進口采煤機國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究

曹楊 黨亞歌

（1、中天合創(chuàng)能源集團葫蘆素煤礦，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017000 2、西安煤礦機械有限公司，陜西西安 710201）

為了解決中天合創(chuàng)能源集團葫蘆素煤礦四盤區(qū)工作面煤層厚度沿工作面推進方向從5.3m 到2.8m 逐漸降低，無法自始至終使用同一高度的進口EKF SL900 采煤機采煤的問題，我公司與西安煤礦機械有限公司合作對原EKF SL900 采煤機進行升級，目的是降低原采煤機機面高度，滿足四盤區(qū)工作面的開采需求，同時解決EKF SL900 采煤機進口鏈輪總成、導(dǎo)向滑靴等易損配件供貨不及時、價格昂貴等問題。西安煤礦機械有限公司從2019 年開始對葫蘆素煤礦EKF SL900 采煤機牽引塊、支撐腿等部件進行國產(chǎn)化研究工作。2020 年10 月由西安煤礦機械有限公司自主研發(fā)的進口采煤機國產(chǎn)化牽引塊在中天合創(chuàng)能源集團葫蘆素煤礦開始進行應(yīng)用。

1 國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究的條件

1.1 國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用工作面的地質(zhì)條件

EKF SL900 采煤機國產(chǎn)化牽引塊在葫蘆素煤礦四盤區(qū)21405 工作面進行應(yīng)用研究，21405 工作面為四盤區(qū)首采工作面，位于四盤區(qū)中部，工作面單巷布置，平均埋深約650m，傾角約為-3°～+3°。21405 工作面東側(cè)為四盤區(qū)輔運大巷，西側(cè)為四盤區(qū)井田邊界線，北側(cè)為240m 暫不開采的保護煤柱，南側(cè)為21406 工作面。

21405 工作面為左工作面，工作面長度299.6m，有效推進長度3080.8m，煤層厚度2.8-5.3m，煤層最厚處位于切眼附近，厚度約5.3m，最薄處位于工作面停采線附近，厚度約2.8m，平均厚度3.5m。更換國產(chǎn)牽引塊時，工作面推進方向剩余約920m，煤層厚度4.2m-2.8m，可采煤量113 萬t，設(shè)計可采期限4 個月。

1.2 國產(chǎn)牽引塊結(jié)構(gòu)特點

牽引塊作為采煤機行走的工作機構(gòu)，主要是與刮板輸送機配套使用。牽引塊通過高強度雙頭螺柱與采煤機內(nèi)牽引箱連接，內(nèi)牽引箱通過花鍵軸將輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞給牽引塊，牽引塊將內(nèi)牽引箱輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為采煤機整機前進的牽引力和速度。牽引塊的結(jié)構(gòu)屬于半開式一級直齒輪減速箱，它的質(zhì)量和可靠性直接影響到采煤機的生產(chǎn)效率。采煤機行牽引塊結(jié)構(gòu)圖見圖1，采煤機國產(chǎn)化牽引塊技術(shù)特點見表1。

圖1 采煤機牽引塊結(jié)構(gòu)圖

表1 采煤機國產(chǎn)化牽引塊技術(shù)特點

2 國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究的過程

進口采煤機國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究主要完成了國產(chǎn)牽引塊與進口采煤機以及刮板輸送機整體安裝配套性能應(yīng)用研究、國產(chǎn)牽引塊整體結(jié)構(gòu)可靠性應(yīng)用研究、國產(chǎn)牽引塊與進口采煤機內(nèi)牽引箱組成的牽引系統(tǒng)可靠性應(yīng)用研究等三個階段，完成了近十項的應(yīng)用研究工作。

2.1 牽引塊整體配套性能應(yīng)用研究

國產(chǎn)牽引塊整體配套性能研究主要是按照《綜采工作面安裝作業(yè)規(guī)程》對采煤機國產(chǎn)牽引塊與進口采煤機內(nèi)牽引箱連接可靠性進行檢驗，對牽引塊與輸送機的安裝布局合理性進行驗證，同時在采煤過程中對牽引塊中導(dǎo)向滑靴、鏈輪總成與刮板輸送機銷軌之間的嚙合特性進行研究，檢驗牽引塊結(jié)構(gòu)設(shè)計的先進性與合理性。

經(jīng)過井下應(yīng)用驗證，該牽引塊與進口采煤機內(nèi)牽引箱之間連接合理、可靠，與刮板輸送機銷軌之間嚙合順暢，采煤過程中采煤機行走平穩(wěn)。整體配套性能良好，能夠達到合同和煤礦井下實際應(yīng)用要求。

2.2 國產(chǎn)牽引塊整體結(jié)構(gòu)可靠性應(yīng)用研究

采煤機牽引塊作為采煤機牽引系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)的質(zhì)量好壞直接影響著采煤機整機能否高效、可靠運行。井下應(yīng)用中重點對國產(chǎn)牽引塊殼體和傳動齒輪可靠性進行了研究分析，對牽引塊導(dǎo)向滑靴、鏈輪總成等易損易耗件進行了研究分析。

應(yīng)用研究過程中該國產(chǎn)牽引塊殼體未出現(xiàn)殼體開裂、變形、磨損嚴(yán)重等現(xiàn)象，驅(qū)動齒輪、鏈輪總成等未出現(xiàn)斷齒、齒面剝落、嚙合不暢等情況，國產(chǎn)牽引塊在葫蘆素煤礦21405 工作面連續(xù)過煤113 萬噸，行走360km，整體性能良好，使用護方便，可靠性較高，達到進口水平。

2.3 采煤機整機牽引系統(tǒng)可靠性應(yīng)用研究

該采煤機國產(chǎn)牽引塊是為了滿足葫蘆素煤礦四盤區(qū)煤層厚度變化專門研制的，采用的是驅(qū)動輪+鏈輪總成齒輪形式的一級直齒傳動結(jié)構(gòu)，中間未設(shè)計惰輪結(jié)構(gòu)。由于采煤機內(nèi)牽引系統(tǒng)是原裝進口設(shè)備，外牽引塊是西安煤礦機械有限公司自主設(shè)計制造的產(chǎn)品，因此采煤機內(nèi)、外牽引之間的匹配使用效果也是此次應(yīng)用研究的重點。

應(yīng)用初期發(fā)現(xiàn)更換國產(chǎn)牽引塊后采煤機在采煤過程中頻繁出現(xiàn)過載停機現(xiàn)象，尤其是向機尾方向采煤過程中出現(xiàn)過載停機次數(shù)明顯多于采煤機向機頭采煤，每班次最高多達13 次，嚴(yán)重影響了21405 工作面的生產(chǎn)進度。

經(jīng)現(xiàn)場跟蹤排查，先后排除了牽引塊驅(qū)動輪與鏈輪總成之間嚙合不暢、導(dǎo)向滑靴與輸送機銷軌間隙過小、鏈輪總成與輸送機銷軌嚙合不暢、采煤機支撐腿與輸送機鏟板槽幫之間干涉等多種能夠引起采煤機采煤過程中阻力過大，從而導(dǎo)致采煤機頻繁過載停機等因素。排除了由于采煤機電氣系統(tǒng)故障引起的采煤機頻繁報過載故障從而停機等因素。

對采煤機整機牽引系統(tǒng)進行研究分析，發(fā)現(xiàn)原EKF SL900采煤機牽引電機功率150kW，牽引電機轉(zhuǎn)速1785r/min，內(nèi)牽引箱傳動比為68.57，外牽引傳動比為2.38；國產(chǎn)改造后采煤機牽引電機功率150kW，牽引電機轉(zhuǎn)速1785r/min，內(nèi)牽引箱傳動比為68.57，外牽引傳動比為2.21。分別對改造前后采煤機的牽引力、牽引速度等參數(shù)進行計算。采煤機牽引塊改造前后牽引系統(tǒng)參數(shù)見表2。

根據(jù)表2 可以看出，采煤機安裝國產(chǎn)牽引塊后，整機額定牽引速度由16.1m/min 增加到17.3m/min，增大約7.45%；最大牽引力由951.4kN 減少至883.5kN，減小約7.15%。

為了查找采煤機頻繁過載的原因，并結(jié)合采煤機牽引系統(tǒng)計算結(jié)果，對采煤機內(nèi)牽引系統(tǒng)進行調(diào)速設(shè)計改進，目的是增大安裝國產(chǎn)牽引塊采煤機的傳動比，增大采煤機最大牽引力。內(nèi)牽引箱改進后的采煤機牽引系統(tǒng)參數(shù)見表3。

表2 采煤機牽引塊改造前后牽引系統(tǒng)參數(shù)

表3 采煤機內(nèi)牽引箱改造前后牽引系統(tǒng)參數(shù)

根據(jù)表3 可以看出，對安裝國產(chǎn)牽引塊的采煤機內(nèi)牽引箱傳動系統(tǒng)進行改進后，整機額定牽引速度由17.3m/min 減少到15.98m/min，減少約7.63%；最大牽引力由883.5kN 增加至957.3kN，增加約8.35%。

2.4 采煤機過載停機原因分析及解決辦法

經(jīng)過近一個月的應(yīng)用研究分析，初步判斷采煤機頻繁過載的原因主要有三點：

2.4.1 采煤機機面高度由原來的2253mm 降低到1703mm后，采煤機過煤空間由原機的1154mm 降低至604mm，當(dāng)采煤機采煤速度過快，煤壁片幫嚴(yán)重時采煤機行走阻力加大。

2.4.2 采煤機改造后牽引力比原EKF SL900 采煤機牽引力小約7.15%。

2.4.3 采煤過程中工作面支架控制不合理導(dǎo)致煤壁片幫加劇。

采煤機頻繁過載停機是以上三方面因素綜合作用的結(jié)果。因此，解決采煤機過載停機問題除了對采煤機內(nèi)牽引系統(tǒng)進行升級以增大采煤機最大牽引力外，還應(yīng)該根據(jù)工作面煤層條件的變化對工作面采煤工藝進行調(diào)整，采取單向采煤或者雙向采煤機時適當(dāng)減小滾筒截深的采煤方法。

經(jīng)過近三個月的應(yīng)用驗證，內(nèi)牽引箱改進升級以后的采煤機在新的采煤工藝下基本消除了因過載引起的停機故障，有效的保證了工作面的順利、安全推進。

3 應(yīng)用研究研究取得的成果

3.1 進口采煤機國產(chǎn)牽引塊在安裝使用中與進口采煤機內(nèi)牽引箱對接安裝尺寸準(zhǔn)確、合理，安裝、維護方便；與輸送機銷軌安裝合理、嚙合順暢，整體配套性能良好，可實現(xiàn)與進口對應(yīng)型號采煤機牽引塊的整組互換。

3.2 該國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用期間殼體未出現(xiàn)開裂、變形、磨損嚴(yán)重等情況；導(dǎo)向滑靴、鏈輪總成取得了單個導(dǎo)向滑靴和單個鏈輪總成連續(xù)出煤113 萬t，行走360km 的成績；導(dǎo)向滑靴與鏈輪總成均可實現(xiàn)與進口EKF SL900 采煤機互換的目標(biāo)。

3.3 結(jié)合井下應(yīng)用中出現(xiàn)的過載問題，對采煤機內(nèi)牽引系統(tǒng)進行改進，整機牽引力在國產(chǎn)改造采煤機基礎(chǔ)上提高8.35%，一定程度上緩解了采煤機頻繁過載停機的問題。

3.4 針對采煤機機面高度降低后引起的過煤空間高度降低，以及工作面片幫嚴(yán)重引起的采煤機行走通道煤量過大等因素導(dǎo)致采煤機行走阻力增大，最終導(dǎo)致采煤機過載停機等問題，形成了一套合理的采煤工藝，有效的提高了采煤操作工的業(yè)務(wù)水平和操作技巧，保證了工作面的順利、安全推進。

3.5 形成了一套全面、先進的采煤機國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究理論和研究方法，獲取了采煤機牽引塊設(shè)計、計算、使用的第一手可靠數(shù)據(jù)，為后續(xù)采煤機整機國產(chǎn)化研究、使用工作奠定了良好的基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

進口采煤機國產(chǎn)牽引塊應(yīng)用研究研究證明該牽引塊各項性能指標(biāo)均達到甚至超過了預(yù)期的研發(fā)目標(biāo)和設(shè)計要求，并在使用中結(jié)合實際問題積累了一套國產(chǎn)牽引塊設(shè)計、制造、改進的方式方法，總結(jié)了一套特殊工作面條件下特殊的采煤工藝。該國產(chǎn)牽引塊能夠滿足中天合創(chuàng)葫蘆素煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件下井下高產(chǎn)、高效的生產(chǎn)需求，具備整組替代進口采煤機牽引塊和單件替代進口采煤機易損件的能力。

由于該牽引塊是在進口采煤機基礎(chǔ)上進行的研究改造升級，在設(shè)計、制造與維護等方面都存在不足，應(yīng)用研究期間不可避免的出現(xiàn)了一些問題，這些問題為后續(xù)采煤機牽引塊的改進和整機國產(chǎn)化研究工作積累了豐富的經(jīng)驗。