淺談薄煤層采煤機(jī)的特點(diǎn)

程多陽(yáng) 孫永進(jìn) 田少華 張春 喬薇

我國(guó)煤層賦存條件比較復(fù)雜，煤炭資源分布地域遼闊，地質(zhì)條件復(fù)雜多樣。其中薄煤層可采儲(chǔ)量約占全國(guó)煤炭總儲(chǔ)量的18%，而產(chǎn)量只占總產(chǎn)量的7.3%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于儲(chǔ)量所占的比例，并且這個(gè)比例還有進(jìn)一步下降的趨勢(shì)。薄煤層在我國(guó)分布較廣，有些地區(qū)的煤質(zhì)也比較好。經(jīng)過(guò)多年開采，不少礦井中厚煤層已近枯竭，薄煤層的開采正規(guī)?；剡M(jìn)行，而且也得到了充分重視。就當(dāng)前的資源情況看，發(fā)展薄煤層機(jī)械化開采對(duì)于開發(fā)利用煤炭資源，延長(zhǎng)礦井開采年限和實(shí)現(xiàn)高效開采都具有十分重要的意義。

我國(guó)薄煤層開采主要采用長(zhǎng)壁采煤法，但由于開采煤層厚度小（<1.3m），與中厚及厚煤層相比，薄煤層機(jī)械化長(zhǎng)壁工作面主要有以下問(wèn)題：采高低，工作條件差，設(shè)備移動(dòng)困難。特別是薄煤層綜采工作面，當(dāng)最小采高降到1.Om以下時(shí)，人員出入工作面或在工作面內(nèi)作業(yè)都非常困難。而且薄煤層采煤機(jī)械和液壓支架受空間尺寸限制，設(shè)計(jì)難度大。液壓支架立柱通常要雙伸縮甚至三伸縮，增加了制造成本。

一、采煤機(jī)特點(diǎn)

爬底板式采煤機(jī)，機(jī)身位于機(jī)道內(nèi)，因而機(jī)面高度降低，使過(guò)煤空間高度及過(guò)機(jī)空間高度增大（ 500mm），這不僅改善了機(jī)器性能，而且可使采煤機(jī)在0.6～0.8m的及薄煤層中工作。采用機(jī)身在煤壁側(cè)面機(jī)道內(nèi)，爬底板式采煤機(jī)的工作面通風(fēng)斷面大，提高了工作的安全性。因此，爬底板采煤機(jī)是當(dāng)前薄煤層采煤機(jī)主要的發(fā)展方向。

薄煤層滾筒采煤機(jī)是在中厚煤層滾筒采煤機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它也具有許多優(yōu)點(diǎn)：

（1）積木式無(wú)底托架結(jié)構(gòu)、液壓螺母緊固、抽屜式部件安裝等技術(shù)的應(yīng)用，使得薄煤層滾筒采煤機(jī)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，安裝更為輕便；

（2）整體結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)方式的改進(jìn)，使得滾筒采煤機(jī)的機(jī)身變得更窄、更低；

（3）采煤機(jī)功率的不斷加大，使得薄煤層滾筒式采煤機(jī)更能適應(yīng)較復(fù)雜的開采地質(zhì)條件；

（4）薄煤層采煤機(jī)比較適合小型煤礦的綜合機(jī)械化開采。

二、我國(guó)薄煤層采煤機(jī)的發(fā)展歷程及前景

我國(guó)薄煤層采煤機(jī)的研究始于60年代。60年代初，在頓巴斯-1型采煤機(jī)基礎(chǔ)上我國(guó)開始自行研制生產(chǎn)采煤機(jī)。這類薄煤層滾筒采煤機(jī)主要有MLQ系列采煤機(jī)，如1964年生產(chǎn)的MLQ-64型，1980年生產(chǎn)的MLQ-80型淺截石單滾筒采煤機(jī)，另外還有MLQ3-100型采煤機(jī)。

70年代至80年代初期，我國(guó)自行研制開發(fā)了中小功率薄煤層滾筒采煤機(jī)。比較典型的有山東煤研所和淄博礦務(wù)局研制的ZB2-100型單滾筒騎輸送機(jī)采煤機(jī)。ZB2-100型采煤機(jī)裝機(jī)功率100kW，鏈牽引，牽引傳動(dòng)方式為液壓調(diào)速加齒輪減速。牽引力90kN，牽引速度0～214m/min，采高0175～113m、煤質(zhì)硬度為中硬以下的緩傾斜薄煤層。

三、實(shí)現(xiàn)降塵和冷卻功能的結(jié)構(gòu)

1.實(shí)現(xiàn)降塵功能的方案

采煤機(jī)的滾筒在截割煤壁的同時(shí)，產(chǎn)生的煤塵嚴(yán)重污染井下空氣，威脅工人身體健康，因此降塵是采煤機(jī)的重要輔助功能。降塵措施有很多種，歸納起來(lái)有；

（1）提高采煤機(jī)牽引速度，降低截煤滾筒的轉(zhuǎn)速，增大碎煤塊度，能明顯降低煤塵；

（2）滾筒軸垂直于采煤機(jī)機(jī)面，即采用立滾筒，使截齒沿煤層層理截割，也能降低煤塵；

（3）在可能條件下，減少滾筒上安裝截齒的數(shù)量增大碎煤的塊度，降低煤塵；

（4）實(shí)現(xiàn)滾筒自動(dòng)調(diào)高，避免滾筒截割工作面頂板和底板，從而降低牽引速度，避免煤塵大量生成；

（5）吸入式降塵機(jī)構(gòu)，壓力水精油在滾筒軸內(nèi)的中心管送到噴嘴，有噴嘴噴出壓力水在水束周圍形成負(fù)壓區(qū)，含塵空氣被吸入負(fù)壓區(qū)并隨水束穿過(guò)滾筒內(nèi)部降塵后，重新進(jìn)入截煤空間?？諝饩瓦@樣在滾筒內(nèi)循環(huán)被凈化，降塵效果比較好；

（6）用噴霧降塵，壓力水經(jīng)過(guò)噴嘴后霧化，極小的液滴充滿滾筒截煤區(qū)，液滴與粉塵相碰而被捕捉。一般采煤機(jī)內(nèi)、外噴霧都有，降塵效果很好；

（7）泡沫滅塵，有發(fā)泡劑的水自噴嘴噴出進(jìn)入一個(gè)與噴嘴緊挨的罩體。大量的泡沫從罩體射出，籠罩了截煤滾筒的周圍，使煤塵源與周圍空氣隔絕，并使煤粉被泡沫捕捉。這種滅塵方式效果最佳。

2.實(shí)現(xiàn)冷卻功能的方案

采煤機(jī)的冷卻功能是由冷卻水實(shí)現(xiàn)的。讓噴霧水首先流過(guò)需要冷卻的部件，實(shí)現(xiàn)冷卻功能，然后再被送到噴霧系統(tǒng)中。因此，冷卻與噴霧水是一個(gè)供水系統(tǒng)。

（1）銑削式結(jié)構(gòu)方案。在鼓形滾筒的表面或在旋轉(zhuǎn)滾筒的葉片上安裝截齒，滾筒隨采煤機(jī)前移并自轉(zhuǎn)，截齒便用銑削的方式把煤從煤壁上截割下來(lái)，這就是銑削式結(jié)構(gòu)。

具體分為側(cè)銑和端銑兩種，側(cè)銑方式中螺旋滾筒結(jié)構(gòu)應(yīng)用最普遍，其主要優(yōu)點(diǎn)是它不僅能實(shí)現(xiàn)截落煤的功能還能實(shí)現(xiàn)裝煤的功能；水平旋轉(zhuǎn)軸調(diào)整滾筒高度方便，對(duì)不同的煤層厚度的適應(yīng)性好；具有自開缺口的功能等。端銑式結(jié)構(gòu)是在齒冠外側(cè)安裝大截齒，當(dāng)齒冠自轉(zhuǎn)并隨采煤機(jī)移動(dòng)時(shí)，截齒實(shí)現(xiàn)破煤功能。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是截齒安裝的比較少， 煤的塊度大，機(jī)器能耗??；實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，制造容易；負(fù)荷變化大，機(jī)器動(dòng)特性較差。

3.滾壓式結(jié)構(gòu)方案

滾壓式破煤結(jié)構(gòu)是在螺旋筒的旋葉上和滾筒端面安裝滾演盤刀，當(dāng)滾筒前移并自轉(zhuǎn)時(shí)，盤刀壓向煤壁，其刃部的擠壓和剪切作用達(dá)到破煤的目的。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，采下的煤塊大，煤塵明顯低；機(jī)器能耗??；盤刀壽命長(zhǎng)。缺點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

采煤機(jī)的落煤功能是采煤機(jī)的第一功能，因此，現(xiàn)在把有落煤功能的結(jié)構(gòu)稱為采煤機(jī)的工作機(jī)構(gòu)。在采煤機(jī)的設(shè)計(jì)中，工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的合適與否，對(duì)采煤機(jī)的工作占有舉足輕重的地位。

本次設(shè)計(jì)的薄煤層采煤機(jī)設(shè)計(jì)中采用銑削式結(jié)構(gòu)方案，鉆具為垂直滾筒。其優(yōu)點(diǎn)是：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；

2.破碎煤層時(shí)，截齒沿層理運(yùn)動(dòng)，截齒所受截割阻力小，采煤機(jī)能耗比較低。

四、結(jié)語(yǔ)

由于采煤機(jī)的工作空間窄小，空頂距受頂板壓力的限制，所以采煤機(jī)的外型尺寸受牽引部尺寸的直接影響。因?yàn)椴擅簷C(jī)的工作環(huán)境惡劣、空間狹小、照明不足，牽引系統(tǒng)的操作應(yīng)該力求方便、省力、簡(jiǎn)單靈活，從而使整機(jī)更加實(shí)用方便。

設(shè)計(jì)中，我不斷的查閱資料，請(qǐng)教老師，來(lái)進(jìn)一步熟悉薄煤層采煤機(jī)的整體構(gòu)造及各部分的工作原理，并對(duì)其牽引部減速器進(jìn)行細(xì)致分析，設(shè)計(jì)，使其耐用并且省時(shí)省力容易維修，在工作中能夠有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

在對(duì)減速器的設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用了許多機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)，例如傳動(dòng)方案的確定、電動(dòng)機(jī)是選擇、傳動(dòng)比的分配、齒輪的設(shè)計(jì)與校核、軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核等，同時(shí)也用到了機(jī)械制造技術(shù)方面的知識(shí)，考慮加工與裝配的可行性。