进口采煤机国产牵引块应用研究

曹杨 党亚歌

（1、中天合创能源集团葫芦素煤矿，内蒙古鄂尔多斯 017000 2、西安煤矿机械有限公司，陕西西安 710201）

为了解决中天合创能源集团葫芦素煤矿四盘区工作面煤层厚度沿工作面推进方向从5.3m 到2.8m 逐渐降低，无法自始至终使用同一高度的进口EKF SL900 采煤机采煤的问题，我公司与西安煤矿机械有限公司合作对原EKF SL900 采煤机进行升级，目的是降低原采煤机机面高度，满足四盘区工作面的开采需求，同时解决EKF SL900 采煤机进口链轮总成、导向滑靴等易损配件供货不及时、价格昂贵等问题。西安煤矿机械有限公司从2019 年开始对葫芦素煤矿EKF SL900 采煤机牵引块、支撑腿等部件进行国产化研究工作。2020 年10 月由西安煤矿机械有限公司自主研发的进口采煤机国产化牵引块在中天合创能源集团葫芦素煤矿开始进行应用。

1 国产牵引块应用研究的条件

1.1 国产牵引块应用工作面的地质条件

EKF SL900 采煤机国产化牵引块在葫芦素煤矿四盘区21405 工作面进行应用研究，21405 工作面为四盘区首采工作面，位于四盘区中部，工作面单巷布置，平均埋深约650m，倾角约为-3°～+3°。21405 工作面东侧为四盘区辅运大巷，西侧为四盘区井田边界线，北侧为240m 暂不开采的保护煤柱，南侧为21406 工作面。

21405 工作面为左工作面，工作面长度299.6m，有效推进长度3080.8m，煤层厚度2.8-5.3m，煤层最厚处位于切眼附近，厚度约5.3m，最薄处位于工作面停采线附近，厚度约2.8m，平均厚度3.5m。更换国产牵引块时，工作面推进方向剩余约920m，煤层厚度4.2m-2.8m，可采煤量113 万t，设计可采期限4 个月。

1.2 国产牵引块结构特点

牵引块作为采煤机行走的工作机构，主要是与刮板输送机配套使用。牵引块通过高强度双头螺柱与采煤机内牵引箱连接，内牵引箱通过花键轴将输出的扭矩和转速传递给牵引块，牵引块将内牵引箱输出的扭矩和转速转化为采煤机整机前进的牵引力和速度。牵引块的结构属于半开式一级直齿轮减速箱，它的质量和可靠性直接影响到采煤机的生产效率。采煤机行牵引块结构图见图1，采煤机国产化牵引块技术特点见表1。

图1 采煤机牵引块结构图

表1 采煤机国产化牵引块技术特点

2 国产牵引块应用研究的过程

进口采煤机国产牵引块应用研究主要完成了国产牵引块与进口采煤机以及刮板输送机整体安装配套性能应用研究、国产牵引块整体结构可靠性应用研究、国产牵引块与进口采煤机内牵引箱组成的牵引系统可靠性应用研究等三个阶段，完成了近十项的应用研究工作。

2.1 牵引块整体配套性能应用研究

国产牵引块整体配套性能研究主要是按照《综采工作面安装作业规程》对采煤机国产牵引块与进口采煤机内牵引箱连接可靠性进行检验，对牵引块与输送机的安装布局合理性进行验证，同时在采煤过程中对牵引块中导向滑靴、链轮总成与刮板输送机销轨之间的啮合特性进行研究，检验牵引块结构设计的先进性与合理性。

经过井下应用验证，该牵引块与进口采煤机内牵引箱之间连接合理、可靠，与刮板输送机销轨之间啮合顺畅，采煤过程中采煤机行走平稳。整体配套性能良好，能够达到合同和煤矿井下实际应用要求。

2.2 国产牵引块整体结构可靠性应用研究

采煤机牵引块作为采煤机牵引系统的关键部件，其结构的质量好坏直接影响着采煤机整机能否高效、可靠运行。井下应用中重点对国产牵引块壳体和传动齿轮可靠性进行了研究分析，对牵引块导向滑靴、链轮总成等易损易耗件进行了研究分析。

应用研究过程中该国产牵引块壳体未出现壳体开裂、变形、磨损严重等现象，驱动齿轮、链轮总成等未出现断齿、齿面剥落、啮合不畅等情况，国产牵引块在葫芦素煤矿21405 工作面连续过煤113 万吨，行走360km，整体性能良好，使用护方便，可靠性较高，达到进口水平。

2.3 采煤机整机牵引系统可靠性应用研究

该采煤机国产牵引块是为了满足葫芦素煤矿四盘区煤层厚度变化专门研制的，采用的是驱动轮+链轮总成齿轮形式的一级直齿传动结构，中间未设计惰轮结构。由于采煤机内牵引系统是原装进口设备，外牵引块是西安煤矿机械有限公司自主设计制造的产品，因此采煤机内、外牵引之间的匹配使用效果也是此次应用研究的重点。

应用初期发现更换国产牵引块后采煤机在采煤过程中频繁出现过载停机现象，尤其是向机尾方向采煤过程中出现过载停机次数明显多于采煤机向机头采煤，每班次最高多达13 次，严重影响了21405 工作面的生产进度。

经现场跟踪排查，先后排除了牵引块驱动轮与链轮总成之间啮合不畅、导向滑靴与输送机销轨间隙过小、链轮总成与输送机销轨啮合不畅、采煤机支撑腿与输送机铲板槽帮之间干涉等多种能够引起采煤机采煤过程中阻力过大，从而导致采煤机频繁过载停机等因素。排除了由于采煤机电气系统故障引起的采煤机频繁报过载故障从而停机等因素。

对采煤机整机牵引系统进行研究分析，发现原EKF SL900采煤机牵引电机功率150kW，牵引电机转速1785r/min，内牵引箱传动比为68.57，外牵引传动比为2.38；国产改造后采煤机牵引电机功率150kW，牵引电机转速1785r/min，内牵引箱传动比为68.57，外牵引传动比为2.21。分别对改造前后采煤机的牵引力、牵引速度等参数进行计算。采煤机牵引块改造前后牵引系统参数见表2。

根据表2 可以看出，采煤机安装国产牵引块后，整机额定牵引速度由16.1m/min 增加到17.3m/min，增大约7.45%；最大牵引力由951.4kN 减少至883.5kN，减小约7.15%。

为了查找采煤机频繁过载的原因，并结合采煤机牵引系统计算结果，对采煤机内牵引系统进行调速设计改进，目的是增大安装国产牵引块采煤机的传动比，增大采煤机最大牵引力。内牵引箱改进后的采煤机牵引系统参数见表3。

表2 采煤机牵引块改造前后牵引系统参数

表3 采煤机内牵引箱改造前后牵引系统参数

根据表3 可以看出，对安装国产牵引块的采煤机内牵引箱传动系统进行改进后，整机额定牵引速度由17.3m/min 减少到15.98m/min，减少约7.63%；最大牵引力由883.5kN 增加至957.3kN，增加约8.35%。

2.4 采煤机过载停机原因分析及解决办法

经过近一个月的应用研究分析，初步判断采煤机频繁过载的原因主要有三点：

2.4.1 采煤机机面高度由原来的2253mm 降低到1703mm后，采煤机过煤空间由原机的1154mm 降低至604mm，当采煤机采煤速度过快，煤壁片帮严重时采煤机行走阻力加大。

2.4.2 采煤机改造后牵引力比原EKF SL900 采煤机牵引力小约7.15%。

2.4.3 采煤过程中工作面支架控制不合理导致煤壁片帮加剧。

采煤机频繁过载停机是以上三方面因素综合作用的结果。因此，解决采煤机过载停机问题除了对采煤机内牵引系统进行升级以增大采煤机最大牵引力外，还应该根据工作面煤层条件的变化对工作面采煤工艺进行调整，采取单向采煤或者双向采煤机时适当减小滚筒截深的采煤方法。

经过近三个月的应用验证，内牵引箱改进升级以后的采煤机在新的采煤工艺下基本消除了因过载引起的停机故障，有效的保证了工作面的顺利、安全推进。

3 应用研究研究取得的成果

3.1 进口采煤机国产牵引块在安装使用中与进口采煤机内牵引箱对接安装尺寸准确、合理，安装、维护方便；与输送机销轨安装合理、啮合顺畅，整体配套性能良好，可实现与进口对应型号采煤机牵引块的整组互换。

3.2 该国产牵引块应用期间壳体未出现开裂、变形、磨损严重等情况；导向滑靴、链轮总成取得了单个导向滑靴和单个链轮总成连续出煤113 万t，行走360km 的成绩；导向滑靴与链轮总成均可实现与进口EKF SL900 采煤机互换的目标。

3.3 结合井下应用中出现的过载问题，对采煤机内牵引系统进行改进，整机牵引力在国产改造采煤机基础上提高8.35%，一定程度上缓解了采煤机频繁过载停机的问题。

3.4 针对采煤机机面高度降低后引起的过煤空间高度降低，以及工作面片帮严重引起的采煤机行走通道煤量过大等因素导致采煤机行走阻力增大，最终导致采煤机过载停机等问题，形成了一套合理的采煤工艺，有效的提高了采煤操作工的业务水平和操作技巧，保证了工作面的顺利、安全推进。

3.5 形成了一套全面、先进的采煤机国产牵引块应用研究理论和研究方法，获取了采煤机牵引块设计、计算、使用的第一手可靠数据，为后续采煤机整机国产化研究、使用工作奠定了良好的基础。

4 结论

进口采煤机国产牵引块应用研究研究证明该牵引块各项性能指标均达到甚至超过了预期的研发目标和设计要求，并在使用中结合实际问题积累了一套国产牵引块设计、制造、改进的方式方法，总结了一套特殊工作面条件下特殊的采煤工艺。该国产牵引块能够满足中天合创葫芦素煤矿复杂地质条件下井下高产、高效的生产需求，具备整组替代进口采煤机牵引块和单件替代进口采煤机易损件的能力。

由于该牵引块是在进口采煤机基础上进行的研究改造升级，在设计、制造与维护等方面都存在不足，应用研究期间不可避免的出现了一些问题，这些问题为后续采煤机牵引块的改进和整机国产化研究工作积累了丰富的经验。