滾筒式連續(xù)采煤機專利技術(shù)綜述

何存芳++何娟++李國麗

摘 要：綜合機械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，作為綜合機械化采煤設(shè)備“三機”之一的采煤機，在煤炭開采中起著重要作用，而滾筒式連續(xù)采煤機以其及其性能好，生產(chǎn)效率高等優(yōu)勢在世界各國得到廣泛應(yīng)用，文中結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)和專利申請量的變化，分析了滾筒式采煤機在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，分別從截割部、牽引部、電氣設(shè)備和輔助裝置四個分支對其發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行梳理，歸納總結(jié)出滾筒式采煤機專利技術(shù)發(fā)展路線。

關(guān)鍵詞：滾筒；采煤機；截割；牽引；智能；一體化

1、概述

煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和重要原料，為保障我國能源安全，改善勞動條件，必須加速采煤機械化發(fā)展進(jìn)程，作為綜合機械化采煤設(shè)備“三機”之一的采煤機，在這一“變革”中首當(dāng)其沖。

連續(xù)采煤機是可以以連續(xù)采掘煤炭的機械設(shè)備，它既可以用來開掘以煤為基巖的巷道，又可作為單獨的采煤機使用，在我國很多大煤礦都有使用[1]。特別對地質(zhì)條件好的巷道開掘或者對煤礦井田構(gòu)造復(fù)雜的邊角煤開采有得天獨厚的優(yōu)勢。

本文主要是針對滾筒式連續(xù)采煤機及其發(fā)展進(jìn)行專利技術(shù)分析。

2、發(fā)展研究現(xiàn)狀

自采煤機研制成功以后，各國對采煤機都做了不同程度的開發(fā)，作為世界上最早利用煤炭資源的國家之一，中國的煤炭資源利用史可追溯至六七千年前，與如此長遠(yuǎn)的煤炭利用史相比，采煤機的發(fā)展史則簡單得多。

2.1國外研究

20世紀(jì)40年代初，英國和前蘇聯(lián)相繼研制出了鏈?zhǔn)讲擅簷C，這種采煤機是通過截鏈截落煤，在截鏈上安裝有被稱為截齒的專用截煤工具，其工作效率低。

進(jìn)入60年代，英國、德國、法國和前蘇聯(lián)先后對采煤機的截割滾筒做出革命性改進(jìn)。一方面截煤滾筒可以調(diào)整其高度，另一方面把圓筒形截割滾筒改進(jìn)成螺旋葉片式截煤滾筒，即螺旋滾筒，極大地提高了裝煤效果。這兩項關(guān)鍵的改進(jìn)是滾筒式采煤機稱為現(xiàn)代化采煤機械的基礎(chǔ)。

自70年代以來，綜合機械化采煤設(shè)備朝著大功率、遙控、遙測方向發(fā)展，其性能日臻完善，生產(chǎn)率和可靠性進(jìn)一步提高[2]。

2.2國內(nèi)研究

作為世界上最早利用煤炭資源的國家之一，中國的煤炭資源利用史可追溯至六七千年前，與如此長遠(yuǎn)的煤炭利用史相比，采煤機的發(fā)展史則簡單得多（有一點點重復(fù)）。

我國20世紀(jì)80～90 年代曾引進(jìn)了德、英、波、日液壓牽引采煤機，并以技貿(mào)結(jié)合方式引進(jìn)英國液壓牽引采煤機技術(shù)和德國直流電牽引采煤機技術(shù)，通過引進(jìn)消化再創(chuàng)新，于90年代掌握了國際先進(jìn)的交流變頻電牽引采煤機技術(shù)，2005 年初步掌握了大功率大采高采煤機技術(shù)和機電一體化技術(shù)。2001年大傾角電牽引采煤機和2002年短壁電牽引采煤機標(biāo)志著我國采煤機總體設(shè)計技術(shù)達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。2001年能量回饋型四象限交流變頻技術(shù)、2002 年中壓開關(guān)磁阻調(diào)速和中壓電磁調(diào)速、2005年中壓交流變頻調(diào)速技術(shù)標(biāo)志著我國采煤機電氣調(diào)速技術(shù)達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國已能自行設(shè)計生產(chǎn)適合于各種煤區(qū)環(huán)境的滾筒式采煤機，并致力于采煤機機械化力度的加強。

3、專利技術(shù)發(fā)展分析

滾筒式采煤機主要由截割部、牽引部、電氣設(shè)備以及輔助裝置等四部分組成。主要是針對滾筒式連續(xù)采煤機及其發(fā)展進(jìn)行專利技術(shù)分析，從四個技術(shù)分支進(jìn)行專利技術(shù)分析。

3.1截割部分支

3.1.1滾筒分布

滾筒是滾筒式連續(xù)采煤機的主要截割部，滾筒的布置形式一直是各國研制的焦點，第一臺滾筒式連續(xù)采煤機及專利SU619117是單滾筒采煤機，采用自底向上切割方式，DT2425828A1、US4822105將其設(shè)置為雙滾筒截割部，DE2914897提出三滾筒截割部，專利SU653389提出自頂向下切割方式，CN1693660縱向雙頭掘進(jìn)橫向剪切，旨在改進(jìn)滾筒的分布方式，提高切割效率。

3.1.2截割部形狀

截割部形狀關(guān)系到采煤機的應(yīng)用范圍以及切割效率，DE2701886A1 、CN1869401提出錐形滾筒，可縮小尺寸，以適應(yīng)不同切割地形，可用于超短壁煤層開采，CN86102321提出斗式滾筒采煤機，CN201661296U提出C型截割部，可用于硬質(zhì)煤，硫化鐵結(jié)核的開采，CN103670398，設(shè)計出切割片式掘進(jìn)機截割裝置，用于提高開采效率。

3.1.3截割部安裝

截割部的安裝影響到截割應(yīng)用范圍以及硬度范圍，截割效率甚至煤巖裝載效率，US5810449對截齒的安裝進(jìn)行改進(jìn)，用于提高截割效率，JP特開2004-197390對截割部的安裝形式進(jìn)行設(shè)計，設(shè)計為并排兩個截割滾筒，CN201460886U設(shè)計為傾斜式滾筒，便于裝煤，CN102410016，矩形全斷面采煤機，滾筒分層布置，掘進(jìn)巷道一次成型，掘進(jìn)、排料、支護(hù)同時進(jìn)行，互不干擾，提高掘進(jìn)效率，CN202031588U設(shè)計為三個滾筒分別布置在采煤機兩端以及中部頂端，適用于長臂工作面開采，CN202250066U，截割滾筒全斷面布置，開采效率高，并且適合硬度大于10的硬巖施工。

3.2牽引部分支

3.2.1鏈?zhǔn)綘恳?/p>

鏈?zhǔn)綘恳亲畛Ｒ姷臓恳绞?，最初的采煤機均采用鏈?zhǔn)綘恳绞?，US3992060，US4813749，DE20102278U1都是采用鏈?zhǔn)綘恳绞?，我國從國外引進(jìn)采煤機技術(shù)，進(jìn)一步提出了爬底板鏈牽引采煤機，如CN201284650Y提出的技術(shù)。

3.2.2電牽引

隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，對其進(jìn)行改進(jìn)，提出了電牽引方式，CN101144381，CN201326417Y，采用牽引電機的方式，提供牽引力，工作性能穩(wěn)定、可靠，另外，CN201433763Y提出的牽引電磁制動器，CN204024649U提出交流電牽引采煤機截割部傳動，CN202788835U提出的變頻調(diào)速無鏈電牽引是對牽引方式的一大改進(jìn)。

3.2.3遠(yuǎn)程遙控

采礦的機械化，是為了減少人工的勞動強度，遙控采礦技術(shù)的提出，則是為了保證人身安全所提出的一項技術(shù)， RU2454537C1、CN201507308U提出了遙控操作液壓前進(jìn)采煤機，CN202520307U提出的自動電牽引裝置，為無人開采奠定基礎(chǔ)，US2015/0097411A1以及CN103883323提出的無人智能采礦機，為采煤機的發(fā)展提供了新思路。

3.3電氣設(shè)備分支

3.3.1電氣系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是最基本的電氣設(shè)備，US4097091提出的是一種液壓控制系統(tǒng)，AT297385，CN102287185B，大功率重型包煤層采煤機可控制的電氣系統(tǒng)，對采煤機進(jìn)行選擇性的供以液壓，節(jié)約成本，提高效率。

3.3.2自適應(yīng)高度控制器

通過調(diào)節(jié)采煤機滾筒高度實現(xiàn)采煤機過載保護(hù)，對滾筒高度的精確控制，提高滾筒高度控制的速度、工作效率、避免過載和采煤機工作的穩(wěn)定性，節(jié)省采煤能源降低采煤成本。提高綜采工作面工作效率，JP2011163111，CN101949290和CN102108862B提出了相關(guān)技術(shù)。

3.3.3集成化無線控制

薄煤層滾筒采煤機工作面自動化集成控制系統(tǒng)，工作面集中控制系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)耦合器將不同控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為一種格式統(tǒng)一進(jìn)行控制，并實現(xiàn)工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機之間數(shù)據(jù)的雙向?qū)崟r通訊，實現(xiàn)工作面的無死角監(jiān)控，US2011/0121633A1 和CN102619511均提出了相關(guān)技術(shù)。

3.4輔助裝置分支

3.4.1支撐及調(diào)高裝置

用于支撐機身的支撐系統(tǒng)，如公開號為DE2246288的專利提出的支撐系統(tǒng)，對采煤機工作的穩(wěn)定性有很大的幫助。；

一種用于連續(xù)采煤機的采高儀，與傳統(tǒng)的司機目測方式相比，能更準(zhǔn)確地確定巷道的高度。US4514012（1983，CN101387200A，CN201359494Y，DE19620536A1等，專利文獻(xiàn)公開的連續(xù)采煤機可實現(xiàn)滾筒的精確吊高以及鎖死。

3.4.2噴水系統(tǒng)

滾筒采煤機用水處理系統(tǒng)，F(xiàn)R2573474提出扇形噴水裝置，CN102200089提出滾筒采煤機用水處理系統(tǒng)。

3.4.3擋煤系統(tǒng)

可調(diào)式擋煤裝置用于采煤機截割部，便于在因工作環(huán)境或客戶需求的改變時保證薄煤層采煤機的裝煤效果；裝煤間隙可調(diào)，使得擋煤裝置在機頭、機尾處調(diào)轉(zhuǎn)方向時更容易；擋煤裝置的結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。采煤機包含所述可調(diào)式擋煤裝置，CN202707051U，CN201225151Y等專利提出相關(guān)擋煤、過濾等技術(shù)。

4、小結(jié)

依靠科技進(jìn)步，推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，開發(fā)高產(chǎn)高效礦井綜合配套技術(shù)是我國煤炭科技發(fā)展的主攻方向，根據(jù)世界采煤機發(fā)展潮流和煤炭科技前沿最新消息，我國滾筒式采煤機應(yīng)在以下方面進(jìn)行攻關(guān)研究，盡快趕上世界水平。

（1）大功率、大截深電牽引采煤機的進(jìn)一步研究；

（2）大功率采煤機的工況監(jiān)測、故障診斷與控制系統(tǒng)的研究；

（3）應(yīng)用高新技術(shù)，嚴(yán)格管理，提高可靠性；

（4）把握采煤機的大型化，自動化以及無人化發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 張軍輝.我國煤礦采煤機的研制回顧、現(xiàn)狀以及發(fā)展[J].煤礦機械，2008，29（3），1-3.

[2] 李剛.大型采煤機研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2011（17），132.