大倾角采煤机关键技术研究与应用

大倾角采煤机关键技术研究与应用

周鹏

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司，宁夏 银川，750021

摘要：大倾角煤层是我国煤炭储量和产量中的重要部分，特别是在南方地区。由于其特定的地理结构，这种煤层的开采效率低，劳动强度高，公认为难采煤层。近年来，尽管我国在高产高效技术上取得了进展，大倾角煤层的开采理论和关键技术仍然进展缓慢。随着经济的增长和矿井从其他煤层转向难采煤层，研究大倾角采煤机的关键技术并提高其机械化水平变得至关重要。

关键词：大倾角采煤机；关键技术；应用研究

引言：大倾角采煤机技术的发展对于提高这些难采煤层的开采效率至关重要。首先，这项技术能显著降低劳动强度，通过机械化替代传统的人工开采方法。其次，它在提高开采效率和煤炭回收率方面扮演关键角色。然而，这些设备在运行中面临诸如牵引力不足、制动系统不稳定和润滑问题等一系列技术挑战，这些挑战限制了它们的性能和效率。因此，对于大倾角采煤机的关键技术进行深入研究，并在实际应用中不断优化这些技术，是提高这些难采煤层开采效率的关键。此外，这也将有助于降低开采成本，减少环境影响，并促进中国煤炭行业的可持续发展。本文旨在探讨这些技术挑战，并提出相应的技术研究方向，以期促进大倾角采煤机技术的进一步发展和应用。

一、大倾角采煤机存在的问题

1牵引力不足

在大倾角采煤机的操作中，牵引力不足是一个显著问题。这种情况在斜坡较陡的矿区尤为严重，因为机器需要克服重力和地面摩擦力来移动。牵引力不足的主要原因可能包括发动机功率不足、传动系统设计不当或维护不良。这不仅导致机器运动迟缓，还可能在开始作业时就无法启动。由于这种动力不足，采煤机在处理硬质矿石时尤其表现不佳，这影响了开采效率，延长了作业时间，增加了能源消耗和运营成本[1]。

2制动系统不稳定

在倾斜的地面上，采煤机的制动系统对于确保操作安全至关重要。然而，由于设计缺陷、制动部件磨损或维护不当，这些机器的制动系统往往难以稳定工作。这种制动性能的不稳定可能导致机器在下坡时失控，增加了操作人员和周围工作人员的安全风险。此外，不可靠的制动系统还可能导致机器在不应停止的时候突然停机，从而影响连续生产流程。长期的制动问题还可能导致更严重的机械故障和需要昂贵维修的情况。

3润滑不足

润滑问题在大倾角采煤机中同样常见，它们直接影响到机器的可靠性和效率。良好的润滑对于减少摩擦和磨损至关重要，尤其是在机械部件持续承受高负荷的条件下。润滑不足的原因可能包括使用不当的润滑油、润滑系统设计缺陷或维护不足。这会导致机器部件过度磨损，增加了故障的风险，从而可能导致意外的停机时间和生产损失。此外，润滑不足还会增加能源消耗，因为机器部件在高摩擦状态下运行效率低下[2]。

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二、大倾角采煤机的关键技术

1优化牵引系统

大倾角工作面因其特殊的地质环境和工作条件，为采煤机的牵引能力提出了更高的要求。牵引能力不仅直接关系到采煤机的工作效率，还涉及到整个矿山作业的稳定性和安全性。为此，强力牵引系统的开发显得尤为重要。通过增加牵引功率，采煤机能够有效地在斜坡上移动，而不受到地质因素的太大影响。而大节距行走系统则是提高牵引性能和可靠性的另一关键技术，例如，大节距系统的齿轮磨损率可能为每万小时0.5毫米，而小节距系统可能高达每万小时1.5毫米。国内大倾角采煤机在这方面的研发已经取得了很大的进展，仿真分析和齿形修形使得行走轮与刮板运输机的啮合特性更加优化，进一步提高了其可靠性。

2轻量化设计

在大倾角工作面的采煤机设计中，轻量化设计的重要性日益凸显，特别是为了降低机身重心，从而提高运行稳定性。以采煤机的摇臂为例，作为机器的关键部件，其设计不仅需要确保强度和耐用性，同时也需关注重量的减轻。采用高强度合金铸钢等轻质材料，结合先进的铸造和热处理工艺，可以在保证摇臂强度的同时显著减轻其重量。这种轻量化设计对降低整个采煤机的重心至关重要，尤其是在倾斜的工作面上。重心较低的机器在斜坡上运行时更稳定，降低了翻倒的风险，增强了操作的安全性。有限元分析技术在这一过程中扮演了核心角色，它使工程师能够精确计算材料分布和结构设计的最佳方案，有效地去除非必要的材料，进一步降低重量，而不牺牲设备的整体稳定性和安全性[3]。

3高可靠性制动器

任何机械设备的制动系统都是其安全性的关键组成部分，对于大倾角采煤机而言尤为如此。由于其工作环境的复杂性，制动器的可靠性成为了首要考虑的因素。过热是制动器常见的问题，对制动性能和制动器寿命都有很大的影响。为解决这一问题，采用了波形弹簧，确保摩擦片间隙，使得制动器即使在极端条件下也能稳定工作。此外，制动性能的冗余设计也是关键，它确保了即使某一部分制动器出现故障，整体的制动系统仍然可以正常工作，从而保证了采煤机的安全运行。

4高效润滑系统

摇臂在采煤机中起到核心作用，特别是上摇臂。如果它不能得到适当的润滑，可能会造成设备过早的磨损，甚至停机。为了满足这种大倾角工作环境的特殊润滑需求，当前领域开发了一种强制润滑方法，这种方法采用专用的机械式螺旋泵，能够将齿轮油高效地输送到行星减速器和轴承内部，确保设备内部的齿轮、轴承和密封件得到适当的润滑。与此同时，下摇臂在采煤时通常处于水平状态，因此可以采用更简单的飞溅润滑方法。

5滚筒装煤规律及参数优化

对于大倾角采煤机，如何有效地进行装煤操作是其设计和使用中的一个核心问题。通过使用3D离散元模型，可以更准确地理解滚筒装煤的规律，从而进行参数优化。例如，通过调整滚筒的直径、叶片的大小和角度、滚筒的转速以及采煤机的行走速度，可以达到更高的装煤效果，不仅有助于提高装煤效率，还能够减少机械故障，延长设备使用寿命。

6挡煤板的使用

在大倾角的工作面上，传统的装煤方法可能会遇到困难，因为煤可能不容易被摇臂捡起。为此，工作人员提出了使用弧形挡煤板的解决方案，这种挡煤板可以安装在摇臂上，并与滚筒形成一定的夹角，这样，在采煤过程中，落下的煤块可以更容易地被推向刮板输送机。挡煤板的这种应用不仅可以提高装煤效率，还可以减少煤的损失和堆积，进一步提高生产效率[4]。

三、应用分析

大倾角采煤机的技术进步与应用，特别是MG750/1920-WD型电牵引采煤机，其采用了国内外首次的176mm大节距牵引行走系统，这种技术的引入确保了其在倾斜煤层中的高效行走，更令人印象深刻的是其达到的1350kN的牵引力，这种巨大的牵引力不仅提高了机器的工作效率，还使其能够在更加倾斜的工作面上进行开采。结合其轻质化的设计和使用高强度材料，使得其在神华宁夏煤业集团的多个矿区得到了成功的应用。而MG550/1380-WD型采煤机在设计之初，就针对大倾角煤层的特点，加入了强制润滑泵，这一设计解决了在高倾角下传动系统润滑的难题。同时，为了保证安全和稳定，该机型还采用了高可靠性的YDD800型液压制动器，这确保了在大倾角条件下的可靠制动，为工人的生命安全提供了额外的保障。在实际应用中，这两种采煤机的表现都超出了预期。

结束语

综上所述，当前为了满足国家的经济增长需求，不得不考虑将工作重点转向难采的煤层。因此，探讨大倾角采煤机的关键技术，特别是如何有效地解决开采中遇到的问题，并进一步提高机械化水平，对我国煤炭行业的未来至关重要。

参考文献

[1] 钱立全,唐葆霖.大倾角采煤机的关键技术研究与典型应用[J].煤矿开采, 2018, 23(5):3.

[2] 李加林,李强,黎亮,等.薄煤层大倾角综采工作面采煤机关键技术应用研究[J].煤矿开采, 2013, 18(6):3.

[3] 王志广.薄煤层大倾角综采工作面采煤机关键技术应用研究[J].矿业装备, 2018(1):2.

[4] 申兆宏.半煤岩大倾角电牵引采煤机关键技术研究[J].机械工程与自动化, 2013(4):2.