1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050190引言我国薄煤层资源丰富，随着最近十几年中厚煤层的加速开采，许多煤矿易于开采的中厚煤层越采越少，开采薄煤层成为必然选择。在国内，采高范围在1 m左右的薄煤层分布广泛，尤其以西南地区最多。对于1 m左右的薄煤层开采，由于开采的经济效益较差，开采装备投入相对较少，煤矿在设备选型时大多节省成本而选择装机功率较小的采煤机，装机功率一般在400500 kW，自动化程度也相对较低。然而，实际开采过程中，薄煤层工作面往往夹矸、断层较多，起伏
2、较大，进一步加大了薄煤层的开采难度。在遇到煤质较硬或夹矸较多的工作面时，采煤机经常出现牵引过载、摇臂故障率高、可靠性差等问题，且产能低、自动化程度低，无法满足薄煤层工作面的高效开采需求。因此，研制一种采高范围在1 m左右的薄煤层大功率自动化采煤机势在必行。1国内外现有1 m采高薄煤层采煤机对于1 m左右薄煤层的开采，国内目前已有的薄煤层采煤机主要有太重的420采煤机、三一重装的485采煤机、无锡煤机的458采煤机、西安煤机的460采煤机以及天地上海的446采煤机，在国外，EICKHOFF研 发 的SL300L采 煤 机，JOY研 发 的7LS0采煤机。主要参数对比如表1所示。从国内外采煤机对比
3、来看：国内各厂家适用1 m左右煤层开采的采煤机机面高度普遍在700 mm以下，装机功率在450 kW左右，截割功率在200 kW左右，虽然基本能满足最低1 m的采高需求，但其装机功率和截割功率较小，已不能适应薄煤层复杂的地质构造及当前煤矿高效开采的需求。国外EICKHOFF的SL300L和JOY的7LS0装机功率虽然较大，但其最低采高在1.2 m左右，无法满足1 m的采高需求。另外，上述采煤机普遍存在自动化应用水平不高的问题，无法满足1 m采高薄煤层高效自动化生产的要求。表1国内外适应1 m薄煤层开采的采煤机主要参数对比2适用于采高1 m的薄煤层大功率采煤机研制经过多次到全国薄煤层主采矿区进行
4、现场调研，根据工作面条件和煤矿提出的功率、采高方面的使用要求，确认了采煤机的整机结构布置方式和技术参数。研制了一种MG350/830-WD型薄煤层大功率采煤机，在满足1 m采高的前提下，装机总功率达到830 kW，自动化水平高，整机结构如图1所示。图1薄煤层大功率采煤机采高 1 m 的薄煤层大功率采煤机研制刘峰1，2（1.中煤科工集团 上海有限公司，上海200030；2.天地上海采掘装备科技有限公司，上海201400）摘要：在分析了国内外现有1 m采高薄煤层采煤机的基础上，研制了一种适用于采高1 m的薄煤层大功率采煤机，详细介绍了该采煤机的主要技术参数、关键技术和使用情况，该采煤机成功解决了1
5、 m薄煤层工作面的高效开采问题。关键词：1 m采高；薄煤层；大功率；采煤机中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0061 03Development of 1 m Mining Height Thin Coal Seam High-powerShearerLiu Feng1，2(1.Shanghai Co.,Ltd.,China Coal Technology and Engineering Group,Shanghai 200030,China；2.Tiandi ShanghaiMining Equipment Technology Co.,L
6、td.,Shanghai 201400,China）Abstract:Based on the analysis of the existing 1 m mining height thin coal seam shearer at home andabroad,a high-power shearer suitable for 1 m mining height thin coal seam was developed.The maintechnical parameters,key technologies and application of the shearer were intro
7、duced in detail.Theshearer successfully solves the problem of efficient mining in 1 m thin coal seam working face.Key words:1 m mining height；thin coal seam；high-power；shearer厂家太重三一无锡西安天地EICKHOFFJOY机型420485458460446SL300L7LS0采高/m0.91.50.91.60.91.40.81.30.81.61.21.81.252.2机面高度/mm670652680600620750890
8、装机功率/kW420485458460445.5690740截割功率/kW18021020020020030030061第44卷第5期Vol.44 No.5采高1 m的薄煤层大功率采煤机研制刘峰2.1主要技术参数采高/m1.01.5机面高度/mm680装机功率/kW830电压等级/V3 300截割功率/kW350牵引功率/kW255牵引速度/mmin-101220滚筒直径/mm950，1 000滚筒截深/mm630整机质量/t30配套刮板输送机SGZ730及以上2.2关键技术（1）薄煤层整机布置结构设计从采煤机整机布置方式来看，国内外适应薄煤层开采的采煤机有正常布置和爬底板布置2种常规方式，2
9、种布置方式对比来看，正常布置方式的采煤机存在两点不足：过煤空间较小由于受到牵引电机和牵引传动系统尺寸的限制，机身厚度很难减薄，这就使得在机面高度较低的情况下过煤空间较小；截割电机影响过煤空间和机头、机尾卧底量截割电机布置在两槽帮之上，直接影响了有效过煤空间。同时由于机面高度较低，截割电机筒体与槽帮距离较近，加之配套滚筒直径小，严重影响了机头、机尾的卧底量。爬底板布置方式的采煤机虽然克服了正常布置方式采煤机的两点不足，但由于其主要结构部分全部布置在煤壁侧，整机重心偏离了支撑滑靴，位于煤壁侧，采煤机在运行过程中受力状况恶化，降低了采煤机的运行稳定性。另外，由于整个机身布置在煤壁侧底板上方且空间有限
10、，这样使采煤机容易受到底板起伏等条件的影响，降低了其适应性。综合考虑，新研制的MG350/830-WD型采煤机提出了机身半悬和摇臂全悬的整机布置结构形式，既解决了正常布置方式采煤机机面高度、截割功率及过煤空间三者之间的矛盾，又解决了爬底板布置方式采煤机由于整机重心位于煤壁侧而导致的运行不稳定和适应性差的问题。（2）薄煤层小体积、大功率摇臂摇臂结构布置方式研制2种不同形式的350 kW大功率悬臂式摇臂，一种为行星减速器前置式摇臂，转速较高，滚筒输出端无行星机构，能满足小直径滚筒的安装，可实现低采高的要求；另一种为悬臂式摇臂，转速较低，滚筒输出端有行星机构，输出扭矩大，可满足煤质较硬或夹矸较多的工
11、作面使用。齿轮传动系统的温升控制技术和高效润滑技术对摇臂齿轮传动系统进行温度场分析，建立摇臂流固耦合分析模型，分析摇臂热源产生的部位及热量的传导路径，在此基础上开发了高效循环冷却系统，解决了摇臂齿轮传动系统的温升控制问题。深入研究摇臂齿轮传动系统的润滑机理、润滑方法、润滑途径，研制了多段分腔润滑系统对齿轮传动系统进行持续的高效润滑，保证摇臂齿轮传动系统的可靠运行。薄煤层小直径滚筒装载性能研究影响滚筒装载效果的相关因素，分析现有薄煤层采煤机滚筒的参数数据，深入研究各参数对滚筒装载效果的影响规律，建立滚筒单因素作用或多因素共同作用下影响滚筒装载效果的数学模型及仿真模型，在此基础上优化滚筒的参数设计
12、，进而提高了薄煤层采煤机小直径滚筒的装载效果。（3）适用于薄煤层开采的高速牵引行走系统采煤机牵引与截割性能匹配性在分析现有薄煤层采煤机参数数据的基础上，总结薄煤层采煤机参数的匹配规律，建立薄煤层采煤机主要参数匹配的数学模型，求解高速牵引工况下采煤机截割功率、牵引功率、滚筒转速与牵引速度之间的匹配关系，应用模糊综合评价法对多种参数方案进行评价，比较各种方案参数的优劣，确定满足条件的最优方案，进而优化采煤机总体参数的设计。行走系统可靠性研究行走轮、导向滑靴的失效模式和失效机理，分析行走轮、导向滑靴的接触应力、疲劳寿命，在此基础上优化行走轮的齿廓曲线和导向滑靴的拓扑结构，进而提高行走轮的可靠性。研究
13、导向滑靴的磨损机理，采用高性能耐磨方法提高导向滑靴的耐磨性能。通过以上措施综合提高行走系统的使用寿命。（4）高精度自动开采技术摇臂采高检测系统针对目前摇臂摆角传感器可靠性差的问题进行优化设计，采用油缸行程检测的方式，开发了一种摇臂采高检测系统，将传感器内置于调高油缸的缸体中，并选用性能可靠、容易维护、精度高的位移传感器提升检测精度，实现对滚筒截割高度的高精度检测，提高了采煤机自动化开采的精度。62第44卷第5期Vol.44 No.5采高1 m的薄煤层大功率采煤机研制刘峰采煤机振动信号采集与识别系统为克服采煤机工作过程中振动产生的影响，开发了能测量并记录振动数据的传感器系统，实时测量采煤机工作过
14、程中各部位的振动数据。通过分析这些振动数据，得出振动与截割电机过载倍数之间的关系，以及振动与煤质、矸石含量之间的关系，得出采煤机电控系统能够承受的振动极限数值，为电控系统设计及保护限值整定提供依据。开发的采煤机振动信号采集与识别系统，实现了对采煤机运行时振动情况的实时采集与分析，将对采煤机的结构设计及保护功能设计具有重大的意义。3结语研制的适用于薄煤层开采的MG350/830-WD型采煤机，实现了最低1 m薄煤层的开采，主要解决了机面高度低与装机功率、过煤高度要大之间矛盾突出，小体积、大功率摇臂和高速牵引行走系统可靠运行，高精度自动开采等技术问题。该采煤机机面高度小于700 mm，装机总功率达
15、到830 kW，大幅提高了薄煤层采煤机的装机功率，是目前国内1 m采高功率最大的薄煤层采煤机。已经在薄煤层工作面得到了应用，使用效果良好，可满足工作面年产百万吨自动化开采需求，具有十分广阔的应用前景。参考文献：1陶驰东采掘机械M.北京：煤炭工业出版社，19852翟雨生 MG200/446-WD1型薄煤层采煤机的研制J.煤炭技术，2017，36(3):270-2723刘峰 MG450/1100-WD型薄煤层大功率采煤机研制J.煤矿机械，2022，43(2):34-364章立强，黄国旺 MG100/238-WD型薄煤层电牵引采煤机的研制J.煤矿机电，2007(3):11-12+15作者简介：刘峰（1983-），江苏徐州人，副研究员，硕士，主要从事采煤机械研究与开发工作.责任编辑：赵荣收稿日期：2022081363