2400系列厚煤层采煤机的应用研究

冯 昊

（大同煤矿集团挖金湾虎龙沟煤业有限公司， 山西 大同 037003）

1 厚煤层采煤机概况

1.1 厚煤层采煤机结构

厚煤层采煤机具有采高大、装机功率大、截割能力强的特点。厚煤层采煤机总体结构主要由左右滚筒、左右摇臂、机身、顶护板和大块煤破碎机等组成。一般采用分体式直摇臂，在机身上平面设置顶护板，以防止片帮煤滑向采空侧。在机身输送机机尾侧设有大块煤破碎机，以防止大块煤堵塞机身下方的过煤通道。机身部分一般分为三段，由中间电气控制箱、左右牵引行走部组成，牵引减速箱体内设有喷雾冷却系统、液压泵站，机身三段之间通过销与液压拉杆紧。当前煤炭科学总院上海研究院是我国厚煤层大功率采煤机的开发单位，自2005年后推出了截割功率650 kW以上典型的厚煤层采煤机机型有1620、1815、2245和2400系列，当前主要是对2400系列采煤机进行分析研究[1]。

2400系列采煤机主要结构特点：采用分体式摇臂，直摇臂主体可左右互换，内外双重冷却，冷却效果好；采用块化设计，配套性好、适应性范围广；多电机横向布置，各机、电控组件采用抽屉式结构，可从采空侧抽出，便于安装维护；采用大节距无链牵引机构，牵引力大；配备机载破碎机，可防止大块煤堵塞机身的过煤通道；采用先进的基于DSP处理器的网络分布式控制技术和信息传输技术[2]。

1.2 厚煤层采煤机适用条件

厚煤层采煤机适用于采高范围3.0～7.0 m的厚煤层一次采全高综合机械化工作面或煤层综合放煤层开采工作面，工作面倾角≤15°，煤层沿走向方向俯仰角≤±10°，煤质硬度≤5，夹矸硬度≤10。

2 厚煤层采煤机技术特征

对煤炭科学总院上海研究院生产的2400系列厚煤层采煤机的技术特征进行分析。

2.1 高强度摇臂壳体

摇臂是采煤机的重要工作部件，起传递截割功力和承受截割反力的作用。由于摇臂传递功率大，且其外形受空间限制，受力情况十分恶劣。摇臂壳体要承受零部件的重力，同时要承受滚筒割煤过程中受到的各种冲击负载。因此，提高壳体力学性能是大功率厚煤层采煤机摇臂的关键技术之一。当前2400系列厚煤层采煤机采用高强度摇臂壳体、Cr-Ni-Mo系低合金铸钢材料及热处理工艺，钢材具有较高的强度和韧性，屈服强度达550 MPa以上，抗拉强度达700 MPa以上，表面硬度（HB）达 200～240。

2.2 摇臂冷却技术

摇臂传动系统在工作过程中会产生热量，一部分是齿轮传动效率和轴承效率转化的热量，另一部分是齿轮转动时搅拌油液产生的热量。摇臂热量过多会导致关键零件的失效等问题，所以解决好摇臂的热平衡问题，对于提高传动装置工作的可靠性起着极为关键的作用。通过对摇臂温度场分布的分析，获得温度场分布规律，优化冷却装置，开发出新型冷却装置，应用于2400系列厚煤层采煤机中，以满足大功率摇臂高强度长时间连续运行的需要。

2.3 大节距无链行走系统

无链行走系统是保证采煤机沿工作面连续工作的基础。现代采煤机普遍采用齿轮-销轨式无链牵引方式。随着装机功率、牵引力和引速度的增大，126 mm节距行走系统已无法满足配重型采煤机高效生产的需要。通过啮合仿直、齿形和材料与工艺优化，研制了147 mm节距且承载能力为1 000 kN以及172 mm、176 mm节距且承在能力1 500 kN的采煤机无链行走系统，可配套中部槽长度1750mm和2050 mm的工作面刮板输送机[3]。

2.4 TDECS电气拉制系统

2400系列厚煤层采煤机采用先进的TDECS电气控制系统，能满足煤炭开采对采煤机先进可靠控制技术的需求，其特点主要有：

1）采用网络分布式拉制结构，以高可靠、高性能CAN控制总线技术为骨架，且有高度灵品的可扩属性，中等粒度模块化设计，易于维护。

2）控制模块核心采用先进的ARM+DSP处理器，集成度极高。各CPU每秒可处理超过7 000万条指令，运行速度快，与常规基于PLC或工控机构的系统相比，各项保护与操作反应灵敏，处理能力强，可在不改动硬件的情况下，增加更多的控制与系统故障诊断功能。

3）恒功率自动控制。动力监测与保护模块将两截割电机的当前负荷状态通过CAN通道实时传送到主控制器，由主控制器根据当前系统状态，执行恒功率自动调节[4]。

4）自行开发的采煤机操作控制软件高效稳定，智能化、自动化程度高，对关键操作提供多重故障识别和保护，安全性高。

5）系统拓展性强，除先进的顺槽通信双向无线电遥控选购件外，系统还提供诸如远程操作控制、带端头工艺自动循环的记忆截割以及扩展工况监测系统等丰富的功能选购件，具备远程控制、记忆截割等功能。

6）可选配带OLED中文实时监视功能的高级无线电遥控系统，通过该手持式双向无级电遥控系统，操作司机可随时方便地了解采煤机当前运转情况。

7）可配备的采煤机到顺槽全双工控制通信系统选购件，采用高抗干机TSK调制与PLL解调技术，在无需单独通信线的条件下，使得采煤机到顺槽数据传输速度超过同类进口采煤机3倍，可靠性也大幅提升。

2.5 高强度液压拉杆

采煤机机身除安装有牵引传动系统、电气控制系统、液压泵站、供水系统外，还连接摇臂，起支撑、承受机器重力，截割和牵引反力的作用。为便于安装运输，采煤机机身通常采用分体式结构，分为左牵引箱、中间电气控制箱和右牵引箱三个部分。机身各部分之间的连接可靠与否关系到采煤机的工作可靠性，针对机身各段之间易出现连接件松动、断裂等问题，除采用圆柱销定位外，还开发了M64/M72液压螺母、高强度拉杆，通过液压螺母将拉杆拉紧，以紧固机身，机身的紧固力可达到外负载的5倍以上，连接可靠。由于长拉杆产生较大的弹性变形量，也可有效防止松动。

3 应用实例分析

2400系列厚煤层大功率采煤机分别在同煤集团、伊泰集团、神华集团、充矿集团、淮南矿业、安徽恒源煤电、淮北矿业集团、内蒙古汇能集团、陕西神木汇森集团、鄂尔多斯东辰煤炭有限公词、鄂尔多斯昊华精煤有限公司等矿使用。

2018年，MG750/2400-GWD型交流电牵引采煤机配套ZY8600/24/50D中部支架、SGZ100/3×700型工作面输送机在同煤集团挖金湾虎龙沟煤业公司使用，工作面平均开采高度4.7 m，长度300 m，煤层倾角1°～3°，采用走向长壁后退式采煤法，取得最高日产4.65万t，最高月产108.22万t、连续3个月平均月产96.23万t的业绩。MG750/2400-GWD型交流电牵引采煤机用于厚煤层开采项目取得了成功，圆满完成项目的各项考核指标。