 m／min，遠遠小于課題任務書要求的最大牽引速度20m／min。采煤機正常截割一刀所需時間見表8。

表8 采煤機正常截割一刀所需時間

3.2.8 采煤機的操作性能和適用性

采煤機有手動操作、左右端頭站操作和無線電離機操作3種操作方式，其中最常用的為無線電離機操作，司機隨身攜帶遙控器，可以在離機身一定范圍內(nèi)任何位置操作機器，操作方便、簡單，可以有效地預防片幫煤塌落造成砸傷司機的安全隱患，確保了安全生產(chǎn)。

3.2.9 采煤機的監(jiān)測功能應用情況

采煤機的分布式系統(tǒng)監(jiān)測功能見表9。

表9 分布式系統(tǒng)監(jiān)測功能

記錄時間 分布監(jiān)測功能 監(jiān)測能力與效果2010-12-13 瓦斯?jié)舛?準確、有效2010-12-13 采煤機行走位置 準確、有效2010-12-13 采煤機實測速度 準確、有效2010-12-13 冷卻水狀態(tài)監(jiān)控 準確、有效

由表9可知，采煤機的分布式監(jiān)測系統(tǒng)能夠準確和有效地監(jiān)測和記錄監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，滿足設計要求。

4 經(jīng)濟效益

從2010 年11 月1 日 至2011 年1 月30 日，MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機在塔山礦8105綜放工作面為期3 個月的工業(yè)性試驗期間，共生產(chǎn)原煤272.3萬t，實現(xiàn)銷售收入125802.6萬元，利潤25160.52萬元，稅收32708.68萬元。

5 結(jié)語

從2010年11月1日試生產(chǎn)到2011年1月30日這3個月的使用情況來看，MG750／1915-GWD型電牽引采煤機主要性能穩(wěn)定，搖臂和牽引部等主要部件未出現(xiàn)重大問題。工業(yè)性試驗表明，該采煤機主要技術(shù)參數(shù)先進，總體設計及配套合理，設備性能可靠，制造質(zhì)量良好。采煤機運行平穩(wěn)，生產(chǎn)能力大，操作簡便，使用靈活，保護及控制齊全，適用于特厚煤層大采高放頂煤工作面的使用要求。自主研發(fā)的高效高可靠性MG750／1915-GWD 型電牽引采煤機與國外同等功率機型相比，在保持經(jīng)濟優(yōu)勢的同時也具有較強的可靠性、適應性和先進性。

［1］ 賈清華.MG1100／2760-GWD 型大采高電牽引滾筒采煤機的研發(fā)與工業(yè)性試驗 ［J］.中國煤炭，2013 （2）

［2］ 賈清華.大采高綜放工作面后部刮板輸送機研發(fā)與工業(yè)性試驗 ［J］.中國煤炭，2012 （9）