大功率薄煤層采煤機選型設(shè)計原理及應(yīng)用

任紫彬

（江蘇徐礦能源股份有限公司物資供銷分公司，江蘇 徐州221000）

1 夏闊坦煤礦110402 工作面地質(zhì)條件

工作面走向長度357m，走向傾角0～4°，工作面傾向長度80m，工作面平均傾角13°，最大14°，煤層最大厚度1.08m，最小厚度0.9m，平均厚度0.92m，煤質(zhì)硬度f3，頂板為粉、細(xì)砂巖，局部中砂巖，硬度f5，底板為粉砂巖，硬度f4～6，首采工作面為右工作面，進(jìn)風(fēng)巷和回風(fēng)巷尺寸相同，均為矩形巷道，尺寸4.2m×2.6m(寬×高)。

2 采煤機的選型

根據(jù)夏闊坦煤礦110402 工作面地質(zhì)條件，符合該條件的采煤機，機身高度要低，且截隔功率要大，最終選擇MG450/1050-WD 型采煤機。該型采煤機是一種采用多電機聯(lián)合驅(qū)動、技術(shù)性能先進(jìn)的大功率薄煤層采煤機，可滿足最低1.1m薄煤層高效自動化開采。該型采煤機是適應(yīng)最低1.1m 采高全球裝機功率最大的采煤機，其整機性能優(yōu)良，各項技術(shù)指標(biāo)均處于國際領(lǐng)先水平。

3 MG450/1050-WD 型采煤機的主要技術(shù)參數(shù)

機面高度：≤750mm（包括運輸機），適用采高范圍：1.1～1.7m，裝機功率：1050kW，截割功率：2×450kW，牽引功率：2×65kW 泵功率：20kW，牽引力：500/250kN，牽引速度：0～14.5/29m/min， 滾 筒 轉(zhuǎn) 速：59r/min， 滾 筒 直 徑：φ1050 ～φ1250mm，滾筒截深：800mm，整機重量：33t。

4 MG450/1050-WD 型采煤機主要設(shè)計原理：

4.1 半懸機身的整機布置結(jié)構(gòu)

國內(nèi)外，現(xiàn)有的雙滾筒薄煤層采煤機，大部分結(jié)構(gòu)形式有兩種：一種是采煤機的主要部分（如電動機、牽引傳動裝置等）均布置在刮板輸送機上方，僅兩滾筒布置在煤壁側(cè)，稱之為正常布置方式的采煤機；另一種是采煤機的主要部分（如電動機、牽引傳動裝置等）及采煤機滾筒均布置在煤壁側(cè)，位于刮板輸送機鏟煤板上方，稱為全懸布置方式的采煤機。

圖2 半懸式機身布置圖

第一種布置方式為采煤機傳統(tǒng)的布置方式，普遍應(yīng)用于現(xiàn)有的采煤機設(shè)計中，但是對于薄煤層采煤機的設(shè)計，存在幾點問題：

4.1.1 過煤空間小。正常布置的采煤由于結(jié)構(gòu)的限制，采煤機的機身厚度很難降低，在采高低的情況下，使得過煤空間??；

4.1.2 截割功率低。由于工作面采高的限制，正常布置的薄煤層采煤機，一般截隔功率均較低，如果增加采煤機截割電動機的功率，電動機的直徑就會隨之增大，搖臂下割煤時候，電機容易和槽幫干涉。

第二種采煤機的結(jié)構(gòu)形式為爬底板式，這種結(jié)構(gòu)形式也相應(yīng)的解決了采煤機機身高度的問題，但是存在結(jié)構(gòu)上的缺陷，整個采煤機大部分的結(jié)構(gòu)部件均布置在運輸機槽幫外側(cè)，采煤機的重心不穩(wěn)，在割煤運行過程中整個采煤機穩(wěn)定性能低，由于薄煤層工作面一般地質(zhì)條件均較差，低板高低不平，容易和采煤機發(fā)生干涉，采煤機適應(yīng)工作面的能力低。

對于以上的問題，結(jié)合正常布置和爬底板兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，MG450/1050-WD 型大功率薄煤層電牽引采煤機整機，采用半懸式機身，加全懸截割電機搖臂的布置形勢，該結(jié)構(gòu)有效解決了以上問題，如圖1 所示。

（1）半懸式機身

采煤機牽引傳動部，是影響機身高度的主要因素，而牽引傳動系統(tǒng)中牽引電機和行星機構(gòu)決定了機身的厚度。

半懸式機身采煤機，采用一種半懸布置方式的機身結(jié)構(gòu)。其主要特點是將牽引部中牽引電機及牽引傳動部的大齒輪，位于刮板輸送機槽幫及鏟煤板上方面，面向煤壁側(cè)半懸布置，。如圖2 所示。

半懸式機身布置方式，把牽引系統(tǒng)中尺寸較大的部件，均半懸布置在刮板輸送機槽幫及鏟煤板上方，不影響中部槽上方采煤機的機身厚度。

半懸式機身結(jié)構(gòu)，在采煤機機面高度較低的情況下，既保證了一定的過煤空間，又不使得采煤機機身的重心過于偏向煤壁側(cè)，保證了采煤機的穩(wěn)定運行。

（2）全懸截割電機式搖臂

全國薄煤層工作面，普遍存在地質(zhì)條件復(fù)雜情況，因此需配置較大的截割功率。本采煤機配置450kW 的截割功率，經(jīng)查閱相關(guān)資料，功率在200kW 的截割電機，直徑最小為440mm 左右，就算采煤機搖臂采用雙電機布置，搖臂外殼厚度也要在500mm 以上。若按正常布置將截割電機布置在刮板機中部槽上方，其厚度遠(yuǎn)大于機身厚度300mm，嚴(yán)重影響機面高度或過煤高度，無法滿足使用要求。

采用全懸截割電機式結(jié)構(gòu)，將截割電機與行星機構(gòu)布置在同側(cè)，使其位于刮板機煤壁側(cè)槽幫外側(cè)，采煤機搖臂下割煤時，搖臂與刮板運輸機槽幫有一定的安全空間，不存在截隔電動機于運輸機槽幫干涉的情況，這樣就大大降低了采煤機的機身高度，搖臂殼體厚度不再受到嚴(yán)格限制，可以采用單截割電機，結(jié)構(gòu)簡單。

4.2 扁電纜結(jié)構(gòu)

薄煤層工作面配套時，相應(yīng)的運輸機槽幫高度，電纜槽高度均較低，導(dǎo)致電纜槽的深度小。如采用普通供電電纜，由于其折彎半徑大，在彎折3 層的極限情況下，往往超出電纜槽，甚至與支架頂梁干涉，給拖纜帶來極大的不便，安全效果低，影響正常生產(chǎn)。

本采煤機配套的電纜，將普通供電電纜改為扁平電纜（如圖3 所示），加大電纜橫向?qū)挾瘸叽纾瑴p小電纜高度，其折彎半徑大大降低，同時采用專用的扁電纜夾，其彎折3 層時，電纜高度也大幅降低，極大地改善了薄煤層拖纜難的問題，提高開采效率。

圖3 扁電纜

5 使用效果

夏闊坦110402 工作面使用的MG450/1050-WD 型采煤機，從2019 年11 月安裝使用至今，解決了硬薄煤層開采的難題，到達(dá)了安全生產(chǎn)，采煤機使用故障率低，降低了工人勞動強度，煤炭產(chǎn)量穩(wěn)定，經(jīng)濟效益顯著，使用效果達(dá)到了預(yù)期要求，為集團(tuán)公司下一步薄煤層采煤機選型奠定了基礎(chǔ)。

6 自動化升級改造

現(xiàn)使用的采煤機，人員要在附近控制采煤機的動作，由于工作面采高低，人員活動空間小，增加了工人勞動強度，安全不能保證，下一步升級改造成自動化采煤機，采煤機增加搖臂擺角、位置等傳感器，實現(xiàn)采煤機參數(shù)采集系統(tǒng)。電控系統(tǒng)增加記憶截割模塊，實現(xiàn)記憶截割功能。增加煤機順槽通訊模塊、順槽通訊服務(wù)器、順槽通訊中繼器，及遠(yuǎn)距離監(jiān)控站，實現(xiàn)采煤機在順槽控制臺，依靠視頻監(jiān)控系統(tǒng)，對采煤機實現(xiàn)遠(yuǎn)距離監(jiān)控（包括采煤機左右搖臂的升降、左右行走、左右滾筒啟動等）通過記憶截割系統(tǒng)學(xué)習(xí)示范刀，實現(xiàn)自動割煤。升級以后的采煤機，作業(yè)人員可遠(yuǎn)距離對采煤機的動作進(jìn)行控制、干預(yù)，作業(yè)人員遠(yuǎn)離工作地點，降低了作業(yè)人員的勞動強度，安全得到了保障。