采煤机械的技术现状与发展趋势

收稿日期:2005-04-05

作者简介:徐小粤(1958-),女,山西太原人,高级工程师,1982年毕业于中国矿业大学,现从事掘进机设计和研究工作。

采煤机械的技术现状与发展趋势

徐小粤

(煤科总院太原分院,山西太原　030006)

摘要:采煤机械通过不断改进,性能日臻完善,生产率和可靠性进一步提高。详细论述了国内外滚筒式采煤机的技术特点和发展趋势。

关键词:采煤机械;滚筒式采煤机;技术现状;发展趋势

中图分类号:T D42 文献标识码:B 文章编号:1003-0506(2005)04-0015-02

1　采煤机械发展的简要回顾

目前国内外使用的采煤机械主要是可调高的双

滚筒采煤机,这种经过改进的滚筒采煤机,可追溯到长壁截煤机,是早期用于煤层底部掏槽的采煤机械。最早的滚筒采煤机是在截煤机的基础上,将减速箱部分改成允许安装一根水平轴和截割滚筒而演变成的。这种滚筒采煤机与可弯曲输送机配套,奠定了煤炭开采机械化的基础。早期的滚筒采煤机主要存在2个问题,①截煤滚筒的安装高度不能在使用中调整(即所谓的固定滚筒),对煤层厚度及变化适应性差;②截煤滚筒的装煤效果不佳(即所谓的圆形滚筒),限制了采煤机生产率的提高。20世纪60年代,英国、德国、法国和前苏联等先后对采煤机的截割滚筒作出2项改进。一是截煤滚筒可以在使用中调整其高度,完全解决对煤层赋存条件的适应性;二是把圆形滚筒改进成螺旋叶片式截煤滚筒,极大地提高了装煤效果。这2项改进使滚筒式采煤机成为现代化采煤机械的基础。在滚筒采煤机发展的同时,还研制出用刨削方式落煤的刨煤机、以钻削方式落煤的钻削式采煤机,以及螺旋钻式采煤机。现代滚筒采煤机均为可调高摇臂滚筒采煤机,其发展是从有链到无链;由机械牵引到液压牵引再到电牵引;由单机纵向布置驱动到多机横向布置驱动;由单滚筒到双滚筒,且向大功率、遥控、遥测、智能化发展,其性能日臻完善,生产率和可靠性进一步提高,工况自动监测、故障诊断以及计算机数据处理和数显等先进的监控技术已在采煤机上得到应用。

2　国内外采煤机械的技术特点

(1)牵引方式向电牵引方向发展。传统的液压

牵引采煤机在国外仍然在生产和使用中,但已不占主导地位,由于电牵引采煤机的诸多优点,国外目前新开发的采煤机,特别是大功率采煤机基本上都是采用电牵引方式。

(2)装机总功率不断增大。为适应煤矿生产实现高产高效,国外采煤机的功率在不断提高,电机截割功率通常在400k W 以上,最新报道已达850k W 。牵引电机功率均在40k W 以上,大的甚至达到125k W 。总装机功率通常超过1000k W ,如E L3000型

采煤机总装机功率高达2000k W ,7LS5型采煤机达1940k W 。牵引速度、牵引力也大幅提高,目前大功

率电牵引采煤机的牵引速度普遍达到15～25m /m in,最大牵引速度达50m /m in,牵引力高达1000kN 。牵引速度的加快,支架随机支护的实现,使工

作面顶板空顶时间缩短,为加大支架步距和滚筒截深创造了条件。采用大截深滚筒已成为提高采煤机生产能力的重要途径,目前普遍采用的截深为1000～1200mm ,个别已达1500mm 。

(3)元部件可靠性大幅提高。为提高采煤机的可靠性,减少故障率,采煤机齿轮的设计寿命已提高到2000h 以上,轴承的寿命提高到3000h 以上,并且还有进一步提高的趋势。液压泵和液压马达的寿命已达10000h 。

(4)电牵引方式趋向交流变频调速。电牵引采煤机的牵引方式按牵引电机的类型可分为直流牵引和交流牵引,由于交流变频调速电牵引系统具有技术先进可靠、维护管理简单、价格低廉等特点,近几年发展很快。20世纪90年代中后期研制的大功率

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电牵引采煤机均采用交流变频调速牵引系统。交流牵引正逐步替代直流牵引,成为今后电牵引采煤机的发展方向。早期的交流电牵引均采用1个变频器拖动2台牵引电机,变频器对电机的性能参数难以准确检测,控制和保护功能无法完全发挥。德国在开发S L300时,采用2个变频器分别拖动2台牵引电机的牵引系统,使牵引的控制和保护性能更加完善。这种一拖一的牵引系统也正被逐步采用,成为电牵引技术发展的又一个特点。

(5)无链牵引向齿轮—齿轨式演变。随着牵引力不断增大,销轮—齿轨式无链牵引已近淘汰,齿轮—链轨式无链牵引已使用不多,正逐步趋向于采用齿轮—齿轨式无链牵引。这是一种从齿轮—销轨式演变而来的无链牵引结构,圆柱销被齿轨所取代,焊接结构改成了整体精密铸造或锻造,宽度增大,节距由125mm增加到175mm。

(6)普遍采用中、高压供电。由于装机功率大幅度提高以及工作面的不断加长(达到300m),整个工作面供电容量超过5000k W。为了减少输电线路损耗,保证供电质量和电机性能,新研制的大功率电牵引采煤机几乎都采用中、高压供电。主要供电等级有2300,3300,4160,5000V等。

(7)监控保护系统的智能化。新型的电牵引采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统,可实现交互式人机对话、远近控制、无线电随机遥控、工况监测及状态显示、数据采集存储及传输、故障诊断及预警、自动控制等多种功能,以保证采煤机具有最低的维修量和最高的利用率;并可实现采煤机滚筒沿工作面煤层自动调节采高等控制功能。

3　国内采煤机械的发展状况

(1)新设计的滚筒采煤机几乎都采用多电机横向布置;取消底托架;各大部件间采用液压螺栓、哑铃销、偏心锁紧螺母等联接,以构成采煤机的机身,左、右摇臂通过销轴铰接在机身的两端。

(2)大力开发电牵引采煤机。装机功率1000 k W以下的电牵引采煤机已逐步走向成熟,且形成系列,装机功率1800k W电牵引采煤机在研制中。

目前国内使用的交流电牵引采煤机的电牵引调速系统主要有3种:即交流变频调速系统、电磁转差离合器调速系统和开关磁阻电机调速系统(简称SRD)。在这3种交流电牵引调速系统中,交流变频调速技术在采煤机的应用已逐步走向成熟并具有发展潜力;电磁转差离合器调速技术本身比较成熟,但是在采煤机的应用存在低速性能等问题。从目前来看,交流变频调速技术和SRD技术应该是未来采煤机应用的主要方向。

(3)我国经济型综采和高档普采的主要机型为MG200,目前在册近千台,该机型由于功率偏小、过断层能力差、结构上的局限性等,而需要改进以至换代。为此,近年来进行了MG200采煤机的换代设计。现已完成的MG150/375W型及MG160/375W 采煤机均可作为MG200的换代产品,使用中已取得良好效果。该换代产品在配套尺寸不变的情况下,将装机功率由200k W提高到375k W,其结构更为简单,即3个电机横向布置,150(160)k W的左、右截割电机分别布置在左、右摇臂内,两段或三段式机身通过液压螺栓联为一体,左、右截割部通过销轴铰接在左、右牵引行走箱上,其生产效率、截割能力大大提高,使用更为方便。

(4)特殊机型采煤机的发展与应用。如天地科技股份有限公司上海分公司开发的MG250/3002 NWD型电牵引短壁采煤机,可用于急倾斜特厚煤层水平分层放顶煤开采;“三下一上”采煤;煤柱和边角煤回收;短壁工作面双巷或单巷开采;长壁面开机窝;煤巷掘进等。再如,新汶矿业集团从乌克兰引进螺旋钻式采煤机已成功用于各种难采煤层。1台螺旋钻机仅需3～4人在工作面回采巷道内操作,月产6000t以上,实现了真正的无人工作面安全生产。

4　结语

目前,有关部门的科研人员正在从事着采煤机技术领域的多项科研课题的研究,例如:适应有夹矸煤层的半煤岩采煤机的研制;增大块煤率的滚筒无级调速研究;液压牵引采煤机和无线遥控技术的应用研究;电牵引采煤机水介质调高及高压喷雾灭尘系统研究,包括利用工作面的乳化液作为传动介质的调高系统研究;特殊条件下开采的采煤设备研究,如螺旋钻式采煤机的开发;故障诊断、工况监测、显示及自动控制和自动调高系统的研究;大功率电牵引采煤机(1000k W以上)的研制等。相信通过这些内容的研究,将使我国采煤机械的性能更为完善,适应范围更广,效率更高,从而使我国采煤机械的技术达到国际先进水平。

(责任编辑:林春凤)

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