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1、LCD-180 型端帮采煤机研制与功效分析 李勇 代博 高志龙 刘俊杰 辽宁瀚石机械制造有限公司 辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心 摘 要： 介绍了自主研制的、获得国家和澳大利亚、美国、欧洲和加拿大发明专利授权的 LCD-180 型端帮采煤机整装装备的 6 大组成系统和主要技术指标与采煤工艺。该机开采能力为 20 万 t/a, 相当于一座小型井工煤矿;确定了该机在试生产中出现问题的原因。据此, 提出了对该机进行升级改造的方案, 可使新机型生产能力达到 120140 万 t/a。关键词： 露天矿山端帮; 呆滞煤; 端帮采煤机; 试生产与功效; 发明专利; 作者简介：李勇 (1971) 男, 汉
2、族, 辽宁法库人, 工程师, 学士, 现任辽瀚石机械制造有限公司沈阳设计所所长, 主要从事自动化机械设计与研究。收稿日期：2017-05-29Development and effect analysis of LCD-180 end slope shearerLI Yong DAI Bo GAO Zhilong LIU Junjie Liaoning Hans Industries Co., Ltd.; Abstract： This article introduces 6 composition systems, main technical index and coal mining p
3、rocess of the independent developed LCD-180 slope shearer which is authorized by China, Australia, America, Europe and Canada. This machine is capable of producing 200, 000 t/a, equivalent to a small well working coal mine. The article found out the problem of the machine in trial production, and pr
4、esents the upgrading and improving scheme, which makes the production capacity up to 120-140 million t/a.Keyword： end slope of open-pit coal mine; stagnant coal; end slope shearer; trial production and efficacy; invention patent; Received： 2017-05-290 引言截至 2014 年 7 月底, 我国生产和在建露天煤矿 400 多座、总计产能 6.5 亿t
5、/a1。露天煤矿帮坡遗留大量压煤2, 山西平朔安家岭露天矿南端帮部分压煤量约为 100 万 t3, 白音华一号露天煤矿设计边帮压煤量为 1.97 亿 t2, 实际边帮压煤量为 1.41 亿 t4。据本文统计, 我国露天煤矿边帮压煤量占边境内可开采量的 14%, 甚至更多。随着露天矿内排的跟进端帮压煤以300 m/a的速度被掩埋, 造成我国有限煤炭资源的永久性浪费5。目前, 我国对端帮下压煤的开采所使用的先进露天煤矿开采设备几乎全部国外引进, 在该采矿领域国外处于绝对垄断地位, 价格高出国产同样规格设备的几倍之多, 而且进口设备维修困难、配件供应条件差等弊端3。端帮采煤机的自主化、自产化与无人化
6、和采装运一体化, 实为当前我国露天矿山之所需。针对上述状况并结合我国露天煤矿的实际需求, 笔者所在单位研制了 LCD-180型端帮采煤机 (下简称端帮采煤机) 。虽然矿山行业正处于结构调整与去产能时期, 但该机主要着眼于端帮残留资源的回收、是一套真正的节能、环保、安全与高效的整机装备。结合该机概况及其在霍林河露天煤业股份有限公司生产现场的工业试验与功效进行简介与分析。1 端帮采煤机简介1.1 整体装备概述根据合作方开采煤炭属褐煤, 考虑围岩稳定性及其对端帮采煤机的不利影响, 设计最大截割宽度为 1 800 mm, 故该机定型为 LCD-180 型。自主研发制造的端帮采煤机整体装备由截割机构系统
7、、运煤机构系统、防护机构系统、步进式自动转场机构系统和动力机构系统等 6 个部分组成, LCD-180型端帮采煤机主视图如图 1 所示。图 1 LCD-180 型端帮采煤机主视图 下载原图1.2 截割机构系统截割机构系统包括截割部本体、往复伸缩装置和可展开侧翼截割装置如图 2 所示。前进时, 截割滚筒向前推移并截割前方矿体;后退时, 展开侧翼截割装置向截割部本体的侧翼展开、并截割侧翼的矿体。图 2 端帮采煤机侧翼截割装置简图 下载原图1.3 装运煤机构系统装运煤机构系统包括装载装置和输送装置如图 3 所示, 装载装置可将截割下来的煤炭收集经输送装置向矿井外输送。将截割、收集及装运集成为一体。图
8、 3 端帮采煤机输送装置简图 下载原图1.4 防护机构系统端帮采煤机开采进入煤层后, 形成一个矩形孔硐, 其围岩对端帮采煤机及附属装运设备的运行状况和安全状态, 将会产生潜在的危害。为防护机器受损和保障生产安全、防止在开采过程中侧帮和顶板垮落, 埋压机器、甚至造成生产安全, 设计装备有安全防护机构系统简图如图 4 所示, 其可自动支护保护机身。图 4 端帮采煤机防护机构系统简图 下载原图1.5 转场机构系统该系统主要由 2 套液压驱动系统组成, 步进式横向行走斜视图如图 5 所示。图 5 端帮采煤机步进式行走三维斜视图 下载原图完成开采后, 一套垂直液压驱动系统先行启动, 使机体抬高、离开地面
9、;另一套水平液压驱动系统工作, 推动机体支架侧移, 侧移步距为 1 m;然后液压缸收缩、并拢, 完成一次行走。重复这一套动作, 直至到达预定待开采工作场地, 完成整机转场。1.6 动力机构系统动力机构系统提供采煤机所需全部动力, 主要包括截割煤、侧翼帮刮煤、运煤和完成计划采煤后机身退出、采煤机转场行走所需动力。目前设计的采煤机动力机构系统主要是帮外设置动力液压泵站如图 1 (5) 所示, 通过液压管输送至各个系统形成工作动力。1.7 主要技术指标与采煤工艺1) 端帮采煤机主要技术指标见表 1。表 1 端帮采煤机技术指标 下载原表 2) 采煤工艺过程简介平整帮前作业场地, 安置端帮采煤机、动力总
10、控站, 设置受煤场地。在自动控制系统控制下, 依次启动动力系统, 端帮采煤机开始实施采煤作业。端帮采煤机在采矿过程中, 可以通过往复伸缩装置将截割滚筒向前延伸, 即端帮采煤机的截割部本体不动, 截割滚筒向前推移并截割煤体。端帮采煤机回退时, 可展开侧翼截割装置向截割部本体的两侧展开;侧翼截割装置展开后与截割部本体的长度方向呈一定夹角, 向后回退的过程中同时能截割两侧的煤体, 使巷道两侧及顶部煤层持续自行冒落, 增加端帮采煤机的采煤量。收集装置将截割和冒落的煤自动装置于运输皮带机上, 再装入载煤车, 输运至孔硐外, 转载一处堆放或直接装车外运。端帮采煤机工作时, 采煤工作面无人作业。如作业时出现
11、故障, 采煤机可自动报警, 在端帮平台由操作人员对机械进行自动化控制自救。1.8 自主知识产权与专利LCD-180 型端帮采煤机先后获得了中国和澳大利亚、美国、欧洲与加拿大等国的发明专利授权与证书。2 端帮采煤机试生产概况2.1 霍林河北露天煤矿煤层与工况概述霍林河露天煤矿具有 1 500 万 t/a 生产能力6-7。14、17 和 21 煤层分布广、厚度大、较稳定, 为主要含煤层和主要可采煤层;煤层埋藏浅、倾角一般 5158-9。该矿台阶高度为 12 m, 作业场地平台宽约 30 m。估算境界内端帮压煤可采储量约为 2.0 亿 t, 端帮可采储量约 0.7 亿 t。2.2 试生产概况采煤工业
12、性试验结果为:总共采掘了 6 个房硐, 累计进尺 557 m, 平均进尺92.83 m, 最大进尺 105m, 累计出煤量达 3 300 t。采掘高度 2.5 m, 采掘宽度1.8 m。成功地完成了露天矿端帮采煤工业性试验, 设计功能基本全部实现。试生产中, 端帮采煤机本身表现出的主要问题有 2 个方面:1) 当掘进到约第 12 台运煤小车的位置 74 m 左右时, 端帮采煤机牵引不动后面的运输小车前行。分析其原因, 是 2 个液压系统争流, 分给行走马达的液压流量不够所致。2) 截割主机前进 100 m 总计向左偏约 1.8 m, 形成一个曲率很大的弧形矿硐, 偏差度为 1.8%, 此偏差度
13、在允许范围之内。究其原因, 可能主要与机械结构与动力有关: (1) 同步性, 左右履带行走幅度和/或速度没有达到严格的同步性, 左侧履带行走幅度和/或速度稍小、而右侧稍大; (2) 垂直性, 截割滚筒可能与前进方向没有保持垂直 (左偏后右偏前) , 属于装配问题; (3) 均衡性, 截割推力不均衡 (左部略小右部略大) , 属于液压动力传输问题。3 端帮采煤机生产功效及相关分析3.1 端帮采煤机功效截割机构在滑台上行走工步设定为 1 m、1.5 m 和 2.0 m 3 个尺度。试生产采用了最大尺度, 即 2.0m 行走工步尺度, 行走一个工步耗时为 20.220.5min, 即可达到约 6 m
14、/h。采煤效率为 27.0 m/h, 按设计指标 37.8 m/h。因该矿为优质褐煤, 故其容重取值 1.2, 试生产采煤效率为 32.4 t/h, 按设计指标采煤效率为 45.4 t/h。设计开采能力为 60 t/h, 上述 2 个数值显示开采能力没有达到设计预期, 主要原因依然是: (1) 总动力不足; (2) 动力分配尚不十分合理; (3) 动力传输过程中的损耗与衰减。试生产过程中, 没有采用设计的采高 3.5 m, 而实际采高为 2.5 m, 就是考虑了动力问题。端帮采煤机功效见表 2。表 2 端帮采煤机功效 下载原表 3.2 端帮采煤机经济效益端帮采煤机开采功效如表 2 所示, 相当
15、于一座中小型井工矿井的年产量, 但其成本仅为井工矿井的 25%。据中国煤炭网 2017 年 3 月 1 日报道, 锦州港和葫芦岛港发热量 3 500 大卡的褐煤价格在 385395 元/t, 霍林郭勒市坑口价 210230 元/t10。霍林河露天矿褐煤发热量 6 000 大卡 (1 大卡=4.184k J) 以上, 按 295 元/t 计, 取 180 型端帮采煤机年产 24.5 万 t 端帮褐煤, 年产值 7 227.50 万元。按单整机装备 1 500 万元计, 扣除购买设备费用、考虑其他费用、维护和部件更新因素, 年均获利可达 5 000.00 万元。这仅是直接经济效益。潜在的经济效益是
16、最大限度地回收了端帮煤炭资源, 社会效益是端帮压煤的开采, 可遏制、甚至消除煤的自燃、避免了因煤自燃造成的环境污染破坏。同时, 拥有自主知识产权的端帮采煤机, 标志着我国已跨进国际先进露天装备研发制造的行列。鉴于 180 型端帮采煤机出现的动力问题, 笔者所辖公司已着手机型升级改造, 设计的新型端帮采煤机功效可达 120140 万 t/a。4 结论自主研发制造的 LCD-180 型端帮采煤机装备已获得中国、澳大利亚、美国、欧洲和加拿大专利授权, 标志着我国已跨进国际先进露天装备研发制造的行列。经过霍林河露天煤矿的试生产验证, 各项技术参数与指标基本达到了设计要求。1) LCD-180 型端帮采煤机是一套安全、高效和环保型露天矿山端帮采矿技术装备, 结构设计合理, 实现了工作面无人作业。2) 一套端帮采煤机相当于一座中小型井工矿井的年产量, 最高可达 32.4 万t/a, 一般为 24.5 万 t/a。3) 端帮采煤机显著的经济效益是
