连续采煤机总体设计及截割部设计

前言连续采煤机是一种集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统,在很大程度上与目前国内煤矿使用的掘进机相似，都有履带行走系统、铲煤板、电控箱、液压系统和刮板输送机等。

整体布局也很相似，铲煤板在截割头下，刮板输送机从前向后纵贯整机，装载部和输送机共用一个动力。

连续采煤机和掘进机的最大区别就在截割部。

截割部的动作较掘进机复杂，而内部传动及其结构比较复杂，形式也多样化。

1976年我国开始引进连续采煤机，以单机为主。

目前，这一批设备由于多数不配套，掘进巷道断面偏小，备件供应困难，维护管理技术跟不上等原因，在生产中基本上已不在使用。

20世纪90年代以配套引进为主。

这一时期，由于国内外高效高产矿井的迅速发展，煤层平巷的机械化掘进滞后问题引起了国内外普遍重视。

国内一些煤矿企业针对适合使用连续采煤机的矿井及煤层，为了解决好采掘接替，是高产高效长臂回采工作面充分发挥设备的生产能力，实现快速回采，借鉴国外的先进经验，陕西黄陵矿区、神华集团神东煤炭公司进行配套引进连续采煤机设备的工作，近几年先后引进了包括连续采煤机、锚杆机、破碎机、铲车、运煤车等设备在内的机械化掘进设备。

主要使用在房柱式开采、边角煤回收及长臂工作面煤层平巷的掘进。

这一时期，由于单机引进改为配套引进，同时在配套选型时密切结合矿井煤层地质条件和生产技术条件，连续采煤机的使用率和开机率大幅提高，经济效益好，掘进效率及出煤量均有较大的突破，不断刷新纪录。

综上所述，我国使用连续采煤机的时间不长、经验不足。

还存水沟挖掘、备件供应等问题，仍需通过生产实践逐步探索解决。

1 设计目的及要求设计用途：设计符合要求的连续采煤机及其截割部基本要求1)最大掘高4.5m；2)最大掘宽5.6m；3)巷道坡度±16°；4) 机高大于1M 小于2M，机重大于45t；5)能够在煤层、半煤层下施工，切割煤岩最大单向抗压强度可达100Mpa，可切割性能指标适用切割煤岩硬度，普氏系数f小于等于8，岩石的研磨系数小于等于Mg152连续采煤机的基本概况2.1 连续采煤机的发展概况连续采煤机是美国现代化采掘设备，有近半个世纪的发展讨程。

美国煤层大多数是近水平煤层，且以中厚煤层居多，地质构造简单。

20世纪60年代以前，用房式或房柱式采煤方法开采，连续采煤机主要作为生产型设备使用。

60年代以后，由于推广长壁采煤法取得显著经济效益，此时，连续采煤机又成为工作面运输、通风巷道的快速掘进设备，成为当今美国高产高效综采工作面装备中必不可少的设备。

2.1.1 连续采煤机的发展概况自1949年美国利诺斯（LEE-NORSE）公司研制成第一台连续采煤机以来，其发展过程若按落煤机构的演变来划分，大体经历了三个发展阶段：a. 20世纪40年代，截链式连续采煤机。

这一时期的连续采煤机采用截链式落煤机构和螺旋清煤装置。

其优点是机器灵活性好，适用于不同的开采条件，可开采煤炭、钾碱、铝土矿、硼砂、页岩及永冻土；缺点是结构复杂，装煤效果差，截割头宽度窄，生产能力低。

b. 20世纪50年代，摆动式截割头连续采煤机。

这一时期的连续采煤机采用带2~3个截齿环的摆动式截割头落煤机构和装煤臂清煤装置。

其优点是生产能力高，装煤效果好；缺点是摆动头振动大，维护费用高。

这种机型由于装煤技术的改进，生产能力较高，受到市场普遍欢迎。

c. 20世纪60年代至今，滚筒式连续采煤机。

60年代末出现了生产能力大、截割效率高、装煤机构简单可靠的滚筒式连续采煤机，从而完全取代了摆动式截割头连续采煤机。

60年代末，美国久益公司先后推出10CM和11CM系列连续采煤机，这两个系列的机型是现代连续采煤机的雏形，其技术发展具有一定的代表性。

2.1.2连续采煤机的国内外应用连续采煤机在国外的使用情况。

目前使用连续采煤机的国家主要有美国、南非、澳大利亚和英国。

其中美国的生产、使用量占全世界总量的七成以上，主要应用在房柱式采煤，其次是长壁式的采区巷道、工作面上下平巷掘进以及边角煤回收、条带采煤。

美国是采用房柱式开采的主要国家，也是连续采煤机的生产、使用大国。

美国在房柱式开采中使用连续采煤机近半个世纪，目前美国采煤产量的50%靠连续采煤机生产。

美国在连续采煤机研制、设计和制造方面积累了丰富的经验，连续采煤机得到了不断改进和完善，适用范围逐步扩大，支护和运输等后配套设备日益成熟。

美国的生产厂家主要有久益（JOY），朗艾道（LANG-AIRDOX）、杰弗里（JEFFERY）、艾姆科（EIMCO）四家公司，其中久益公司的产品市场最大。

这些公司的产品已覆盖了薄、中厚及厚煤层，形成了系列。

英国是井工开采中以长壁采煤法为主的国家之一，长期以来，采取巷道及工作面平巷的掘进使用悬臂式部分断面掘进机和金属棚支护，积累了比较丰富的经验，在掘进机研制生产方面颇具规模，在国际采矿设备领域有一定的地位。

目前，在英国连续采煤机加锚杆支护技术正逐步上升为煤层平巷掘进的主要方法之一，是英国煤矿加快掘进进尺、降低掘进成本的重要措施，也是英国煤炭工业近10年来技术变革的一个重要方面。

南非井工煤矿产量中90%用房柱式开采，几乎全部使用美国的连续采煤机。

南非煤质特别坚硬，截齿消耗量很大，对连续采煤机的截割性能无疑是一个严峻考验。

为此，美国的一些公司，如久益公司就针对南非坚硬的煤质特殊条件，在原有12CM的基础上开发出了新机型12HP9、12HM17、和12HM31等重大功率连续采煤机，使南非的采煤产量实现了突破。

连续采煤机在我国的应用我国引进连续采煤机始于1978年，迄今为止，大体经历了单机引进和配套引进两个阶段。

第一阶段：20世纪80年代，以单机引进为主。

1978年，在引进100套总裁设备的同时，先后引进了一批悬臂式部分断面掘进机和连续采煤机。

连续采煤机是作为掘进机械化机型之一引进的，目的是从众多国外先进掘进机械的使用比较中探索适合我国的机型，通过引进、消化，博采众长，研制开发国产掘进设备。

第二阶段，20世纪90年代，以配套引进为主。

这一时期，由于国内外高产高效矿井的迅速发展，煤层平巷的机械化掘进滞后问题引起了国内外高度重视。

在这一时期，由于改单机引进改为配套引进，同时在配套选型时密切结合矿井煤层地质条件和生产技术条件，连续采煤机的使用率和开机率大幅度提高，经济效益好，掘进效率及出煤量均有较大突破，不断刷新高产纪录。

进入20世纪90年代以来，我国使用连续采煤机的总台数虽然减少，但使用情况较总体效益较高。

然而，我国使用连续采煤机的时间不长，经验不足，还存在水沟挖掘、备件供应等问题，仍需通过生产实践逐步探索解决。

2.2连续采煤机的基本结构特点：连续采煤机按截割煤层厚度可分为薄、中、厚三种。

按截割煤的软硬程度又可分为中等、坚硬和特坚硬三种。

它们的共同特点归纳如下：1、多电动机独立驱动;2、连续采煤机采用横轴式较长的截割滚筒;3、截割滚筒的截齿布置较简单，截线距离较大;4、增强截割硬煤和夹矸的能力;5、装运机构的传动布置已定型化，输送机链条结构均已标准化;6、采用启动扭距高的直流串激电动机驱动行走履带机构;7、连续采煤机的各主要传动系统多采用电动机驱动;8、液压系统采用了齿轮油泵，多液压缸开式系统;9、机器的自动控制、自动检测、安全装置较完善。

3 总体方案设计连续采煤机主要由截割机构、行走机构、装运机构、装载机构四大机构和液压系统、水路系统、电气系统三大系统，冷却除尘装置及安全保护装置组成，并通过主体部将各执行机构有机的组合于一体。

总体方案设计主要是进行连续采煤机的选型和总体参数的确定。

3.1 机型的选定及主要部件的结构形式的确定3.1.1 机型的选定选型原则；用途选择，连续采煤机主要用于留煤柱式双巷掘进，同时作为短壁机械化采煤的主要生产设备。

适应性选择地质条件。

连续采煤机主要适用于煤巷掘进，空顶距要求严格（一般不低于1.5m），不适用于顶板稳定性极差或“三软”巷道施工，过断层能力差。

巷道断面。

连续采煤机掘进的巷道，高度可由用户根据煤层厚度的厚度在施工中选择调整，而宽度由连续采煤机横轴截割头的宽度决定，不能随时调整，并形成矩形断面。

掘进的巷道顶板平直、断面规整。

掘进效率。

连续采煤机一次成巷，在顶板条件好的煤巷中，掘进速度快、效率高。

结构特点截割头、臂形式。

连续采煤机截割头为横轴式，截割头上截割齿排布较多，驱动功率一般较大。

截割头的设计宽度决定了掘进巷道的宽度。

截割头工作时，截割臂较宽，不利于超前帮锚作业。

机身形式。

目前国内使用的连续采煤机全部为进口，设计的机身较短。

机架多采用整体、组焊结构，即主机架、履带为一体式，机构紧凑、刚性好，只是运输、维护难度较高。

中间运输机多采用宽度大、龙门低的形式运输效率较高。

整机转弯半径一般较大。

喷雾形式。

喷雾采用外喷雾方式，在其横向截割头的后部横向布置喷水嘴，因其双向掘进，一般可实现大量喷水，且截割落煤方向较一致，灭尘效果较好。

连续采煤机必然要适应大多数煤层实际条件,并朝着掘、锚、采一体,集中控制、程序控制的方向发展。

根据任务书的要求，按行业标准MT/T 238.2-2008《悬臂式掘进机的型式与参数》，MT238.3-2006《悬臂式掘进机|第3部分|通用技术条件》选定机型类别。

要考虑的连续采煤机的用途有：采煤准备巷道的快速掘进以及房柱式采煤、回收边角煤，适用于掘进破碎煤岩硬度f ＝4～8，断面9～28 平方米的煤、半煤岩巷道的巷道施工。

要考虑连续采煤机的工作条件：切割煤层巷、半煤层巷，煤岩的单向抗压强度(或普氏系数f 值)及岩石的腐蚀系数。

特轻、轻型掘进机以掘进煤巷为主，它的特点应突出经济、灵活、方便，在截割巷道断面尺寸方面有较大的适应性。

中型掘进机以掘进半煤岩巷道为主，在截割岩石硬度方面适应性较强，但机器设计不宜过于笨重和庞大，在使用时有较大的覆盖面。

重型掘进机是具有更高切割能力的掘进机，应用范围更加广泛。

根据设计的要求和目的，机型重型。

选择基本参数应当符合表格的规定。

技术参数单位 机型 特轻 轻 中 重 超重 适应工作最大坡度(绝对值)不小于(°) 16± 16± 16± 16± 16± 可掘巷道断面㎡ 5～12 6～16 7～20 8～28 10～32 机重(不包括转载机)t 20≤ 25≤ 50≤ 80≤ 80> 切割煤岩最大单向抗拉强度 MPa40≤ 50≤ 60≤ 80≤ 100≤ 生产能力煤，3/min m0.6 0.8 — — — 煤夹矸，3/min m0.35 0.4 0.5 0.6 0.6 切割机构功率 kW 55≤ 75≤ 90～200 150> 200>3.1.2 各部件的结构型式的确定连续采煤机的基本组成连续采煤机通常由截割机构、装运机构、履带行走机构、液压系统、电控系统、冷却喷雾除尘系统及安全保护装置等组成。