浅谈薄煤层采煤机的特点

程多阳 孙永进 田少华 张春 乔薇

我国煤层赋存条件比较复杂，煤炭资源分布地域辽阔，地质条件复杂多样。其中薄煤层可采储量约占全国煤炭总储量的18%，而产量只占总产量的7.3%，远远低于储量所占的比例，并且这个比例还有进一步下降的趋势。薄煤层在我国分布较广，有些地区的煤质也比较好。经过多年开采，不少矿井中厚煤层已近枯竭，薄煤层的开采正规模化地进行，而且也得到了充分重视。就当前的资源情况看，发展薄煤层机械化开采对于开发利用煤炭资源，延长矿井开采年限和实现高效开采都具有十分重要的意义。

我国薄煤层开采主要采用长壁采煤法，但由于开采煤层厚度小（<1.3m），与中厚及厚煤层相比，薄煤层机械化长壁工作面主要有以下问题：采高低，工作条件差，设备移动困难。特别是薄煤层综采工作面，当最小采高降到1.Om以下时，人员出入工作面或在工作面内作业都非常困难。而且薄煤层采煤机械和液压支架受空间尺寸限制，设计难度大。液压支架立柱通常要双伸缩甚至三伸缩，增加了制造成本。

一、采煤机特点

爬底板式采煤机，机身位于机道内，因而机面高度降低，使过煤空间高度及过机空间高度增大（ 500mm），这不仅改善了机器性能，而且可使采煤机在0.6～0.8m的及薄煤层中工作。采用机身在煤壁侧面机道内，爬底板式采煤机的工作面通风断面大，提高了工作的安全性。因此，爬底板采煤机是当前薄煤层采煤机主要的发展方向。

薄煤层滚筒采煤机是在中厚煤层滚筒采煤机的基础上发展起来的，它也具有许多优点：

（1）积木式无底托架结构、液压螺母紧固、抽屉式部件安装等技术的应用，使得薄煤层滚筒采煤机结构更加简单，安装更为轻便；

（2）整体结构和传动方式的改进，使得滚筒采煤机的机身变得更窄、更低；

（3）采煤机功率的不断加大，使得薄煤层滚筒式采煤机更能适应较复杂的开采地质条件；

（4）薄煤层采煤机比较适合小型煤矿的综合机械化开采。

二、我国薄煤层采煤机的发展历程及前景

我国薄煤层采煤机的研究始于60年代。60年代初，在顿巴斯-1型采煤机基础上我国开始自行研制生产采煤机。这类薄煤层滚筒采煤机主要有MLQ系列采煤机，如1964年生产的MLQ-64型，1980年生产的MLQ-80型浅截石单滚筒采煤机，另外还有MLQ3-100型采煤机。

70年代至80年代初期，我国自行研制开发了中小功率薄煤层滚筒采煤机。比较典型的有山东煤研所和淄博矿务局研制的ZB2-100型单滚筒骑输送机采煤机。ZB2-100型采煤机装机功率100kW，链牵引，牵引传动方式为液压调速加齿轮减速。牵引力90kN，牵引速度0～214m/min，采高0175～113m、煤质硬度为中硬以下的缓倾斜薄煤层。

三、实现降尘和冷却功能的结构

1.实现降尘功能的方案

采煤机的滚筒在截割煤壁的同时，产生的煤尘严重污染井下空气，威胁工人身体健康，因此降尘是采煤机的重要辅助功能。降尘措施有很多种，归纳起来有；

（1）提高采煤机牵引速度，降低截煤滚筒的转速，增大碎煤块度，能明显降低煤尘；

（2）滚筒轴垂直于采煤机机面，即采用立滚筒，使截齿沿煤层层理截割，也能降低煤尘；

（3）在可能条件下，减少滚筒上安装截齿的数量增大碎煤的块度，降低煤尘；

（4）实现滚筒自动调高，避免滚筒截割工作面顶板和底板，从而降低牵引速度，避免煤尘大量生成；

（5）吸入式降尘机构，压力水精油在滚筒轴内的中心管送到喷嘴，有喷嘴喷出压力水在水束周围形成负压区，含尘空气被吸入负压区并随水束穿过滚筒内部降尘后，重新进入截煤空间。空气就这样在滚筒内循环被净化，降尘效果比较好；

（6）用喷雾降尘，压力水经过喷嘴后雾化，极小的液滴充满滚筒截煤区，液滴与粉尘相碰而被捕捉。一般采煤机内、外喷雾都有，降尘效果很好；

（7）泡沫灭尘，有发泡剂的水自喷嘴喷出进入一个与喷嘴紧挨的罩体。大量的泡沫从罩体射出，笼罩了截煤滚筒的周围，使煤尘源与周围空气隔绝，并使煤粉被泡沫捕捉。这种灭尘方式效果最佳。

2.实现冷却功能的方案

采煤机的冷却功能是由冷却水实现的。让喷雾水首先流过需要冷却的部件，实现冷却功能，然后再被送到喷雾系统中。因此，冷却与喷雾水是一个供水系统。

（1）铣削式结构方案。在鼓形滚筒的表面或在旋转滚筒的叶片上安装截齿，滚筒随采煤机前移并自转，截齿便用铣削的方式把煤从煤壁上截割下来，这就是铣削式结构。

具体分为侧铣和端铣两种，侧铣方式中螺旋滚筒结构应用最普遍，其主要优点是它不仅能实现截落煤的功能还能实现装煤的功能；水平旋转轴调整滚筒高度方便，对不同的煤层厚度的适应性好；具有自开缺口的功能等。端铣式结构是在齿冠外侧安装大截齿，当齿冠自转并随采煤机移动时，截齿实现破煤功能。这种结构的特点是截齿安装的比较少， 煤的块度大，机器能耗小；实现简单，制造容易；负荷变化大，机器动特性较差。

3.滚压式结构方案

滚压式破煤结构是在螺旋筒的旋叶上和滚筒端面安装滚演盘刀，当滚筒前移并自转时，盘刀压向煤壁，其刃部的挤压和剪切作用达到破煤的目的。这种结构的优点在于，采下的煤块大，煤尘明显低；机器能耗小；盘刀寿命长。缺点在于机构复杂，成本高。

采煤机的落煤功能是采煤机的第一功能，因此，现在把有落煤功能的结构称为采煤机的工作机构。在采煤机的设计中，工作机构设计的合适与否，对采煤机的工作占有举足轻重的地位。

本次设计的薄煤层采煤机设计中采用铣削式结构方案，钻具为垂直滚筒。其优点是：

1.结构简单，制造方便；

2.破碎煤层时，截齿沿层理运动，截齿所受截割阻力小，采煤机能耗比较低。

四、结语

由于采煤机的工作空间窄小，空顶距受顶板压力的限制，所以采煤机的外型尺寸受牵引部尺寸的直接影响。因为采煤机的工作环境恶劣、空间狭小、照明不足，牵引系统的操作应该力求方便、省力、简单灵活，从而使整机更加实用方便。

设计中，我不断的查阅资料，请教老师，来进一步熟悉薄煤层采煤机的整体构造及各部分的工作原理，并对其牵引部减速器进行细致分析，设计，使其耐用并且省时省力容易维修，在工作中能够有更好的经济效益。

在对减速器的设计过程中，运用了许多机械设计方面的知识，例如传动方案的确定、电动机是选择、传动比的分配、齿轮的设计与校核、轴的设计与强度校核等，同时也用到了机械制造技术方面的知识，考虑加工与装配的可行性。