教学课件：《矿山机械》

1、矿山机械采掘机械部分 矿山机械是采矿工程和矿山机电专业的一门重要专业课，课程的任务是使学生掌握采掘机械、运输机械、提升机械、流体机械等矿山机械设备的用途、工作原理、结构性能和选型计算方法，为今后从事矿山工作打下良好的基础。 矿山机械是一门实践性很强的专业课程，在学习本课程之前，学生应有从事矿山机械方面的实践经验，或在学习中围绕本课程参加一定的生产实践。 采掘机械主要讲述煤矿井下采煤机械、支护设备和掘进机械的结构特点、工作原理、性能参数、适用条件、设计方法以及选型原则和配套关系。 采掘机械采掘机械主要讲解内容：1.采掘装备国内外发展现状、特点及发展趋势；2.滚筒式采煤机的组成、工作原理和基本特征

2、,连续采煤机和刨煤机结构及特点；3.支护设备的结构类型特点、工作原理、组成及液压系统；4.钻孔机械、装载机械、掘进机械的结构与特点；5.综采工作面设备选型配套技术。采掘机械第一章 采掘装备现状与发展趋势本章教学的重点与难点重点：理解采煤机、液压支架、掘进机械等装备的发展现状难点：对于工作面机电设备和掘进机械结构的理解本章教学的目的与要求了解：现代采掘装备目前发展趋势掌握：采掘装备技术研究现状第一章 采掘装备现状与发展趋势第一节采掘装备现状第一节采掘装备现状 目前，我国绝大多数高产高效矿井是在以厚煤层开采为主的生产条件下实现的，厚煤层开采方法主要有综采放顶煤开采和大采高综采2种，放顶煤开采虽然己

3、经在我国发展成为一种厚煤层高产高效采煤方法，但仍有许多难以解决的技术难题(如上覆岩层运动及破坏、顶煤破坏、基本顶岩层平衡、巷道矿压、瓦斯、自燃和工作面煤尘等安全问题)。对于49m的稳定厚煤层，大采高综采具有更好的技术经济优势。厚煤层大采高综采配套装备发展现状为： (1) 新型大功率电牵引采煤机总功率达到3000kW以上，装备了采用先进的信息处理技术和传感技术的控制和故障诊断系统。德国Eickhoff公司的SL系列采煤机采高范围3.08.0m，最大牵引力可达1114kN，最大牵引速度可达29m/min，可以截割f10的煤和岩石。美国JOY公司的LS系列采煤机截高范围3.09.0m，最大牵引力可达

4、1620kN，最大牵引速度可达30m/min。 国内研制成功MG1000/2500-WD、MG1100/2760-WD和MG1150/3000-WD等大采高、大功率、智能化控制的交流电牵引采煤机。整机为无底托架积木式组合结构，CAN总线结构、DSP处理器的嵌入式控制系统，实现网络分布式信号处理，基于智能化专家系统的采煤机运行信息分析及故障诊断技术。第一节采掘装备现状 (2)工作面刮板输送机向着大运量、软启动、高强度、重型化、高可靠性方向发展。最大运量达6000t/h，装机功率41200kW或31600kW。中部槽的槽间连接强度己达到4500kN，链环直径最大达256mm。 研制成功SGZ140

5、0/31600型刮板输送机，高可靠性铸焊式2050mm长的整体加工中部槽，大功率摩擦限矩器、自动伸缩机尾、输送机综合监测传输系统、双向对称模锻刮板、高强度一次大卸载口交叉侧卸机头架、双联接链轮组件和大节距整体模锻销轨。研制成功SZZ1550/700型转载机、PLM6500破碎机，适用于大功率、宽体式锤式破碎机的大型整体锤体；新型的锤头固定技术，带防偏沉机构的皮带机机尾自移装置。第一节采掘装备现状 (3) 液压支架向高工作阻力的两柱掩护式支架发展，支护工作阻力达600026000kN，支护高度4.08.8m，支架立柱缸径360650mm，支架中心距达到2.35m，支架控制方式为电液控制与环形供液

6、，支架的降、移、升循环时间小于8s，支架的寿命试验高达63000次以上。 开发了ZY18800/38/83D、ZY26000/40/88D等系列大采高液压支架，首创了新型三级护帮、微隙四连杆机构和高强度结构钢混合气体保护焊及时效消除焊接应力新工艺；成功开发了650mm大缸径双伸缩立柱和新型密封结构；研制成功了国产支架电液控制系统。第一节采掘装备现状 (4) 在实现单机工况实时监测的基础上，研究开发了基于振动信息和采高位置自动控制的采煤机滚筒自动调高技术、液压支架电液控制技术，工作面巷道集中控制中心通过采用位置红外传输、速度检测和计算机集中控制软件程序，使采煤机、刮板输送机、液压支架等设备自动完

7、成割煤、运输、液压支架移架和顶板支护等生产流程，实现了工作面智能化和自动化生产。工作面巷道计算机集中控制中心实时监测工作面顶板压力、供电、供液系统、工作面巷道胶带系统、煤仓料位等设备运行工况，并通过矿井通讯光纤等介质经网络与矿井及上部管理层实现信息交流与通讯控制。第一节采掘装备现状 第二节采掘装备发展趋势 第二节采掘装备发展趋势 (1)综采工艺科学化 通过继续优化工艺参数，合理加大工作面长度，提高装备的自动化程度，使工作面单产水平继续提高。 (2)两柱掩护式液压支架具有结构上及自动化控制方式的优势，其配套设备与工艺的试验应用已经取得成功，将作为世界采煤业中关键技术装备而得到推广和应用。 (3)

8、设备能力大型化 为满足矿井大规模集中化生产的需要，大功率、高性能的设备将推动大型矿井技术进步和生产发展。最新科研成果的推广和应用，将大幅度提高技术与装备的生产能力、可靠性和自动化程度。第二节采掘装备发展趋势 (4)提高设备可靠性和寿命 随着综采技术的发展，工作面单产不断提高，矿井生产日益集中化，综采设备的适应性和可靠性显得尤为重要。 (5)安全措施标准化、系列化以及解决由于综采带来的一系列理论和实际问题 树立“大安全”观念，积极推行系列标准和先进管理方法，建立健全安全管理体系，提高矿井防范事故的能力。一、双滚筒采煤机 以电牵引取代液压牵引，向多电动机、大功率、机电一体化方向发展，既提高了截割牵

9、引速度和截深，大幅度提高单产，又增强了运行可靠性，且操作简易安全，维修方便。 电牵引采煤机采用多电动机的设计方案，优点是截割电动机横向布置，减少了传动齿轮副，简化了机械、传动系统，提高传动效率，为大幅度提高采煤机装机总功率创造了有利条件。第二节采掘装备发展趋势 一、双滚筒采煤机 例如：美国久益公司生产的7LS8型电牵引采煤机装机总功率2925kW(其中截割电动机21100kW，牵引电动机2200kW，液压泵电动机55kW，破碎机电动机 270kW)，最大牵引力可达2000kN，最大牵引速度可达30m/min。适用于采高40008800mm，煤层倾角15，年产1500万吨左右的高产高效工作面。电

10、牵引采煤机的另一主要特点是装备了以微型电子计算机为核心的电控系统，该系统采用先进的信息处理技术和传感技术，实现了机电一体化。第二节采掘装备发展趋势 二、液压支架 液压支架控制系统改为电液控制系统，加快了工作面推进速度，并向掩护式、支护强度高、工作阻力大、中心距宽、稳定性好和整机重量轻、使用寿命长等方向发展。 掩护式液压支架对煤层顶板适应性较强，防止矸石进入工作面的密封性能好。同时为满足中厚煤层一次采全高的需要，支撑高度已增加到9m，支护强度已到1.8MPa；工作阻力最高已达26000kN。为了改善支撑高度加大后的稳定性，液压支架的宽度已增加到2.35m。 液压支架采用电液控制系统，实现了液压支

11、架邻架自动控制和成组控制，并能按照采煤机运行位置和方向实现全工作面液压支架的自动控制，提高了移架速度。第二节采掘装备发展趋势 三、工作面可弯曲刮板输送机 采用交叉侧卸式机头，配备大功率双速电动机，提高了运煤转载效率，并向大运量、软起动、高强度、重型化、坚固耐用方向发展。 刮板输送机采用交叉侧卸机头的优点是转载效率高，卸煤高度低，节省运输功率。目前刮板输送机运输能力已达到 6000t/h，装机总功率已达4800kW；中部槽的内宽发展到 1400mm，结构还发展了整铸槽帮焊接中板，增加了封底板，保证过煤量达到600万t以上，中部槽长度向2.35m发展；刮板链多选用双中链，链环直径已超过56mm ；

12、链环断面改为椭圆断面或扇形断面，以增加链环耐磨强度和降低中部槽的高度，刮板链增加了机尾自动液压张紧装置；驱动装置的减速器采用两级行星齿轮结构，以缩小机头、机尾的体积，与电动机的联接方式多为CST和变频系统，以实现刮板输送机的软起动。第二节采掘装备发展趋势 四、工作面电气设备 采用了高电压、大容量的干式变压器和组合式自动调节控制开关，各类设备均装备有功能齐全的工况参数监测监控系统，正向半自动化和自动化发展。 电动机的供电电压等级已由 1140V上升到 3.3kV或 4.16kV，有的甚至达到 5kV。移动变电站容量一般为 21500kVA + 11250kVA ，最大为 22500kvA + 1

13、1500kVA，一次电压 610kV，二次电压一般为 1.1 3.3kV，也有 1.1 4 .16kV 或 1.1 5kV。第二节采掘装备发展趋势 五、掘进机械 随着综采工作面的推进速度不断加快，为保证正常接续，对工作面运输巷和回风巷的快速掘进提出了较高要求，日产万吨的综采工作面一般要求掘进速度为3050m/d 左右，日产2万t 则要求掘进速度为60100m/d，部分断面掘进机很难达到这样的速度，掘进机械的改革势在必行。 目前除对部分断面掘进机加以改进，增加装机功率，提高掘进速度外，还开发了新的掘锚联合机组，平均班进35m以上，是部分断面掘进机的34倍。高产高效工作面由于产量大，通风量也就大，

14、运输巷和回风巷势必采取双巷制或三巷制，这就为应用连续采煤机提供了条件，所以多数矿井都应用连续采煤机进行运输巷和回风巷的掘进。 连续采煤机的掘进速度很高，开掘 2.56m的煤巷，平均日进80100m，是部分断面掘进机的68倍，最高达到班进210m,因此连续采煤机是高产高效工作面接续的最佳掘进机械之一。第二节采掘装备发展趋势 矿山机械第二章 采煤机械 本章教学的重点与难点重点：采煤机结构与工作原理，采煤机截煤理论难点：电牵引采煤机、连续采煤机、刨煤机结构本章教学的目的与要求了解：切割破岩机理与冲击破岩机理，截割刀具类型与截齿截割阻力的特点；螺旋滚筒设计参数与截齿配置；连续采煤机螺旋滚筒的结构及截齿

15、配置形式、装载运输机构形式。掌握：机械化采煤的类型、工作面所需要的设备、MG750/1800-WD型电牵引采煤机工作原理、作用、类型、组成及总体参数；煤岩物理性质以及机械性质；采煤机截割部传动系统的结构与组成；无链牵引的优点以及牵引机构的分类及特点；连续采煤机与刨煤机的工作原理和基本组成。第二章 采煤机械第一节 概述 采掘工程立体图 采掘工程平面图第一节 概述矿井巷道及生产系统立体图1主井；2副井；3井底车场；4主要运输石门；5阶段运输石门；6风井；7主要回风石门；8回风大巷；9采区运输石门；10采区下部车场底板绕道；11采区下部车场；12采区煤仓；13行人进风巷；14采区运输上山；15采区轨

16、道上山；16采区通风上山；17上山绞车房；18采区回风石门；19采区上部车场；20采区中部车场；21区段运输平巷；22区段回风平巷；23联络巷；24区段回风平巷；25开切眼；26采煤工作面；27采空区第一节 概述第一节 概述 采煤机械定义：在煤矿机械化回采工作面采煤，首先把煤由煤层中采落下来，成为可运输的块度，然后装入刮板输送机运出工作面，再经顺槽的皮带输送机运走。这种把煤由煤层中采落下来的机械称为采煤机械。 采煤机械用于实现回采工作面落煤和装煤过程的机械化，是机械化采煤工作面的关键设备。一、采煤机械的类型 类型：滚筒采煤机、刨煤机、连续采煤机和螺旋采煤机。应用广泛的是双滚筒式采煤机。(一)滚

17、筒式采煤机 组成：截割部、牵引部、电控装置和辅助装置。 优点：具有功率大，煤层适应性强、调高方便、自开缺口、采高范围大，能截割硬煤，适应较复杂的顶板条件和各种硬度、采高为0.658.8m的缓倾斜煤层，可在3554的大倾角条件下工作，对地质条件要求不高。 缺点：结构复杂、价格昂贵、破碎的煤块度小，粉尘含量多，单位体积的能量消耗较大。第一节 概述1.按滚筒个数分类 (1)单滚筒采煤机：因只有一个工作滚筒，故采煤机结构简单，重量轻。单滚筒采煤往返运行一次，只能完成一个工作循环。此类采煤机适于在煤层厚度变化不大的条件下使用。MG240/120-TBW (2)双滚筒式采煤机：双滚筒采煤机机身两端各有一个

18、工作滚筒，故调高范围大，适应性强，效率高，可在大部分煤层地质条件下工作。第一节 概述2.按牵引机构分类 (1) 链牵引采煤机：该类采煤机牵引力不足，仅适于缓倾斜、倾斜煤层使用。 (2) 无链牵引采煤机：该类采煤机结构简单、维护及检修方便，牵引力大，制动能力强，且安全性能好，适于缓倾斜和大倾角的工作面使用。3.按牵引部传动及调速方式分类 (1) 机械牵引采煤机：采用机械传动，其优点是操作、维护、检修方便，适应性强。 (2) 液压牵引采煤机：控制、操作简便，可靠；调速性能好，具有多种功能，适应于各种地质条件。MG100/240-BW (3) 电牵引采煤机：控制操作简单、传动效率高。MG100/24

19、0-BWD第一节 概述(二)刨煤机 刨煤机是一种截深很小而牵引速度又很快的采煤机械。刨煤机主要由刨头、传动装置和工作面输送机两大部分组成，与工作面输送机组成具有落煤、装煤和运煤功能的机组。优点：截深小，可充分利用矿压落煤，刨削力和落煤的单位能耗小，出煤块度大，煤尘少，结构简单，工作可靠，维护工作量小。缺点：对地质条件的适应性差，适用于煤质较软不粘顶板，顶板较稳定的薄煤层或中厚煤层，调高比较困难，刨头与输送机和底板的摩擦阻力大，电机功率的利用率低。 按刨削方式分为静力刨煤机和动力刨煤机两类。静力刨煤机根据其结构不同又有拖钩刨煤机、滑行刨煤机和刮斗刨煤机等。第一节 概述(三)连续采煤机 连续采煤机

20、是房柱式采煤法的主要设备，适应于截高0.88.8m的煤层，主要在美国、南非、印度等国使用，近几年我国开始引进用于采煤和快速掘进。连续采煤机在结构上类似于巷道掘进机，它具有截割、装载、转载、调动行走和喷雾防尘等多种功能。 按滚筒轴旋向与机身推进方向的关系分为横滚筒和纵滚筒二类，以横滚筒居多。 按开采煤层厚度分为薄煤层系列和中厚煤层系列。薄煤层系列采高为0.81.3m；中厚煤层系列采高为1.33.5m和3.58.8m。房柱式采煤法示意图1房；2-煤柱；3采柱第一节 概述二、对采煤机的要求 对采煤机械的要求是根据工作面的赋存条件和采煤工艺的需求而提出的，其基本要求是高产、高效、经济、安全和可靠，具体

21、要求为：1.生产率方面 采煤机械的生产率应能满足采煤工作面的产量要求。采煤机的生产能力应与矿井井型、采区及工作面条件相适应，具有较高的生产率及较低的截割比能耗。2.功能方面 采煤机械要适应工作面地质条件(煤层厚度、煤层倾角、底板起伏不平等)，达到较好的使用效果。采煤机要适应所开采煤层的物理性质，根据煤的硬度，含矸量的变化，牵引机构能在工作过程中实现无级调速，以适应煤层硬度变化，充分发挥机器的效能。 第一节 概述3.结构方面 机身占空间宜小，特别是高度和宽度受工作条件的限制。机器的体积尺寸要小，并可拆成几个独立的部件，便于井下巷道运输和检修。4.安全方面 采煤机械所有电气设备应具有防爆性能，能在

22、存在煤层瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作。采煤机械各部分要有良好的防潮、防尘密封，外壳要承受顶板落下的岩块打击，具有防止过载和防止下滑的保护与除尘装置；工作稳定可靠，操作简单方便，操纵手把或按钮集中，日常维护工作少且容易。5.可靠性方面 由于井下维修困难，采煤机开机率的高低会对工作面甚至矿井的产量直接发生影响，因而对采煤机械要求有较高的使用可靠性，以满足矿井集约化生产和高产高效的要求。 第一节 概述第二节 采煤机组成及工作原理 一、采煤机组成(一)采煤机型号 采煤机的产品型号由产品系列代号和派生机型代号两部分组成。型号用阿拉伯数字和汉语拼音字母混合编制，其排列方式如下图所示。 第二节 采煤机组成

23、及工作原理 采煤机型号如表所示，M表示采煤机，特征代号G表示滚筒式。序号用途及结构特征代号1适用于薄煤层B适用于中厚煤层以上省略2适用于煤层倾角35以下省略适用于煤层倾角3555（大倾角）Q3基型省略高型G矮型A4双滚筒省略单滚筒T5骑槽式省略爬底板式P（省略B）6摇臂摆角小于120省略摇臂摆角大于120（短壁式）N（省略T）7牵引链或钢丝绳牵引省略无链牵引W8内牵引省略外牵引F9液压调速牵引省略电气调速牵引D 例MG2160/728-AWD型采煤机，A表示机身为矮型，W表示无链牵引机构，D表示电牵引，G表示滚筒式，M表示采煤机，采煤机总装机功率为728kW，2160kW表示一个截割部由2个1

24、60kW的电机驱动。第二节 采煤机组成及工作原理(二)基本结构采煤机主要由截割部、牵引部、电控装置、附属装置等组成。第二节 采煤机组成及工作原理 截割部包括截割部齿轮减速箱和螺旋滚筒。主要作用是将电动机的动力传至滚筒，由滚筒将煤壁上的煤截割下来，并装入工作面刮板输送机。 牵引部由牵引部齿轮减速箱和无链牵引机构组成。利用电动机的动力来牵引，采煤机沿工作面全长移动。电牵引采煤机都采用无链牵引机构，以适应大功率采煤机对牵引性能和可靠性的要求，以及工作面倾角较大时可能下滑的安全要求。第二节 采煤机组成及工作原理 电控装置包括电动机、电牵引调速的控制系统，各种保护和故障诊断的控制、状态显示、报警装置等。

25、 滚筒位置显示器，给出采煤机提供滚筒位置高低的信息。有的采煤机装有自动调高系统，利用煤岩界面传感器或记忆顶底板变化的计算机程序来自动调高，以适应顶底板变化和滚筒高度变化的一致性。采煤机位置显示器主要用于采煤机及液压支架联控系统，根据采煤机的位置，自动地控制液压支架的各种动作，使采煤机与支架保持合理的步距，做到紧跟快移。 附属装置是用于保证采煤机工作更加可靠、性能更加完善的一些装置。包括采煤机机身调斜液压缸、滚筒调高液压缸、采煤机导向装置以及摇臂的冷却系统、喷雾降尘系统等。第二节 采煤机组成及工作原理二、采煤机工作原理(一)采煤工作面设备布置及工作方法 长壁工作面的采煤过程主要有落煤、装煤、运煤

26、和顶板支护及管理四大工序。按照这些工序的机械化程度不同，分为普通机械化采煤即普采、高档普采和综合机械化采煤即综采三种机械化采煤类型。 普通机械化采煤是用单滚筒采煤机或刨煤机的截齿落煤，借助滚筒的螺旋叶片或煤刨的斜面将碎落的煤炭推运并装入刮板输送机，再由刮板输送机将煤炭运出工作面，工作面采用金属摩擦支柱和金属铰接顶梁支护和管理。 高档普通机械化采煤是用功率较大的采煤机或刨煤机落煤、装煤，用运输量和功率较大的刮板输送机运煤，顶板支护和管理采用单体液压支柱和金属铰接顶梁。第二节 采煤机组成及工作原理 综合机械化采煤是采用大功率双滚筒采煤机落煤、装煤，重型可弯曲输送机运煤，液压支架支护管理顶板和推移刮

27、板输送机，使采煤工作面的落、装、运、支各工序全部实现了机械化。且随着工作面向前推进，自移式液压支架能依靠本身具有的液压装置移至新的位置。 综合机械化采煤工作面采煤机械的设备布置如图所示。 双滚筒采煤机1完成落煤和把煤装入可弯曲刮板输送机2，运到下回采巷道转载机5上，由转载机将煤装到可伸缩皮带输送机6上，运到采区煤仓14内。随着工作面的推进，可伸缩皮带输送机可由推进装置进行整体移动。工作面的支护机械是一种可自移的液压支架3，沿工作面全长排列，支护着顶板，随着采煤机后面液压支架一架一架前移，以支护裸露出的顶板，支架后的顶板则让其垮落。第二节 采煤机组成及工作原理 液压支架内的推溜千斤顶将刮板输送机

28、推进到新的煤壁，支架所需高压液体，由安置在回采巷道的液压泵站9供给。端头支架4用来支护工作面两端的顶板，绞车12是运送材料和设备用的。 采煤机的割煤是通过装有截齿的螺旋滚筒旋转和采煤机牵引运行的作用进行切割的，从煤壁上切出月牙状的煤屑。 采煤机装煤是通过滚筒螺旋叶片的螺旋面进行装载的，将从煤壁上切割下的煤运出，再利用叶片外缘将煤抛至工作面刮板输送机溜槽内运走。第二节 采煤机组成及工作原理第二节 采煤机组成及工作原理第二节 采煤机组成及工作原理(二)采煤机进刀方式 双滚筒采煤机在工作面内的工作方法是一次采全高穿梭式采煤，并在两端自开缺口。当采煤机沿工作面割完一刀后，需要重新将滚筒切入煤壁，推进一

29、个截深，这一过程称为“进刀”。采煤机进刀方式，也就是自开切口的方法，常用的进刀方式有斜切进刀法和正切进刀法。所谓斜切就是首选将刮板输送机变斜，采煤机斜切一刀，然后刮板输送机变直，再返回斜切一刀，形成一个切口，采煤机就可进入切口，接着反向截煤。1.端部斜切法 利用采煤机在工作面约2530m的范围内斜切进刀称为端部斜切法，如图所示。第二节 采煤机组成及工作原理(a)(b)(c) (1) 采煤机下行正常割煤时，滚筒2割顶部煤，滚筒1割底部煤(图a)，在离滚筒1约10 m处开始逐段移输送机；当采煤机割到下顺槽处时，将滚筒2逐渐下降，以割底部残留煤，同时将输送机移成如图b所示的蛇弯形。 (2) 将滚筒1

30、升到顶部，然后开始上行斜切(图b虚线所示)，斜切长度为20 m左右，同时将输送机移成直线(图c)。第二节 采煤机组成及工作原理 (3) 将滚筒1下降割煤，同时将滚筒2上升，然后开始下行斜切(图c中虚线所示)，直到下顺槽。 (4) 将滚筒位置上下对调，如图d所示，然后快速移过斜切长度开始上行正常割煤。随即移动下部输送机，直到上顺槽，又重复上述进刀过程。 这种进刀方法工序复杂，适用于工作面较长，顶板较稳定的条件。2.中部斜切法 利用采煤机在工作面中部斜切进刀称为中部斜切法。第二节 采煤机组成及工作原理(c)(d)(a)(b)(1) 开始时工作面是直的，输送机在工作面中部弯曲(图a)；采煤机在下顺槽

31、将滚筒1升起，待滚筒2割完残留煤后快速上行到工作面中部，装净上一刀留下的浮煤，并逐步使滚筒斜切入煤壁(图a中虚线)；然后转入正常割煤，直到上顺槽；将滚筒下降割残留煤，同时将下部输送机移直，这时，工作面是弯的，输送机是直的(图b)。(2) 将滚筒2升起，机器下行割掉残留煤后即快速移到中部，逐步使滚筒切入煤壁(图b虚线)，转而正常割煤，直到下顺槽；并将滚筒2下降，即完成了一次进刀；然后将上部输送机逐段前移成图c所示，即又恢复以工作面是直的，输送机是弯的位置。第二节 采煤机组成及工作原理(c) (3) 将滚筒1上升，机器又快速移到工作面中部，又开始新的斜切进刀，重复上述过程。 中部斜切进刀法的特点是

32、：每进两刀只改变行走方向4次，和端部斜切进刀法比较，工序比较简单，节省时间；采煤机快速移动时可装干净上次进刀留下的浮煤，装煤效果好；采煤机割煤时，刮板输送机机头处于不移动状态，且有一半时间完全呈直线，延长了刮板输送机的寿命。 缺点是在滞后支护条件下，采用中部斜切法，空顶的面积和时间要比端部斜切法大。因此，中部斜切法适用于工作面较短、片帮严重的煤层条件。 3.正切进刀法(钻入法) 钻入法是在工作面两端用千斤顶将输送机及其上面的采煤机滚筒推向煤壁，利用滚筒端盘面上的截齿钻入煤壁，以实现进刀。 第二节 采煤机组成及工作原理(a)(b)(c) (1) 当采煤机割到工作面一端后(图a)，放下上滚筒，返回

33、割一个机身长的底部煤，则工作面如图b所示。 (2) 开动滚筒，并靠推移千斤顶将输送机连同采煤机强行推入煤壁。为便于钻入，在推溜同时将采煤机在1m距离内往复牵引，直到钻入一个截深(图c)。 (3) 滚筒切入后，变换前后滚筒高度，割去端面残余煤，再转入正常割煤状态。 正切进刀法工作面空顶面积小，切入时间短，适用于顶板破碎的工作面，但要求输送机和采煤机能承受较大的横向推力，输送机、采煤机摇臂强度高。第二节 采煤机组成及工作原理第三节 采煤机截煤理论 第三节 采煤机截煤理论 采煤机的工作对象是煤和岩石，滚筒破碎煤岩体的效果主要取决于滚筒的质量。截煤理论主要研究截割刀具和滚筒截割破碎煤岩体的方法、机理、

34、载荷、参数、动力学等的基本规律。研究截煤理论，优化截煤机制，才能创造出比能耗小、煤尘少、块煤率高的新型滚筒与截割刀具。 由于煤层是脆性固体，表现在构造的非均质、裂隙性，应力的各向异性，载荷的随机性，机械破碎煤岩体有挤压、冲击、弯折、劈裂和研磨等多种方法，在破落过程中，是多种破落方法共同起作用。因此不能采用弹性理论和塑性理论，而采用能量方法来描述煤岩破碎特征更为合适。一、煤岩坚固性 坚固性是表示煤岩破碎难易程度的综合指标，是煤岩体抵抗拉压、剪切、弯曲和热力等作用的综合表现，反映了各种采掘作业的难易程度。 坚固性系数又称普氏系数，表示煤岩的坚固性大小，可以用捣碎法测量坚固性系数，也可以根据煤岩的极

35、限抗压强度近似确定。一般f4为煤， 4f8为中等坚固岩石， f8为坚固岩石。煤分三级，f3为硬煤。二、截割阻抗 截割阻抗综合反映了煤的物理力学性质、地压及包裹体等因素的影响。截割阻抗A又叫截割阻力系数、抗截割强度，即单位切削深度的截割阻力。对某一种煤岩而言，用结构参数确定的刀具进行截割，单位截割深度的截割阻力大体为常数。 截割阻抗是在现场测定的，测量信号是刀具的截割阻力，根据截割深度得出截割阻抗A。为得到一个工作面的截割阻抗，需在工作面接近顶板、底板、截高中间处及沿煤层倾斜方向不同部位进行多次测量，取其平均值作为该工作面的截割阻抗。第三节 采煤机截煤理论三、截割机理 关于截割破落煤岩的过程，流

36、行的机理学说主要有楔裂说、剪裂说、密实核说、断裂力学说和剪切变形说等。密实核截割机理如下图所示。截齿刀刃接触煤体时产生集中应力，当达到极限值时，煤岩体会被局部粉碎成末，形成处于体积压缩状态的核，称为密实核。 密实核位于紧贴刀具前面的煤岩体内，使煤岩体受到向自由表面作用的拉伸力。刀具继续向前移动，使密实核内的压强逐渐增大。当达到一定程度时，小块1崩落而使煤岩体表面形成缺口。密实核中的少量粉末沿着刀具的前面高速喷出，使密实核的体积缩小，压强降低。刀具继续向前移动，密实核又重新发育，其体积和压强又逐渐增大，导致小块2崩落。如此反复多次，崩落的块渐渐变大，最后沿着裂纹崩落大块4，使密实核消失。第三节

37、采煤机截煤理论 对应的力学特性为以压应力对密实核起压碎作用，以剪应力产生裂缝，以拉应力扩大裂缝，直到块煤飞出，具有脆性破碎的特性。 截割破碎煤岩的过程中由于密实核的发育变化，对应的截割阻力呈锯齿形变化。该阻力是变载荷，属动载荷中的随机载荷。 密实核形成的原因是截齿排屑时前刃面上的摩擦力大于排屑力，阻碍排屑而形成密实核。 若密实核的体积与同时被破碎的体积之比达到最小，破碎过程即为最优。采用低速强力截割采下足够大的块煤就是符合这一要求的破碎过程。 如果能够充分利用煤岩的裂缝和抗拉最弱的特点进行截割，则是比能耗较小、煤的块度较大、煤尘少，截割性能最佳的截割煤岩方法。第三节 采煤机截煤理论四、截齿的几

38、何形状 截齿由齿体和硬质合金头两部分组成。截齿的几何形状和质量直接影响采煤机的工况、能耗、生产率和吨煤成本，丢失截齿将增大采煤机的功率、牵引力和振动。新型截齿的要求是强度高、耐磨性好、几何形状合理、截割比能耗低、煤屑块度大、在齿座上安装可靠、易拆装、寿命长、能适应较多的煤层条件。 截齿齿头按几何形状不同分扁形截齿(刀形截齿、矩形截齿)和镐形截齿(锥形截齿)，按截齿安装方式的不同分径向截齿和切向截齿。扁形截齿可以径向安装(图a和图b)，也可以切向安装(图c)。镐形只能切向安装(图d)，在齿座中能转动。截齿上部是齿头，镶嵌有硬质合金齿尖；截齿下部是齿杆(柄)，装在齿座之中。固定截齿的方法较多，要求

39、固定牢靠，拆装方便而迅速。第三节 采煤机截煤理论椭圆形和楔形的扁形截齿截割阻力、进刀力、比能耗、煤尘降低，密实核小，截齿强度高。同时切向扁形截齿比径向截齿的截割性能优越，截角小、阻力小，截割阻力的合力大致沿截齿齿杆轴线，弯矩小、强度高；截齿前面空间大，煤流畅通，煤尘少，块煤率较高。扁形截齿适应性好，适用于截割各种硬度的煤，包括硬煤和粘性煤。镐形截齿落煤时靠齿尖的尖劈作用楔入煤体而将煤碎落，切削深度较小，齿尖易被截槽包住，增大摩擦阻力，造成切削阻力大，磨损快。在脆性坚硬或磨蚀性强及裂隙多的煤岩中，镐形截齿的自转使截齿磨损均匀，比扁形截齿寿命长。在截割韧性煤和切屑较大时，镐形截齿的截割力和比能耗增

40、大。1-截齿；2-齿套；3-齿座；4、5-弹性挡圈镐形截齿第三节 采煤机截煤理论第四节 电牵引采煤机 一、电牵引采煤机的发展 世界第一台直流电牵引（他励）采煤机是由德国艾柯夫公司1976 年研制的EDW-150-2L型采煤机，1976年5月在德国杜塞尔多夫展出，1976年11月15日在奥地利特里美卡尔姆矿首次试用成功，最高月产33590t，故障率只是液压牵引采煤机的1/5。1980年5月EDW-450L型电牵引采煤机在德国萨尔矿区恩斯多夫矿使用，平均日产8015t。1980年生产的EDW-450/1000采煤机于1989年在澳大利亚尤兰矿使用，1995年8月8日在该矿创日产34130t的纪录。

41、 美国JOY公司于1976年研制出1LS直流（串励）电牵引采煤机。以后陆续改进发展为2LS、3LS、4LS系列，1990年生产了6LS系列直流电牵引采煤机，2011年生产了8LS系列大功率采煤机，总装机功率已超过3000kW，是目前世界上功率最大的采煤机。1988年3LS系列采煤机在美国米梯基矿创造了年平均日产11380t，月平均日产15854t，年产量2.5Mt的世界最高纪录；采煤机开机率95%以上，出煤3.5Mt大修一次。4LS系列采煤机于1989年在美国肯德基州狼溪矿（煤层厚度1.7m）创年产2.8Mt的世界纪录。第四节 电牵引采煤机英国1984年生产了第一台ELECTRA550直流（复

42、励）电牵引采煤机。ELECTRAl000采煤机于1990年5月在美国伊利诺依州老本25号矿使用，产煤336万t，1990年7月在美国雅木帕矿使用，班(10h)产16204t，创造了月产和班产的世界最高纪录；1994年在美国塞浦路斯矿业公司( CYPRUS AMAX Minerals )使用，最高日产76573t和最高月产478564t商品煤；1994年塞浦路斯矿业公司科罗拉多州20英里矿使用，创年产4.08Mt商品煤的世界最高纪录。1997年6月，使用ELECTRA3000型电牵引采煤机创约1Mt的世界纪录。 前苏联于1977年在井下使用了K128(2200，41kW )直流电牵引采煤机，19

43、82年生产了直流电牵引（串励）采煤机，1987年生产了直流电牵引(他励) 采煤机；1990年井下使用了电牵引采煤机231台。我国于1987年从美国JOY公司引进了3LS系列采煤机2台，用于鹤岗矿务局兴安煤矿；1992年从德国引进EDW450/1000L型电牵引采煤机，用于古书院矿；1994年从英国引进ELECTRAl000采煤机，在常村矿使用；1996年从美国JOY公司引进6LS直流电牵引采煤机，在神府公司大柳塔矿使用，1996年3月19日班产煤11869t，达到国际先进水平。第四节 电牵引采煤机1990年我国鸡西煤矿机械厂生产了MG463DW型直流电牵引采煤机；1994年西安煤矿机械厂生产了

44、MXA-380型直流电牵引采煤机，1996年生产了MXB-880型直流电牵引采煤机。太原矿山机器厂从英国安德森公司引进和合作生产了ELECTRAl000型电牵引采煤机。 在电牵引采煤机的发展中，除日本外，世界许多国家先是发展直流电牵引采煤机。直流电牵引技术能满足采煤机牵引特性（恒扭矩恒功率）的要求，调速平稳，能四象限运行，适应大倾角工作面的运行，系统简单，但存在过载能力较低以及机身较宽、较长等缺点。交流调速技术发展很快，1971年德国西门子公司和美国提出矢量控制，后来德国又提出微机实现矢量控制，从而得到实际应用，达到了直流调速的技术水平，而且价格又呈下降趋势。1985年德国又提出了转矩直接控制

45、法，其动态性能又优于矢量控制，1989年研制出样机，取得成功，而且发展迅速，因此交流调速成为发展方向。同时，大规模专用集成电路PWM模块的使用，使系统简单，体积小，可靠性高，成本不断降低。第四节 电牵引采煤机自日本三井三池制作所于1986年研制出世界第一台MCLE400-DR6868交流电牵引采煤机以来，相继日本研制了DR101101型、DR102102型、1989年5月德国开始生产EDW380/400L型、1993年出厂SL-500型、英国1991年3月使用ELECTRA750型、EL600型、1991年俄罗斯生产K889型、1995年法国生产PANDA-E型交流电牵引采煤机。我国于1990

46、年起相继研制出MG344-PWD型、MG375/830-WD型等交流调速电牵引采煤机。二、电牵引采煤机的优点1.具有良好的牵引特性 采煤机牵引负载特性在截割时多为恒转矩特性，所需动力机械特性为硬特性；调动时是恒功率特性，所需动力机械的机械特性为软特性。对调速特性来讲，速度刚度越大，其调速过程或工作速度就越平稳。第四节 电牵引采煤机 液压牵引的机械特性除了受负载影响外，还受油液的泄漏、粘度、温度和清洁度和维修质量的影响，特性曲线慢慢变软。但电动机特性除了受负载影响外，就没有像液压传动那样受多种因素的影响，因此，电牵引的牵引特性好，调速平稳性好，牵引特性曲线可长时间的保持稳定。2. 机械传动结构简

47、单、传动效率高 电牵引采煤机采用了多电机和独立驱动、模块式结构设计，使传动系统和结构简化。电牵引采煤机将电能转换为机械能只作一次转换，效率可达0.9以上；而液压牵引由于能量的几次转换，再加上存在的泄漏损失，机械摩擦损失和液压损失，效率只有0.650.7。3.牵引力大、牵引速度高、可用率高 电牵引采煤机的牵引力可达1620kN，牵引速度截割时为1216m/min，装机总功率已超3000kW，其牵引速度和可用率都明显高于液压牵引的采煤机。电牵引采煤机的可用率可达96%98%，而液压牵引采煤机的可用率一般在50%60%以下。第四节 电牵引采煤机4.生产率高 由于牵引力大，牵引速度高，截割电动机功率大

48、，尤其是故障率非常低，因此生产率高。三、电牵引采煤机布置形式 我国煤矿地质条件变化较大，各矿井的具体情况也不同，需要适应各种条件的采煤机。采煤机的总体结构大致相似，但有不同的布置方式，呈多样化趋势发展。1.横向多电动机驱动 交流电牵引采煤机采用横向多电动机布置的总体结构，结构简单，性能可靠，各大部件之间只有连接关系，没有传动环节。 其主要结构特点是： (1)整机为多电动机横向布置，抽屉式框架结构，机身由3段组成，无底托架。采用液压拉杠和高强度螺栓联接为一个刚性整体。第四节 电牵引采煤机 (2)3个独立的电气箱部件和1个独立的调高泵箱部件分别从采空区侧装入中间连接框架内以及左、右行走部的一段框架

49、内，所有部件均可从采空区侧抽出，该4个独立部件不受力，拆装运输、维修方便。 (3)采用直摇臂，左右可互换，左右行走部对称，结构完全相同。机身较短，对工作面适应性好，可以方便地调整采煤机宽度，能适应与各种工作面输送机配套和不同综采工作面的需要。 (4)摇臂支承座受到的截割阻力、调高液压缸支承座受到的支反力、行走机构的牵引反力均由行走部箱体承受，各大部件之间无力的传递。(5)行走部电气驱动系统具有四象限运行的能力，可用于大倾角工作面，采用回馈制动，并采用了“一拖一” (即两台变频器分别拖动两台行走电动机)，提高了采煤机行走的可靠性。 (6)摇臂行星头为双级行星传动结构，末级采用四行星轮结构，行星头

50、外径尺寸小，可以配套的滚筒直径范围大。摇臂设有齿式离合器及扭矩轴机械保护装置，以实现离合滚筒及电动机、机械传动系统的过载保护。第四节 电牵引采煤机 (7)调高系统液压元部件均集成安装于调高泵箱上平面，液压元件均采用成熟定型的产品，系统简单、管路少、可靠性高。 (8)采用销轨式无链牵引系统，行走部与行走箱为两个独立的箱体，煤壁侧的平滑靴采用一支撑板与行走部机壳连接，与工作面输送机配套性能好，适用范围广。 其缺点不能在左右截割部和行走部之间进行功率分配；电控系统复杂。2.纵向单电动机驱动 电动机纵向布置在采煤机中部机身上，主要用在液压牵引的滚筒采煤机上。对于双滚筒采煤机，电动机两端输出轴分别驱动左

51、右两个截割部、牵引部，截割部和牵引部为各自独立的部件，安装在底托架基体上；对于单滚筒采煤机，电动机两端输出轴的一端驱动截割部，另一端驱动牵引部。如MG150、 MG300系列以及国外的AM-500型、EDW-300型等。纵向单电动机驱动方式能在左右截割部和牵引部之间进行功率合理分配，电动机台数少，控制系统简单、便于操作；但机身高度大，运输和装拆不便。第四节 电牵引采煤机3.纵向多电动机驱动 纵向多电动机驱动布置方式的优点是两滚筒分别由两台纵向电动机经减速箱驱动，使机身长度缩短，截割部结构大为简化，摇臂与牵引部两端铰接，支撑简单，可靠性高；摇臂绕牵引部调高，调高范围大。其缺点是整机重心比一般采煤

52、机高，稳定性较差，机身不能调斜，不能横向切入煤壁；调高部分重量大，需配强力调高液压缸。 这种布置方式无底托架，机身较短，摇臂可调高，截割部由各自的电动机驱动，牵引部由一台电动机驱动。第四节 电牵引采煤机四、电牵引采煤机基本参数1.牵引速度和牵引力 牵引速度与生产率、块煤率、煤尘、电动机功率等近似地成正比，与比能耗近似地成反比。截割时的牵引速度和牵引力能否大幅度提高，是高产高效综采的突破口。 液压牵引采煤机在截割时的牵引速度一般可达6m/min左右，而电牵引采煤机牵引速度一般为10m/min以上，最高可达54.5m/min。这么高的牵引速度，必须有相应的更大的牵引力。 目前7LS8型电牵引采煤机

53、的牵引力可达1620kN，而液压牵引采煤机的最大牵引力为600kN。第四节 电牵引采煤机2.滚筒的转速和截割速度 滚筒转速已呈现出低速化的趋势，最低转速已达2225r/min。滚筒转速若再降低，其装煤效果将明显变差，甚至发生装煤时滚筒被堵塞的现象。 为避免截割时磨损齿座和螺旋叶片，截齿伸出量应大于最大切削深度hmax，如最大切削深度hmax为7075mm时，对应径向截齿的伸出量为105mm，对应切向截齿的伸出量为160mm。 要使截割比能耗低和生产率高，必须提高牵引速度，降低滚筒转速，减少一线齿数，使煤的块度较大，采用棋盘式配置和大截齿就能达到比能耗低和生产率高的要求。第四节 电牵引采煤机3.

54、截割电动机和牵引电动机的功率 电牵引提高了牵引速度、牵引力和生产率，这必须由增大截割和牵引电动机的功率来保证。 在功率增大的同时，必须考虑比能耗的降低。为提高生产率、增大滚筒的截深，必然增大电动机功率。 截割电动机的功率直接反映截齿的单刀截割力。当牵引速度大幅提高时，切削深度也相应增大，所需的单刀力也增大。 大功率液压采煤机单刀力可达1600kN左右，而电牵引采煤机的单刀力可达3000kN左右。第四节 电牵引采煤机五、截割部 截煤部包括工作机构及其传动装置，消耗的功率约占整个采煤机功率的8090%。 (一)螺旋滚筒 螺旋滚筒是采煤机落煤和装煤的工作机构，能适应煤层的地质条件和先进的采煤方法及采

55、煤工艺，具有落煤、装煤、自开切口的功能。1.基本结构 筒毂与滚筒轴固定在一起。螺旋叶片用来将截落的碎煤推至滚筒的采空侧，装入刮板输送机。 端盘紧贴煤壁工作，以切出新的整齐的煤壁，为防止端盘与煤壁相碰，端盘边缘的截齿向煤壁侧倾斜，端盘上截齿截出的宽度为80120mm。齿座孔中安装截齿，叶片上两齿座间布置有内喷雾喷嘴。1-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座； 4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿螺旋滚筒第四节 电牵引采煤机端盘紧靠煤壁侧，其外圆按截齿截割顺序焊装齿座，齿座有的向煤壁侧倾斜，也可向采空区侧倾斜，倾角为1030。 螺旋叶片是滚筒的部件，用来将落下的煤装入刮板输送机，滚筒上通常焊有2-4条螺旋叶片。筒

56、毂是滚筒与截割部机械传动装置输出轴连接的部件，以带动滚筒旋转。其连接方式有方轴、锥轴和锥盘。筒毂一般为圆柱状，也可以做成圆锥状和半球状。为实现喷雾降尘，滚筒都设有由内喷嘴座、喷嘴、U形管卡、O形密封圈及喷雾供水水路等组成的内喷雾装置。内喷雾供水水路由连接法兰盘中的通水孔槽、端盘板和叶片内缘的环形水槽、端盘、叶片中的径向孔连通，由喷嘴实现内喷雾。第四节 电牵引采煤机2.滚筒的结构参数 滚筒的结构参数包括滚筒的3个直径、滚筒宽度、螺旋叶片参数。 针对不同煤层赋存条件选择合理的结构参数，才能充分发挥采煤机的落煤、装煤能力。1)滚筒的3个直径滚筒的3个直径，即滚筒直径D，螺旋叶片外缘直径Dy和筒毂直径

57、Dg。 滚筒直径是指滚筒上截齿齿尖的截割圆直径，滚筒直径尺寸已成系列，可根据煤层厚度选择。第四节 电牵引采煤机1-螺旋叶片；2-端盘；3-齿座； 4-喷嘴；5-筒毂；6-截齿螺旋滚筒 对于薄煤层双滚筒采煤机或一次采全高的单滚筒采煤机，滚筒直径按下式选取式中 Hmin 最小煤层厚度，m。 对于中厚煤层滚筒采煤机，后滚筒的截割高度一般小于滚筒直径。因截割高度为0.84D时平均切削厚度最大，因此滚筒直径D应按下式选取式中 H截割高度，m。 筒毂直径Dg越小，螺旋叶片的运煤空间越大，有利于装煤。筒毂直径Dg越大，则滚筒内容纳碎煤的空间越小，碎煤在滚筒内循环和重复破碎的可能性越大。第四节 电牵引采煤机2

58、)滚筒宽度 滚筒宽度B是滚筒边缘到端盘最外侧截齿齿尖的距离，即采煤机的理论截深。滚筒宽度应等于或大于采煤机的截深。目前采煤机的截深从0.61.0 m有多种，其中以0.8 m用得最多。滚筒宽度一般为0.8m。对于较薄的煤层，为提高采煤机生产率，滚筒宽度可为1.0m；对于较厚的煤层，为改善顶板支护性能，宽度可取0.6m。3)螺旋叶片参数 螺旋叶片的参数主要包括叶片旋向、导程、升角、叶片头数等。滚筒的螺旋叶片有左旋和右旋之分，如图所示。螺旋叶片第四节 电牵引采煤机 对单头螺旋叶片来说，如果用Dy和Dg分别表示螺旋叶片的外径和内径，L为螺旋叶片的导程，螺旋叶片的外缘升角y和内缘升角g分别为 螺旋升角大

59、小直接影响滚筒的装煤效果，升角较大时，排煤能力强，装煤速度快。但升角过大会把煤抛到中部槽的采空区；升角过小，煤在螺旋叶片内循环，造成煤的重复破碎。 对于双头螺旋叶片，螺旋升角为式中 n螺旋头数；s螺距。螺旋叶片的头数一般为24头。以双头用得最多，三、四头只用于直径较大的滚筒或用于开采硬煤。第四节 电牵引采煤机3.滚筒的转向和转速1)滚筒转向 为了向输送机运煤，滚筒的转向必须与滚筒的螺旋方向一致。对逆时针方向旋转的滚筒，叶片应为左旋；顺时针方向旋转的滚筒，叶片应为右旋。即 “左转左旋，右转右旋”。 采煤机在往返采煤的过程中，滚筒的转向不能改变，从而有顺转和逆转。顺转，截齿截割方向与碎煤下落方向相

60、同；逆转，截齿截割方向与碎煤下落方向相反。为了使两个滚筒的截割阻力能相互抵消以增加机器的工作稳定性，必须使两个滚筒的转向相反。滚筒的转向分为正向对滚(图a)和反向对滚(图b)。采用正向对滚时，割顶部煤的前滚筒顺转，煤尘较少，碎煤不易抛出伤人。采用反向对滚时，前滚筒产生的煤尘多，碎煤易伤人，但煤流不被摇臂挡住，装煤口尺寸大。第四节 电牵引采煤机2)滚筒转速 滚筒转速首先要保证装载生产率的要求。中厚和厚煤层采煤机滚筒转速一般为2540r/min。滚筒转速为25r/min时装煤效果较好，滚筒转速在20r/min左右时就出现装煤效果很差或滚筒堵塞现象。滚筒转速的计算公式为 式中 v牵引速度，m/min