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第一章采煤机械一、机械化采煤的主要设备机械化采煤工艺包括，落煤、装煤、运输、支护、采空区处理。其中采煤机完成了落煤和装煤两道工序。采机械：把煤由煤层中采落下来的机械称为采机械。（一）采煤机采煤机械，现在主要有滚筒式采煤机和刨煤机。目前我国使用最多的是滚筒式采煤机，也有少量的刨煤机。滚筒式采煤机的采高范围大，对各种煤层适应性强，能截割硬煤，并能适应较复杂的顶底板条件因而得到了广泛的应用。刨煤机要求的煤层地质条件较严，一般适用于煤耗质较软不粘顶板、顶底板较稳定的薄煤层或吕厚煤层，故应用范围较窄。但是刨煤机结构简单尤其在薄煤层条件下劳动生产率较高。一、机械化采煤的主要配套设备机械化采煤工作面的配套设备（三机配套），主要有采煤机、可弯曲刮板输送机和支护设备等。支护设备有金属支柱、单体液压支柱、金属铰接顶梁和液压支架等。按工作面选用支护设备的不同，其机械化程度也不一样。普通机械化采煤采用金属支柱和金属铰接顶梁；高档普通机械化采煤采用单体液压支柱和金属铰接顶梁；综合机械化采煤采用液压支架。二、滚筒式采煤设备的总体布置采煤机为单滚筒普通机械化采煤工作面内设备布置采煤机，骑在工上，首先沿工作面下端倾斜向上移动，把靠近顶板的作面刮板输送机煤采落并装入工作面输送机，采过后裸露出的岩石顶板，用金属支柱和接长的金属铰接顶梁支撑，以保证必需的工作空间，保护机器和人员安全。采煤机到达工作面上端把全工作面顶部煤采完后，再返回下行采底板上的余煤，并把所有落在底板上的煤装入输送机。紧跟在采煤机后的千斤顶把输送机推移到新的煤壁。推移距离等于采煤机滚筒所截的深度，称为步距，一般为。同时把采空区后排不需要的支柱和金属顶梁拆除，让顶板岩石冒落下来，称为回柱放顶。采煤机到达最下端后，这样就沿工作面全长采完一长条煤层，也称采完一刀，这一工作过程称为一个工作循环。1、对采煤机械的一般要求（1）生产率满足要求。（2）采煤机工作机构能适应煤层厚度变化而工作；牵引机构能在工作过程中随时根据需要改变牵引速度，应能实现无级调速以适应煤质硬度的变化，发挥机器的效能。（3）机身所占空间较小，对薄煤层采煤机尤为重要。（4）采煤机可拆成几个独立的部件，以便下井和运输也便于拆装和检修。（5）所有电气设备都应具有防爆性能，采煤机能在有煤尘瓦斯爆炸危险的工作面内安全工作。（6）电动机、传动装置和牵扯引部应具有超负荷安全保护装置。（7）具有防滑装置，以防机器沿斜坡自动下滑。（8）具有内外喷雾灭尘装置。（9）工作稳定可靠，操作简单方便，操作手把或按钮尽量集中，日常维护工作少而容易。2、采煤机不同的分类方法：按工作机构型式可分为滚筒式、钻削式和链式；按牵引方式可分为链牵引和无链牵引；按牵引部位置可分为内牵引和外牵引；按牵引部传动方式可分为机械牵引、液压牵引和电牵引；按工作机构位置可分为端头式和侧面式。3、单滚筒采煤机单滚筒采煤机具有一个能够落煤和装煤的滚筒式工作机构，是我国60年代以来使用得较多的一种采煤耗机。它骑在工作面输送机上，以输送机为导向沿采煤工作面来回牵引。（一）单滚筒采煤机的组成与功用1．单滚筒采煤机的组成单滚筒采煤机的组成可分为四大部分截煤部、牵引部、电动机和辅助装置。（二）单滚筒采煤机在工作面的工作情况4、双滚筒采煤机双滚筒采煤机有两个滚筒，一个沿顶板采煤，另一个沿底板采煤。因此，能一次采全高，适应范围大、生产率高。综合机械化采煤工作面主要采用双滚筒采煤机。5、刨煤机机械化采煤工作面双滚筒采煤机在综合机械化采煤工作面的工作情况在工作面采煤、装煤、运煤及护等机械化的基础上，进一步使工作面各个机械组成一个整体进行生产，在结构上相互有机地结合，动作上相互协调地工作这就是综合机械化。采煤机的进刀方式：P9二、滚筒式采煤机的总体结构（一）工作机构（二）牵引机构（三）传动机构一、采煤机的工作机构采煤机的工作机构承担截煤和装煤任务，是采煤机的主要部件之一。一个完善的工作机构应满足以下要求：（1）以适应不同的煤层和有关地质条件。（2）能充分利用煤壁的压张效应，降低能耗，提高块煤率，减少煤尘。（3）能装煤和自开缺口。（4）载荷均匀分布，机械效率高。（5）结构简单，工作可靠，拆装维修方便。螺旋滚筒由轮毂、螺旋叶片和端盘组成。工作机构（一）工作机构的结构及特点滚筒式采采煤机械的工作机构，就是采煤机械破落和装运煤炭的机构。采煤机采用螺旋滚筒。螺旋滚筒的刀具（截齿）装在滚筒的螺旋叶片上。滚筒转动并沿着煤壁移动时，就截割破落煤炭，并由螺旋叶片把煤炭装进工作面运输机。滚筒的结构并不复杂，破碎能力强，而且可以利用摇臂随时调整位置，对煤层厚度的变化、顶板底板的起伏和断层有较好的适应能力。滚筒的截深可与液压支架的推移步距相匹配，在采煤机采过的地方可以随机推移支架，即时支护顶板。因此，除了在薄煤层中使用螺旋滚筒困难较多外，在缓倾斜和倾斜的各种煤层中，使用螺旋滚筒的滚筒式采煤机都能达到较高的生产率和较好的使用效果。1、截齿（1）对截齿的要求a．高强度和耐磨性；b．合理的几何参数；c．固定可靠；d．拆装方便。（2）种类扁形截齿：镐形截齿：扁形截齿的刀体是沿滚筒的半径方向安装的，故常称为径向截齿。这种截齿适用于截割各种硬度的煤，包括坚硬煤耗和粘性煤。镐形截齿的刀体安装方向接近于滚筒的切线，又称为切向截齿。这种截齿一般在脆性煤耗和节理发达的煤层中具有较好的截割性能。截齿刀体的材料一般为40Cr、35CrMnSi、35SiMnV等合金钢，经调质处理后获得足够的强度和韧性。扁形截齿的端头镶有硬质合金核或片。镐形截齿的端头堆焊硬质合金层。硬质合金是一种碳化钨和钴的合金。碳化钨硬度极高，耐磨性好，但性质脆，随冲击截荷的性能差。在碳化钨中加入适量的钴，可以提高硬质合金的强度和韧性，但硬度稍有降低。截齿上的硬质合金常用YG-8C或YG-11C。YG-8C适用于截割软煤或中硬煤，而YG-11C适用于截割坚硬煤。经验证明，改进截齿结构，适当加大截齿长度，增大切屑厚度，可以提高煤的块度并可降低煤尘。螺旋滚筒的基本参数（一）基本结构在螺旋叶片的顶端及端盘周边上装有许多截齿。轮毂与滚筒轴固定在一起。滚筒转动时，截齿截割和剥落煤体，螺旋叶片将碎煤运至滚筒的采空侧，装入输送机。在叶片上和端盘上齿座的旁边还装有内喷雾用的喷嘴。（二）滚筒的转向滚筒旋转方向对截煤过程来说有两种。（1）顺转：大部分煤被螺旋叶片从滚筒轮毂下面带到滚筒后面，挡煤板把煤挡住，按自然安息角φ堆积。A顺转B逆转逆转：截落的煤不断被螺旋叶片向工作面输送机推动，大部分煤按自然安息角φ堆积在滚筒前半部。顺转时，煤在装载过程中二次破碎较严重装煤能耗较大。采煤机后面滚筒不仅担负截割前滚筒余留的煤耗，而且要将这些煤连同前滚筒未装出的煤全部装入输送机。为了有较好的装煤效果，后滚筒一般定为向上截煤的旋转方向，而将前滚筒定为向下截煤的旋转方向；对于单滚筒采煤机，一般在左工作面用右螺旋滚筒；而在右工作面用左螺旋滚筒。左工作面右工作面左滚筒为左螺旋，右滚筒为右螺旋。为了保证螺旋叶片向运输机装煤，而不是向煤壁推煤，滚筒叶片的螺旋方向应与滚筒转向相适应。站在采空区一侧看滚筒，右螺旋滚筒应是顺时针方向转动，左螺旋滚筒应是逆时针方向转动。不论采煤机的牵引方向如何，都必须保持这个关系。单滚筒采煤机：右工作面必须使用左螺旋滚筒，而左工作面必须使用右螺旋滚筒；双滚筒采煤机：左滚筒为左螺旋，右滚筒为右螺旋。（三）滚筒的结构参数1．滚筒的三个直径滚筒的三个直径是指滚筒直径D，叶片直径Dy和筒毂直径Dg。滚筒直径是截齿齿尖的截割圆直径。目前采煤机的滚筒直径都在0.65～2.3m范围内。单滚筒采煤机的滚筒直径应按煤层厚度来选择一般比煤层厚度小0.1～0.2m。双滚筒采煤机则按采高来选择滚筒直径应稍大于最大采高的一半，以便采煤机能够一次采全高。轮毂直径Dg愈大，则滚筒内容纳碎煤的空间愈小，碎煤在滚筒内循环和重复破碎的可能性愈大。在满足轮毂安装轴承和传动齿轮的条件下，应保持叶片直径与轮毂适当的比例。对于D1m的大直径滚筒，Dy与Dg之比大于或等于2；对于D1m的小直径滚筒，Dy与Dg之比应大于或等于2.5；2．滚筒宽度滚筒宽度应等于或大于采煤机的截深。滚筒的宽度一般为0.6～0.8m。对于较薄的煤层，为了提高采煤机的生产率，滚筒宽度可为0.8～1.0m；对于较厚的煤层，为了改善顶板的支护性能，滚筒宽度可取0.5m。3．螺旋升角单头螺旋叶片及其展开后的开关如图1-14所示。D和Do分别表示螺旋叶片的外径和内径，L为螺旋叶片的导程。不同直径上的螺旋升角不同，螺旋叶片的外缘升角和内缘升角分别为010DLtgaDLtga1显然，螺旋叶片在外缘的升角小于内缘的升角。螺旋升角的大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溜槽的采空侧；升角过小，煤在螺旋叶片内循环过多，煤的重复破碎严重。国内外对螺旋升角曾是行过大量试验，我国一般认为a=20°～35°时装煤效果较好。螺距的大小应保证煤从滚筒中顺利排出，一般为0.25～0.4m。螺旋叶片头数主要是按截割参数的要求确定的。直径D1250mm的滚筒一般用双头，D1400mm的滚筒可用双头或三头，D1600mm的滚筒可用三头或四头。截齿配置①截齿排列图②截齿排列特点螺旋叶片的截齿排列特点：截距较大；在圆周方向上相邻截齿的夹角相等；都是零度齿。端盘的截齿排列特点：截距小、截齿密度大；多数是正角度齿，煤质愈硬，角度愈大；有少数零度齿和负角度齿，以减小滚筒的侧向力。(二)牵引机构一、对采煤机牵引的基本要求1．有足够大的牵引力为在困难条件下截割煤，采煤机应具有足够大的牵引力。由于无链牵引采煤机可用在大倾角（40°～50°）条件,因而一般采用双牵引传动.这种双牵引可使牵引力增加一倍,但牵引速度降低一倍.目前采煤机的最大牵引力可达2×310kN。2．总传动比大为了实现较低的牵引速度，牵引部的总传动比要求很大，其值超过150～200，有的甚至超过300。3．能在工作过程中实现无级调速由于煤质变化和煤层含有夹矸、硫化铁等坚硬夹杂物，采煤机电动机的负荷变化剧烈。为了避免电动机过度超载或欠载，充分发挥采煤机的效能，需要随时调节牵引速度，使采煤机电动机的负载在其额定值附近的小范围内波动。4．不受滚筒转向的影响通常滚筒的转向是一定的，因而电动机的转向也是一定的。然而采煤机的牵引方向是要变化的，所以它不能受滚筒转向的制约，不应限制牵引部和截煤部的分别起动与停止。5．应有可靠完善的自动调速系统和完善的保护装置应根据电动机负荷、牵引力大小来实现自动调速及过载保护。另外还应设油温、油质保护和防止机器下滑的保护措施。新一代的采煤机，还应设有自动监测和故障诊断系统，从而保证采煤机的安全运行。6．具有足够的强度和可靠性由于牵引部出轴转速低、受力大，故必须具有足够的强度和可靠性。7．操作方便牵引部应有手动操作、远程操作等装置，尽量做到集中控制。二、采煤机的牵引机构采煤机的牵引机构有钢丝绳牵引，锚链牵引和无链牵引三种形式。随着采煤机的不断发展，由于钢丝绳牵引机构的牵引力小，容易发生断绳事故，并且断裂后不易重新连接，故这种牵引机构已逐渐被淘汰。目前广泛使用的是锚链牵引，进入90年代以来，无链牵引有了很快的发展，正在全面推广应用。（一）锚链牵引锚链牵引的工作原理如下图所示。锚链3绕过主链轮1和链轮2，两端分别固定在输送机上、下机头的拉紧装置4上。当牵引部的主链轮转动时，通过锚链与主链轮啮合驱动采煤机沿工作面移动。锚链牵引有如下特点：（1）强度高,承载能力大,能满足采煤机增大牵引力和提高牵引速度的要求;（2）锚链牵引是依靠链轮齿与链环相啮合，工作较可靠；（3）锚链使用寿命长，一般可用6个月以上。断链时弹性小，不易伤人，断链后用连接环连接，十分方便；（4）锚链的节距较大，当链轮作等速运动时，锚链相对链轮的移动是周期性变化的，这是产生动载荷的原因之一。目前，采煤机牵引部锚链的固定装置主要有下列二种。1．弹簧拉紧装置2．液压拉紧装置液压拉紧装置的优点是非工