採煤機

採煤機一般由截割部、裝載部、行走部 (牽引部)、電動機、操作控制系統和輔助裝置等部分組成。

工作機構及其機械傳動或驅動裝置的總稱。當截割部由專用電動機驅動時，截割部也包括截割電動機。工作機構是直接實現截割、破碎等主要功能的部件。其上裝有截齒，截齒將煤從煤體上破落下來。有些採煤機的工作機構為了形成所要求的截割斷面形狀，除了一個主要工作機構外，還有一個或幾個輔助工作機構。工作機構往往兼有把破落下來的煤塊裝入工作面輸送機的功能，使用這類工作機構的採煤機就不再需要單獨的裝載部。機械傳動裝置用來將動力傳輸給工作機構，以滿足其運動方式、運動方向和截割速度大小的要求。機械傳動裝置通常採用齒輪傳動，一般在使用過程中不能變速，但備有專門的換速齒輪副，供安裝時更換，以滿足截割速度的要求。機械傳動裝置根據結構需要可由一個或多個箱體組成。

把工作機構破落下來的煤塊裝入工作面輸送機的部件。在工作機構不能兼有裝煤功能的情況下，設置獨立的裝載部。裝載部一般包括裝載機構和機械傳動裝置。當裝載部有專用的電動機時，也包括裝載電動機。裝載機構也可以由截割部的機械傳動裝置驅動。

又稱牽引部，行走(牽引)機構及其驅動裝置的總稱。行走機構又稱牽引機構，是行走部的執行機構。它的結構形式主要有鋼絲繩—卷繩筒、鋼絲繩—摩擦捲筒、牽引鏈—鏈輪和無鏈牽引行走軌—行走輪四種。前兩種使用於早期的採煤機，牽引力小，牽引速度低，使用壽命短，安全性差。現代採煤機都採用無鏈牽引。行走驅動裝置包括調速系統和機械傳動裝置。調速系統用來調節牽引速度和變換牽引方向，有機械調速、液壓調速和電氣調速三種。機械調速以機械方式來實現調速，如棘輪插爪傳動，摩擦片脈動傳動等。它常和機械傳動裝置結合在一起，其輸出軸的轉速往往是不均勻的，這種調速方式僅在早期的採煤機上使用。液壓調速以液壓傳動方式來實現調速，如變數泵一定量馬達、變數泵—變數馬達傳動等。電氣調速以電氣調速傳動方式來實現調速，如直流調速傳動和交流變頻調速傳動等。液壓調速和電氣調速都是無級調速，調速系統一般是獨立的。現代採煤機都採用電氣調速系統。

整台採煤機的幾個主要部件共用一台電動機驅動時，電動機才成為採煤機的主要獨立部件，該電動機往往稱為主電動機。主電動機一般是兩端都有輸出軸，一端驅動截割部，另一端驅動行走部，外形呈箱形結構，用緊固螺栓與相鄰部件連接形成採煤機的機身部分。電動機必須防爆。現代採煤機的電動機都是水冷式，多數採用定子水冷方式。

操作控制採煤機的電源(動力源)和工況狀態的系統。按系統的工作原理分為機械控制、液壓控制和電氣控制三種。按控制方式分為就機控制、直視遙控和巷道控制三種。

不同結構型式的採煤機需要配置各種相應的輔助裝置。常用的輔助裝置有：降(集)塵系統；供電電纜和供水管的拖纜裝置；各種安全保護裝置等。

電動機功率：指截割電動機(主電動機)的單台額定功率。在多台電動機驅動時，各台電動機額定功率之和稱總裝機功率。

截割高度：採煤機工作機構工作時在工作面底板以上形成空間的高度。在結構上允許達到的極限高度稱為最大截割高度，是決定採煤工作面開採高度的重要參數。

機面高度：位於支護頂梁下方的採煤機機身上表面離工作面底板的高度。它決定了採煤工作面的最低開採高度。

截深：採煤機工作機構每次切入煤體內的深度。

截割速度：截齒齒尖運動的線速度(不考慮牽引速度和工作機構擺動速度的影響)。截割速度影響到每個截齒的切削深度、破落煤的塊率、截齒的發熱和磨損、粉塵的生成和飛揚、截割堅硬岩石時的火花生成等。

牽引速度：又稱行走速度。採煤機整機沿長壁採煤工作面牽引(行走)方向運動的線速度。在採煤工作過程中，需要根據被破落煤的截割阻抗(以標準截齒按規定方法截煤時，單位切削深度所對應的截割阻力。)和工況條件的變化，經常調整牽引速度的大小。採煤機往往還需要在不割煤狀態下以較高的速度移動其在工作面的位置，這種速度稱為調動牽引速度。各種採煤機所具有的工作牽引速度和調動牽引速度的額定值往往簡稱為牽引速度和調動速度。

牽引力：又稱行走力，驅動採煤機行走的力。需克服牽引(行走)方向上的各種阻力。採煤工作時的牽引力較大，調動時的牽引力較小。各種採煤機所具有的牽引力額定值往往簡稱為牽引力。

下切深度：採煤機工作機構在結構上允許下切到工作面底板以下的最大深度。在採煤工作面底板起伏不平或在採煤工作面兩端騎踏面升高時，採煤機必須有足夠的下切深度才能避免連續上飄現象的發生。

過煤高度：騎槽式採煤機機身下部與配套刮板輸送機中部槽中板間的最大空間高度。它標誌著機身下通過煤量和大塊煤(岩)的能力。

採煤機的分類方法很多，一般按工作機構的工作原理和結構形式、適用的煤層厚度、煤層傾角進行分類。

按工作機構的工作原理和結構形式分類可分為截框式、滾筒式、立滾筒和鑽削式四種。目前，狹義的採煤機僅指使用最廣、數量最多的滾筒採煤機。主要有截框式採煤機，滾筒採煤機，立滾筒採煤機和鑽削式採煤機等等。

按適用的煤層厚度分類可分為極薄、薄、中厚和厚煤層採煤機四種。極薄煤層採煤機適用開採最小煤層厚度0.8m以下的煤層，由於設計難度大，生產能力低，所以品種和數量都很少；薄煤層採煤機適用於開採最小煤層厚度1.3m以下的煤層；中厚煤層採煤機適用開採厚度1.3～3.5m的煤層，這是採煤機的主流，品種多，使用廣；厚煤層採煤機適用於開採最高煤層厚度大於3.5m的煤層，基本上都是由中厚煤層採煤機派生的機型，目前最大截割高度可達4.5～5m。

按適用的煤層傾角可分為緩斜，中斜和急斜採煤機三種。

緩斜煤層採煤機。適用於傾角25°以下的煤層，絕大多數採煤機都屬於這一類。現代研製的採煤機一般在走向長壁採煤工作面可適用到傾角35°，在傾斜長壁採煤工作面則適用的傾角較小。

中斜煤層採煤機。適用於傾角25°～45°的煤層。這類採煤機一般在緩斜煤層採煤機的基礎上改型而成。現代研製的中斜煤層採煤機往往在走向長壁採煤工作面可以使用在煤層傾角35°～55°左右，又稱大傾角煤層採煤機。

急斜煤層採煤機。適用於傾角大於45°的煤層。急斜煤層由於條件很惡劣，採下的煤塊會高速向下滾飛而砸傷人員；冒落的頂板會向下滾滑使採空區充填不足而造成頂板事故；採煤機與底板之間的法向壓力太小，同時採煤機不能以工作面輸送機中部槽作行走導向而使採煤機運行不易保持穩定；採煤機上行時除了克服工作機構在行走方向的阻力以外，還要克服較大的機器自身重量的分力，因此要求有足夠的牽引力，而下行時採煤機會自行下墜而必須採取控制其下行速度的措施，還要考慮到行走機構損壞引起機器失控下墜而產生嚴重事故的可能性，因此，雖然世界各國都陸續研製過各種型式的急斜煤層採煤機，但都沒有能持久地推廣使用。

截框式採煤機以框形截盤作為主要工作機構的採煤機。截框式採煤機分為薄煤層和中厚煤層兩類，分別適用於0.6～0.9m及0.8～2.8m的緩斜煤層採煤。

基本結構：截框式採煤機由電動機、牽引部、截割部、裝煤部和輔助裝置等組成。截割部包括工作機構及其傳動裝置。牽引部包括牽引機構和牽引驅動裝置。電動機兩端出軸，分別驅動截割部和牽引部。裝煤部包括裝煤機構、裝煤減速箱和裝煤電動機。

齒座和鏈板用水平鉸銷連接成封閉的截鏈。它在框形導向架上環行，組成框形截盤。截齒裝在不同傾角的齒座上，呈扇形，使截槽有必要的寬度。截鏈運動時，截齒在煤體上割出框形截槽，截深一般為1.6～2m。截框高度決定於所採煤層的厚度，一般為0.7～1.4m，最低為0.5m，最高可達2m。當截框高度較高且煤質較硬，框形截槽內的煤體不能自行碎落時，必須增設破碎桿和破碎盤。破碎桿上裝有破碎齒，破碎盤套在破碎桿上，外圍裝有截齒。截割傳動裝置按框形截盤和破碎桿的運動速度和方向傳遞電動機的動力，截割速度是固定的。傳動框形截盤用圓柱齒輪，傳動破碎桿需要有一級錐齒輪。傳動裝置分為兩級，第一級減速箱是固定的，第二級減速箱可以繞第一級減速箱迴轉，兩級之間有離合器聯接。採煤機在工作狀態時，框形截盤與機身垂直，離合器合上。當採煤機要轉入下放狀態時，必須先把離合器脫開，然後將框形截盤隨同第二級減速箱一起轉到與機身成直線的位置。牽引機構由鋼絲繩和捲筒組成。捲筒裝在牽引減速箱的底部或頂部。鋼絲繩的一端固定在捲筒上，經過滑輪導向引出，另一端固定在斜撐於頂板和底板之間的支柱底部。捲筒轉動時，回收鋼絲繩，從而使採煤機沿著工作面煤壁移動。捲筒的容繩量為25～50m，捲筒纏滿后，使其快速反向轉動，人工把鋼絲繩拉出，在前方重新固定後方能繼續牽引。牽引驅動裝置把電動機的動力傳給捲筒，驅動裝置還要求在工作過程中調速，因此在傳動系統中設置棘輪機構或摩擦片脈動器，或採用液壓傳動。牽引部還提供一種較高的捲筒轉速，用於放繩和調動(下放)採煤機。裝煤機構為刮板拋射式，垂直封閉的鏈條上裝有懸臂刮板，下股鏈條貼底板從煤壁向採空區方向運行，至靠近工作面輸送機處斜坡向上，使煤塊高速拋射到輸送機內。裝煤部組裝成單獨的部件，用連接板和鋼絲繩拖在框形截盤後面，當下放時，脫開連接件，也轉成與機身呈直線的位置。截鏈截割生成的煤粉由截齒和齒座帶出截槽。除粉器把堆積的煤粉推開，以免再次被帶回截槽，堵塞截鏈運行。

截框式採煤機的特點是：採用大量截齒以小截割參數在截槽中截煤，使截槽中采出的煤粉(≤6mm)達80%，因此比能耗大、效率低。

又叫截煤機，靠安裝在循環運動的截鏈上的截齒深入煤壁截煤。

機械化掏槽的機器，用以增加爆破自由面，提高爆破效率，有圓盤式、截桿式和截鏈式三種。鋼絲繩兩端分別固定在錨柱和截煤機的繩筒上。工作時繩筒轉動，將截煤機拉向前進，速度為0.25～1.1m/min。牽引鋼絲繩長25m，每前進20～25m需移置錨柱。截煤機不能直接落煤，在工作面上需增加爆破落煤的工序，已被滾筒採煤機代替。

即刨煤機，靠刨刀的往複運動刨削破煤。

刨煤機有兩種：①動力刨煤機，靠刨刀對煤體衝擊破煤，存在問題較多，至今仍在研究中；②靜力刨煤機，靠刨刀對煤體靜壓力破煤，分拖鉤式、刮斗式和滑行式三種。中國目前多用拖鉤式刨煤機，習稱煤刨，由安裝刀架的刨體和左右撐板組成，刨刀對稱地分佈在刨體上。為保證刨煤時煤刨穩定，應將煤刨底盤壓在輸送機溜槽下面。煤刨用錨鏈牽引，沿工作面往複運動落煤，一次刨深50～125mm。刨速大於輸送機鏈速的刨煤機，叫快速刨煤機。刨煤機宜用於頂底板穩定、煤質較軟、地質構造簡單的薄煤層和中厚煤層。

鑽削式採煤機靠鑽頭邊緣的刀齒鑽入煤體，由鑽頭中部的破煤刀齒將中部的煤體破碎。

鑽削式採煤機以鑽削頭為主要工作機構的採煤機。用於開採緩斜長壁薄煤層，適用於截割硬煤，具有出煤塊度大、產生粉塵少等優點，但機身長、結構複雜、調高範圍小和不能自開切口。

基本結構：由截割部、行走部、電動機和輔助裝置組成。截割部包括工作機構及其機械傳動裝置。行走部包括行走機構、調速系統和機械傳動裝置。

鑽削頭是主要工作機構，分為單環形和多環形兩種。單環形鑽削頭的環形體端頭焊有呈不同傾角的齒座，並裝有截齒，鑽削頭轉動時截齒在煤體上截割出一定寬度的環形截槽。當截槽達到一定深度，安裝在環形體內壁和底部的截齒將環形截槽內的柱狀煤破碎成塊狀，煤塊從環形體兩側的裝煤口拋向工作面輸送機。由於鑽削頭的直徑是固定的，不能適應采高的變化，以及四角的弧形煤需要清除，因此，常常輔以頂截盤、底截盤、立截盤等輔助工作機構。頂截盤可升降，立截盤可擺動以適應采高的變化。多環形鑽削頭有同心多環和不同心多環兩種。同心多環鑽削頭的結構與單環形類似，只是外環形成的柱狀煤通過內環的截齒破碎。不同心多環鑽削頭的截齒在鑽削頭上按徑向布置。相鄰兩鑽削頭的工作區域有一部分是重疊的，上下弧形煤由輔助工作機構削平。裝煤機構是一條裝有裝煤刮板的閉合鉸接鏈，它一般兼有輔助工作機構的功能。機械傳動裝置按鑽削頭和輔助工作機構所要求的截割速度和運動方向傳遞電動機的動力，一般都採用齒輪傳動，不能變速。行走機構過去用鏈牽引，現代採用無鏈牽引。調速系統一般採用液壓傳動，使牽引速度能夠在工作過程中調節。機械傳動裝置根據所要求的牽引速度和運動方向傳遞動力，一般都採用齒輪傳動。電動機為箱形結構，兩端出軸，分別驅動截割部和行走部，並用連接螺栓把三者固定成一體。現代單環形鑽削式採煤機的電動機功率為200kW，最大牽引速度7.3m/min，牽引力300kN。

簡史：單環形鑽削式採煤機於20世紀50年代初出現於英國，由於其本身的缺點，始終沒有獲得大面積推廣。多環形鑽削式採煤機在美國和前蘇聯都曾研製和使用過，現已淘汰。

根據煤壁的受力特點和力學特徵，充分利用煤岩抗拉強度最弱這一力學特性，採用平行工作面煤壁的刀具對煤體進行沖劈，使刀具接觸並沖入煤體后在煤體中產生沖劈拉應力，使煤體開裂下落的一種採煤裝置。

滾筒採煤機適於在煤層厚度變化小、無夾石、地質構造簡單、煤層傾角 15°以下、頂板易於管理的條件下使用。傾角較大時，需裝防滑裝置。滾筒採煤機騎在可彎曲刮板輸送機上工作，沿工作面往返運行。螺旋式滾筒上裝有按一定規律排列的截齒。滾筒轉動時，截齒按一定順序在煤體上先後截出很多溝槽，使溝槽之間的煤體破落，通過滾筒旋葉和弧形擋煤板裝入輸送機。滾筒直徑為測量到截齒齒尖的截割直徑，各製造廠有各種不同的系列，根據采高選定。滾筒寬度相當於截深，有0.6、0.8、1.0、1.2m等幾種規格。

滾筒採煤機是以裝有截割刀具並繞水平軸線旋轉的截割滾筒為工作機構的採煤機。滾筒採煤機工作時，滾筒隨機體沿煤壁移動，截割刀具在機器牽引力作用下切入煤體，利用滾筒旋轉產生的轉矩，將煤從煤體上破落下來。早期的滾筒採煤機以鼓形滾筒為工作機構，破落的煤炭需藉助於犁煤板等專用的裝煤機構，將其裝入工作面輸送機。現代滾筒採煤機都以螺旋滾筒為工作機構，滾筒在破落煤炭的同時，利用螺旋葉片將煤裝入工作面輸送機。

滾筒採煤機用於長壁式採煤工作面進行機械化採煤，也可用於開採鉀鹽或油母頁岩等其他礦物。目前的滾筒採煤機截割高度為0.65～5.0m，可截割各種截割阻抗的煤層。

滾筒採煤機是煤炭生產的主要機械設備，隨著採煤綜合機械化的發展，滾筒採煤機的結構和性能還在不斷地改進和完善，主要有：①進一步擴大滾筒採煤機的適用範圍，研製適用於薄煤層、厚煤層和傾斜煤層的高效能滾筒採煤機；②提高滾筒採煤機的生產能力；③提高機器運行的可靠性和安全性。

按滾筒數目分類有單滾筒和雙滾筒採煤機，其中雙滾筒採煤機應用最普遍。

單滾筒採煤機：進刀方式有三種：①先進刀后移機頭，一般採用斜切進刀，這種方式簡單易行，但進刀時間長；②先移機頭後進刀，能充分利用工時，但開缺口工作量大；③進刀同時移機頭，進刀簡單，時間短，但需強力推移輸送機的設備。

割煤方式有兩種：①單向採煤，採煤機上行進一刀割煤，下行裝煤。優點是能充分利用機器裝煤，效率高，但工作面割一刀時間長，頂板懸露時間長，一般適用於頂板穩定、采高較大、裝余煤量大的煤層。②雙向採煤，往返各進一刀。優點是能提高工時利用率，工作面生產能力大，支護頂板及時，工序緊湊，但采高大時清浮煤工作量大。

雙滾筒採煤機：一次采全高，採煤機兩端各有一個滾筒。前滾筒在上割頂煤，后滾筒在下割底煤。兩滾筒一般相背旋轉，司機左側滾筒用左螺旋，司機右側滾筒用右螺旋。也可相向旋轉，司機左側滾筒用右螺旋，司機右側滾筒用左螺旋。一般採用雙向採煤，先進刀后移機頭的斜切進刀方式；也可採用進刀同時移機頭的正切進刀方式。

滾筒採煤機其他分類：按行走機構形式分類有鋼絲繩牽引、鏈牽引和無鏈牽引三種滾筒採煤機。按行走驅動裝置的調速傳動方式分類有機械調速、液壓調速和電氣調速三種滾筒採煤機(通常簡稱機械牽引、液壓牽引和電牽引採煤機)。按行走部布置位置分類有內牽引和外牽引兩種滾筒採煤機。按機身與工作面輸送機的配合導向方式分類有騎槽式和爬底板式兩種滾筒採煤機。按總體結構布置方式分類可分為截割電動機縱向布置和橫向布置兩種滾筒採煤機。

採煤機是一個集機械、電氣和液壓為一體的大型複雜系統，工作環境惡劣，如果出現故障將會導致整個採煤工作的中斷，造成巨大的經濟損失。

由於採煤機是以旋轉工作機構破煤，運行環境較為惡劣，受力較大，常會出現傳動部位零部件的機械磨損，如採煤機伸縮筒軸承位磨損、採煤機減速機箱體內孔軸承室磨損、採煤機鉸接銷孔衝擊磨損、採煤機滾筒煤截齒齒座內孔磨損等。

出現上述問題后，企業傳統解決辦法是補焊或刷鍍后機加工修復，但兩者均存在一定弊端：補焊高溫產生的熱應力無法完全消除，易造成材質損傷，導致部件出現彎曲或斷裂；而電刷鍍受塗層厚度限制，容易剝落，且以上兩種方法都是用金屬修復金屬，無法改變“硬對硬”的配合關係。

採煤機是從截煤機發展演變而來。截煤機只能在煤體中(一般貼近底板)截出一條深的截槽，然後打眼放炮，人工裝煤，效率低勞動強度高。於是就出現了在截煤機的基礎上使用多個截盤(包括彎截盤)，必要時加上破碎桿或破碎盤，把全采高的煤都破落下來，在後面再拖上裝載部，使破煤和裝煤工作能夠同時完成，這就是採煤機的雛型。到20世紀40年代末，蘇聯研製了截框式採煤機，50年代初，英國出現了滾筒採煤機和鑽削式採煤機。20世紀60年代以後，截框式採煤機逐漸淘汰，滾筒採煤機在技術和結構上不斷完善和更新，成為當前世界各國應用最廣泛的一種機型。

我國從20世紀60年代初期開始研製，期間經歷了由引進、消化、仿製到自主研製，由第一台單滾筒採煤機到雙滾筒採煤機的系列化研製；採煤機截割電機功率由60kW發展到1000kW，總裝機功率由60kW發展到2550kW；採煤機總體結構形式由單電機到多電機，由縱向布置到橫向布置；牽引形式由鋼絲繩牽引到圓環鏈牽引，發展到無鏈牽引；牽引調速由機械牽引調速到液壓無級調速，發展到直流調速和交流變頻調速；系統保護由簡單到完善；操作由單純手動就機操作到兼有端頭站操作和無線電離機操作；採煤工作面機械化程度由普採到高檔普采，再到綜采；適用範圍由薄煤層到特厚煤層的發展過程。

探索新的破煤工作原理和新型的工作機構，以改善產品煤的塊度構成，增加大塊煤的比例；充分利用煤的抗拉強度和剪切強度大大低於抗壓強度的特性，降低破煤的比能耗。擴大適應範圍，研製產量高、性能好的極薄煤層和薄煤層採煤機以及急斜煤層採煤機。提高自動化程度，與其他配套設備共同組成自動化採煤工作面設備並實現無人採煤工作面。採煤機使用於一般中、小型礦井下緩傾薄煤層﹑極薄複合煤層採煤工作面開切底槽，達到掏槽落煤的作用。體積小、重量輕，噪音小、防塵效果好，使用安全可靠。電器部分具有一定的防爆性能，電機冷卻方式為水冷。較手工採煤能提高煤塊率，節省開採時間，是開採極薄複合煤層代人工掏槽落煤的設備。

近年來，我國採煤機械產業發展迅猛，截止2010年全國採煤機械生產企業已多達24家，產銷量約800多台，產能達到1500台左右。從國內煤機競爭態勢來看，我國煤機製造企業受計劃經濟時代影響發展緩慢，不僅技術水平較低，而且產品單一。雖然近年技術提升很快，但是與國外煤機巨頭相比，我國煤機裝備整機的可靠性和穩定性仍然不強，缺乏行業的頂尖品牌，在資金實力和技術研發能力上與國際先進水平還有一段差距，在露天煤礦採掘設備的生產方面與國外差距較大，大而不強是我國煤機行業當前的真實寫照。

當前我國煤機產能過剩的整體態勢已經形成，產品競爭必然轉向品牌競爭，推動國內煤機行業的兼并重組，從而做強品牌是我國煤機企業實現突圍的必然之舉。為此，國家需要在政策等方面加強引導，從而推動我國儘快淘汰落後產能，實現煤機產業的健康發展。中國煤炭行業實施的資源整合、大集團戰略尤其是13個煤炭基地的建設，對煤機行業打造品牌、產品升級換代等將產生巨大的推動作用。這些措施在提供巨大市場機遇的同時，也會促進整個煤機行業市場的重新洗牌。目前煤炭行業機械化率約70%，但綜采率比較低，約為44%，而世界國家的煤炭綜采率超過80%，甚至達100%，煤炭行業的綜采化還有很大的空間。