特厚煤层三滚筒采煤机的制作方法

本实用新型属于煤炭综采设备研发制造、煤矿开采技术领域，具体涉及一种特厚煤层三滚筒采煤机。

背景技术：

随着煤矿工作面大采高技术的不断发展，已经形成了煤矿工作面一次采全高7m的开采工艺，采煤工作面可实现年产800M～1000Mt，出现“一矿一面，一个采区，一条生产线”的高效集约化生产模式，相关成套装备也取得了较大的技术进步，基本形成了具有自主知识产权的大采高综采成套技术与装备体系。尤其是特厚煤层一次采全高的开采方法具有生产效率高、资源回收率高、开采工艺简单、维护管理方便等优点，越来越得到煤矿用户的普遍认可，已成为国内外厚煤层开采的优选方法之一。

通过市场调研，在我国陕西、内蒙古、山西、新疆等主要煤炭基地赋存有大量8m以上特厚煤层。采用放顶煤开采方法存在资源回收率低等问题，采用分层开采方法存在自然发火、效率低等缺点，采用现有的大采高开采技术和煤机装备，仅能满足开采7m左右的煤层，仍有1m多煤炭无法采出，造成巨大的资源浪费。

兖州煤业股份有限公司申请了一种三滚筒采煤机发明专利（专利申请号：200810116449.9），其特征是采用三个不等长摇臂、小直径滚筒把煤层分成上、中、下三层进行开采。同双滚筒采煤机相比，在相同采煤高度情况下，三滚筒采煤机的摇臂尺寸缩短，滚筒直径减小，从而简化了制造工艺，增强了采煤机适应不同采高的灵活性，减小（降低）采煤机装机总功率，达到节能降耗的目的。但是由于三个摇臂长度各不相同，斜切进刀工艺复杂，很难满足年产千万吨级大采高高自动化、智能化矿井的要求。

山西省晋城市晋城煤业集团申请了一种叠加臂三滚筒大采高采煤机的发明专利（申请号为201210033401.8），其特征是在双滚筒采煤机机身中部叠加了一个掘进机式截割部，通过液压缸和回转台调整其升降和水平摆动，完成对上部煤层的截割。该发明具有对煤层变化适应性强的优点，但是开采工艺极其复杂，而且掘进机式截割方式和采煤机截割方式的效率很难匹配，造成生产效率低下，很难适应特厚煤层的开采。

天地科技股份有限公司申请了一种适用于7～10m厚煤层三滚筒采煤机以及开采方法的发明专利（专利申请号：201410319059.7），公开了一种三滚筒采煤机及开采方法，将工作面煤层分为上部、中部、下部三部分，采用三滚筒采煤机进行开采，采煤机两端部通过长摇臂连接小直径滚筒主要截割上部和下部煤层，中部短摇臂大直径滚筒截割中部煤层。该发明具有较大的创新性，为7～10m 厚煤层提供一种较为可行的开采方法。但是该发明存在以下几个方面的问题：

（1）上述发明的三滚筒采煤机，若要开采8m以上的厚煤层，两端部的摇臂长度至少需要6m左右，摇臂过长导致摇臂的受力巨大、稳定性差、配套性差、容易出现与支架顶梁干涉等问题。同时，摇臂过长增加了斜切进刀的距离，降低了生产效率，并对行走部是一种极大的考验。

（2）上述发明的三滚筒采煤机，中部为短摇臂大直径滚筒，由于调节范围有限，两端摇臂过长，导致中部滚筒在工作面机头机尾无法割透，存在留煤现象，给开采带来不便。

（3）机身中部增加短摇臂和大直径滚筒，导致机身的负重加大，机身刚度以及可靠性很难满足煤矿安全高效生产的要求。

（4）中部滚筒截割的大量煤块，无法装入溜槽，将会堆积在机身上，对采煤机造成挤压、溜槽飘移等。

因此，结合现有的技术以及上述研究存在的问题，发明一种能够适用于一次采全高8m以上特厚煤层的三滚筒采煤机及其截割方法，充分开采现有矿井的煤炭资源，提高矿井储量整体回收率，确保矿井稳产高产，延长矿井服务年限，实现企业可持续发展。

技术实现要素：

鉴于现有厚煤层大采高双滚筒采煤机不能满足8m以上特厚煤层一次采全高开采的现状，结合分层、放顶煤开采原理以及矿压显现规律，本实用新型提供了一种特厚煤层三滚筒采煤机，通过优化分配各截割部的功率，利用三个滚筒把煤壁分成上、中、下三层同时进行截割，从而分散截割负载，达到减小采煤机截割功率、降低单个摇臂截割负载的目的。该三滚筒采煤机能够与井下大型刮板输送机、特大采高液压支架相互协调完成一次采全高8m以上特厚煤层工作面的落、装、运、支、控一体化、自动化。同时，提供一种适用于8m以上特厚煤层一次采全高截割方法。

本实用新型采用如下技术方案：

一种特厚煤层三滚筒采煤机，采煤机机身前后两端的牵引部对应连接有前截割部和后截割部，采煤机机身上还连接有中间截割部，采煤机机身内设有电控系统、液压系统和喷雾冷却系统，所述中间截割部迎着工作面煤流方向布置，包括相连的中间滚筒和中间摇臂，中间摇臂与采煤机后牵引部上方的小机架铰接，中间摇臂通过采煤机机身上设置的水平调高油缸实现升降，中间滚筒采用非螺旋双向滚筒。

所述非螺旋双向滚筒为4齿非螺旋双向割煤镐型截齿滚筒或4齿非螺旋双刃型截齿双向旋转滚筒。中间滚筒主要截割上部煤层，不参与装煤，采用一线4齿非螺旋式滚筒，实现双向割煤。

所述前截割部和后截割部的结构及性能参数均相同，摇臂的截割电机功率不大于1000kW，摇臂长度小于3.8m，滚筒直径不大于3.5m；所述中间摇臂的长度小于3.7m，中间滚筒直径为2.5m～3m，中间截割部的截割电机功率为前截割部截割电机功率的0.3～0.5倍。

所述采煤机机身上部还设有机身防护装置，包括挡矸防护装置、旋转扇形防护装置和油缸防护装置。所述挡矸防护装置由防护板、机身支架、油缸三部分组成，防护板与机身支架铰接，机身支架与采煤机机身连接，通过油缸来的伸缩调整防护板的防护范围，从而有效防止片帮和煤块飞溅。所述油缸防护装置由固定罩和移动护罩组成，移动护罩可随着油缸的伸缩在固定罩上滑动，从而有效保护调高油缸活塞杆，不受外力的作用，同时不会被片帮、煤块砸伤、碰伤等。并且固定罩和移动护罩之间设置有限位导向机构，能够保证二者之间的耦合。所述旋转扇形防护装置由底板、固定板、滑动板组成，通过铰接销连接，随着中间摇臂升降、滑动板实时调节位置，用以防护中间滚筒截割顶煤时产生的片帮。

所述采煤机机身中部设有溜煤槽，用于承接转运中间滚筒截割的煤层，使中间滚筒截割的上部煤层可从溜煤槽装入运输机。

所述采煤机机尾部设有破碎装置，破碎装置采用8极电机+行星减速机构驱动，在同等功率下，其输出扭矩与现有技术相比提高了2倍；破碎壳体为优质合金钢铸造结构，刚性好、强度高；破碎截齿采用双重限位结构，有效防止甩齿，安全性好。

一种特厚煤层截割方法，是利用采煤机的三个滚筒将煤壁分成上、中、下三层同时进行截割，前截割部的前滚筒截割工作面的中层煤、中间截割部的中间滚筒截割工作面的上层煤、后截割部的后滚筒截割工作面的下层煤以及装煤；在工作面两端头，三滚筒采煤机通过前滚筒和后滚筒来实现扫底、清浮煤、斜切进刀工艺，此时中间截割部调至与机身呈水平状态，待前滚筒和后滚筒通过斜切进刀完全进入煤壁之后，中间截割部开始调高，中间截割部的滚筒逐步切入上部煤层，完成中间滚筒的进刀，并伴随着前滚筒和后滚筒进入常规割煤状态，实现8m以上特厚煤层的安全回采。

具体采煤截割步骤如下：

1）端部斜切进刀

采煤机位于采煤工作面的机头部，此时采煤机的前滚筒靠工作面机尾方向，采煤机的后滚筒靠工作面的机头方向，将前滚筒调至最高截割中部煤层，后滚筒调至最低截割下部煤层，中间滚筒调至与机身呈水平状态，刮板输送机调整成弯曲状态，采煤机沿着弯曲段行走，前滚筒、后滚筒逐渐切入煤壁，待采煤机通过弯曲段，前滚筒和后滚筒完全切入煤壁后，中间截割部开始调高，中间滚筒逐步切入上部煤层，同时将刮板运输机调直，从而完成三滚筒采煤机的斜切进刀；

2）右行割三角煤

将采煤机靠机头部的后滚筒调至最高，截割中部煤层，靠机尾部的前滚筒调至最低，截割下部煤层，中间滚筒保持原状，然后采煤机右行割三角煤，当行走至端部时，逐渐降低机头部的后滚筒直至割透三角煤；

3）左行扫底、清浮煤、左行正常割煤

将采煤机靠机尾部的滚筒调至最高作为前滚筒，截割中部煤层，靠机头部的滚筒调至最低作为后滚筒，截割下部煤层，中间滚筒保持原状，然后采煤机左行扫底、清浮煤、左行正常割煤；

左行正常割煤过程中，前滚筒经过时液压支架第二、三级护帮收回，中间滚筒经过时液压支架的第一级护帮收回；

4）采煤机保持上述姿态继续左行割煤直至机尾，完成工作面中部段煤层的截割，同时，完成退溜、移架等工序；当行走至端部时，逐渐降低机尾部的滚筒直至割透机尾部的三角煤；

5）右行扫底

将采煤机靠机头部的滚筒上摆，中间滚筒调至与机身呈水平状态，靠机尾部的滚筒调至最低，右行扫底；

6）采煤机保持上述姿态左行清浮煤直至机尾，然后从机尾部进行斜切进刀，进入下一循环。

本实用新型具有如下有益效果：

1）特厚煤层三滚筒采煤机设置有三个截割部，通过优化分配各截割部的功率，利用三个滚筒把煤壁分成上、中、下三层同时进行截割，从而分散截割负载，达到减小采煤机截割功率、降低单个摇臂截割负载的目的，降低了采煤机生产制造的难度，同时提高了采煤机的可靠性。

2）该采煤机通过三个滚筒的相互配合，能够顺利完成端部斜切进刀、扫底、清浮煤、割三角煤等工艺，为8m以上特厚煤层的开采提供了一种可行的一次采全高截割方法；有利于煤矿企业合理开采利用煤炭资源，提高回采率，实现高效集约化生产，是煤矿大采高技术的又一次重大突破，更是煤炭生产的一种极大技术革新。

3）该三滚筒采煤机前、后截割部的结构和参数一致，可以完全互换；中间截割部和小机架可拆卸，拆卸后就成为一台大采高双滚筒采煤机，可以适应8m以下煤层的开采，既保持现有采煤机良好的互换性，又具备良好的适应性。

4）中间截割部通过研发轻量化摇臂、非螺旋双向刀型截齿滚筒，既能实现上部煤层的有序剥离，又能实现中间滚筒的双向割煤；而且中间滚筒调至与机身呈水平状态时，可以作为破碎机进行破碎大块煤及片帮，保证煤流顺利通行。

5）采煤机机身上部设置有挡矸防护装置，能够有效防止中间扫顶滚筒的落煤以及煤壁片帮伤人，同时有效防护机身上部不落煤，并保护液压管路、电缆以及其它元件等，大幅提高了三滚筒采煤机的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的结构主视图；

图2为本实用新型的结构俯视图；

图3为本实用新型的结构后视图；

图4为非螺旋双向割煤镐型截齿滚筒的结构示意图；

图5为非螺旋双向旋转刀型截齿滚筒的结构示意图；

图6为挡矸防护装置的结构示意图；

图7为调高油缸防护装置的结构示意图；

图8为旋转扇形防护装置的结构示意图；

图9为机身溜煤槽的结构示意图；

图10为破碎装置的结构示意图；

图11为斜切进入煤体的截割示意图；

图12为采煤机返回截割机头巷的示意图；

图13为采煤机左行正常割煤至机尾巷的示意图；

图14为采煤机右行扫底的截割示意图；

图中：1-前截割部、2-中间截割部、3-后截割部、4-水平调高油缸、21-中间滚筒、22-中间摇臂。

具体实施方式

结合附图，对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

本实用新型是在现有厚煤层一次采全高双滚筒采煤机技术基础上，利用分层、放顶煤开采原理以及矿压显现规律，通过在采煤机机身中部增设了中间截割部（包含中间摇臂和中间滚筒），发明了特厚煤层三滚筒采煤机，其前滚筒主要截割工作面的中层煤（即为开缺口）、中间滚筒截割工作面的上层煤（也即为扫顶煤）、后滚筒截割工作面的下层煤以及装煤，形成了煤矿综采工作面三滚筒开采新工艺，实现对一次采全高8m以上特厚煤层的开采。

如图1、2、3所示，三滚筒采煤机最明显的特征是设置有三个截割部，分别为前截割部、中间截割部和后截割部，其中前、后截割部与机身两端的牵引部连接耳铰接，采用上置式调高油缸来实现前、后滚筒高度的调节。中间截割部与右牵引部上方的小机架连接耳铰接（迎着工作面煤流方向布置），小机架与牵引部采用4根阶梯销连接紧固，通过在机身上设置水平调高油缸来实现中间摇臂的升降。机身由左、右牵引部、中间机架组成，通过燕尾槽楔铁定位，长拉杆液压螺母连接紧固；电控系统、液压系统、喷雾冷却系统全部放置在机身内部。破碎装置铰接在机身左侧牵引部连接耳部，用于破碎通过机身的大块煤。机身上部设置有旋转式安全型挡矸装置、上置油缸防护装置以及挡矸端部防护等，主要防止中间扫顶滚筒的落煤以及煤壁片帮伤人，同时有效防护机身上部不落煤，并保护液压管路、电缆以及其它元件等。

根据矿压显现规律，合理匹配前、后截割部、中间截割部的性能参数。即前、后截割部的电机功率、摇臂长度、滚筒直径以及其它性能参数相同，单个摇臂的截割电机功率不大于1000kW，摇臂长度小于3.8m，滚筒直径不大于3.5m。中间截割部通过研发轻量化摇臂、非螺旋双向刀型截齿滚筒，从而实现中间滚筒的双向割煤。其截割电机功率约为前、后截割部电机功率的0.3～0.5倍，摇臂长度小于3.7m，滚筒直径在2.5m～3m范围。

中间截割部在最大采高时与液压支架顶梁预留有足够的间隙，保证与液压支架顶梁、互帮不发生干涉；在最低采高时，能够调整至与机身呈平行状态，保证机组的通过性。

该三滚筒采煤机能够与煤矿井下大型刮板运输机、大采高液压支架相互协调完成一次采全高8m以上特厚煤层工作面的落、装、运、支、控一体化、自动化、智能化。

三滚筒采煤机的截割方法是将三滚筒采煤机、大型刮板运输机、特大采高液压支架进行配套，利用采煤机的三个滚筒把煤壁分成上、中、下三层同时进行截割，前滚筒主要截割工作面的中层煤、中间滚筒截割工作面的上层煤（也即为扫顶煤）、后滚筒截割工作面的下层煤以及装煤。在工作面两端头，三滚筒采煤机通过前、后滚筒来实现扫底、清浮煤、斜切进刀等工艺，此时中间截割部调至与机身呈水平状态，待前、后滚筒通过斜切进刀完全进入煤壁之后，中间截割部开始调高，中间滚筒逐步切入上部煤层，完成中间滚筒的进刀，并伴随着左、右滚筒进入常规割煤状态，实现8m以上特厚煤层的安全回采。具体步骤如下：

1）端部斜切进刀（图11）

该三滚筒采煤机位于工作面的机头部（右侧为机头部），此时靠机尾方向的为前滚筒，靠机头方向的为后滚筒，位于采煤机中部的为中间滚筒，将前滚筒调至最高，截割中部煤层，后滚筒调至最低截割下部煤层，中间滚筒调至与机身呈水平状态，刮板输送机调整成弯曲状态。采煤机沿着弯曲段行走，前、后滚筒逐渐切入煤壁，待采煤机通过弯曲段，前、后滚筒完全切入煤壁后，中间截割部开始调高，中间滚筒逐步切入上部煤层，同时将刮板运输机调直，从而完成三滚筒采煤机的斜切进刀。

2）右行割三角煤（图12）

将采煤机靠机头部的滚筒调至最高，截割中部煤层，靠机尾部的滚筒调至最低，截割下部煤层，中间滚筒保持原状，然后采煤机右行割三角煤，当行走至端部时，逐渐降低机头部的滚筒直至割透三角煤。

3）左行扫底、清浮煤、左行正常割煤（图13）

将采煤机靠机尾部的滚筒调至最高作为前滚筒，截割中部煤层，靠机头部的滚筒调至最低作为后滚筒，截割下部煤层，中间滚筒保持原状，然后采煤机左行扫底、清浮煤左行正常割煤；左行正常割煤过程中，前滚筒经过时液压支架第二、三级护帮收回，中间滚筒经过时液压支架的第一级护帮收回。

4）采煤机保持上述姿态继续左行割煤直至机尾，完成工作面中部段煤层的截割，同时，完成退溜、移架等工序；当行走至端部时，逐渐降低机尾部的滚筒直至割透机尾部的三角煤。

5）右行扫底（图14）

将采煤机靠机头部的滚筒上摆，中间滚筒调至与机身呈水平状态，靠机尾部的滚筒调至最低，右行扫底。

6）采煤机保持上述姿态左行清浮煤直至机尾，然后从机尾部进行斜切进刀，进入下一循环。

由此可知，本实用新型所述三滚筒采煤机相比专利201410319059.7所述类采煤机具有明显的区别改进：

首先，结构形式、滚筒布置方式、参数、性能不同。本实用新型所述三滚筒采煤机设置有前、中、后三个截割部（分别包括摇臂和滚筒），其中前、后截割部的电机功率、摇臂长度、滚筒直径以及其它性能参数相同，可互换使用，单个摇臂的截割电机功率不大于1000kW，摇臂长度小于3.8m，滚筒直径不大于3.5m。中间截割部通过研发轻量化摇臂、非螺旋双向割煤镐型截齿滚筒或非螺旋双向旋转刀型截齿滚筒，其截割电机功率约为前、后截割部电机功率的0.3～0.5倍，摇臂长度小于3.7m，滚筒直径在2.5m～3m范围，中间摇臂和右牵引箱上方的小机架铰接，小机架和牵引箱采用T型槽+5条定位销连接紧固。即本实用新型所述采煤机的前、后摇臂采用现有7m采高采煤机摇臂的成熟技术，并已经通过煤矿井下的实践检验，具有良好的可靠性和实用性，中间截割部研发了新技术，具有较高的创新性，把现有成熟技术和研发的新技术组合叠加，实现了8m以上特厚煤层的一次采全高开采，具有极大的创新性。

而专利201410319059.7中所述的中部摇臂与机身的固定方式没有说明，从示意图图上看，其连接方式很不可靠，对机身刚度和强度影响较大。前、后摇臂为加长摇臂，长度大约6m，摇臂加长，摇臂的刚度和强度减弱，稳定性差，并且摇臂传动系统的传动链加长，传动效率降低；其中间截割部为大直径滚筒，重量大，机身的支撑刚度很难保证。而且摇臂加长，采煤机整机长度加长，其井下的通过性差，重心不稳。

其次，三个滚筒的分采煤层布局不同。本实用新型所述采煤机的前滚筒、中间滚筒、后滚筒对应的截割煤层为中层煤、上层煤、下层煤以及装煤，而专利201410319059.7所述采煤机两端的小直径滚筒用于截割上部和下部煤层，中部大直径滚筒用于截割中部煤层。

即本实用新型所述三滚筒采煤机的斜切进刀工艺为前后滚筒斜切进刀，中间滚筒不参与斜切进刀，待前后滚筒完全进入煤壁之后，中间滚筒上升切入煤壁，与常规两滚筒采煤机斜切进刀工艺基本相同，保留了原有的采煤工艺，并且机头、机尾的通过性非常良好，能够顺利割透三角煤，与井下相关设备（液压支架、刮板运输机）具有良好的配套性。而专利201410319059.7所述采煤机是采用三个滚筒同时进刀，改变了现有采煤工艺，而且斜切进刀过程复杂，前后摇臂过长，一旦遇见仰采工况，前后摇臂就容易和支架顶梁发生干涉，而且整机过长，中部摇臂长度短，左右摆动幅度有限，导致中部滚筒在工作面机头、机尾会留下一部分煤层，无法截割。

同时，本实用新型所述采煤机的前滚筒截割中间煤层，相当于将煤层开了缺口，中间滚筒扫顶煤，后滚筒割底部煤层和装煤，而且前滚筒将煤层开缺口后，顶部煤层悬空，释放了顶部煤层的压力，大幅降低了中间扫顶滚筒的割煤负载。而专利201410319059.7所述采煤机的前滚筒割顶煤，中间滚筒割中间煤，后滚筒割底部煤层和装煤，前后滚筒直径小，摇臂长，重心不稳，容易和液压支架发生干涉等，而且后滚筒为小直径滚筒，装煤能力弱，无法满足8m以上煤层的装煤要求。

本实用新型中未作特殊说明的构件均为现有技术。