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

（1.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心，辽宁 阜新 123000）

LCD-180型端帮采煤机研制与功效分析

李 勇1，2，代 博1，2，高志龙1，2，刘俊杰1，2

（1.辽宁瀚石机械制造有限公司，辽宁 阜新 123000；2.辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心，辽宁 阜新 123000）

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120～140万 t/a。

露天矿山端帮；呆滞煤；端帮采煤机；试生产与功效；发明专利

0 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/a[1]。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t[3]，白音华一号露天煤矿设计边帮压煤量为1.97亿t[2]，实际边帮压煤量为1.41亿t[4]。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、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

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

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3 端帮采煤机输送装置简图

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

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

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；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1⑤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

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5° ～15°[8-9]。

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105 m，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2.0 m行走工步尺度，行走一个工步耗时为20.2～20.5 min，即可达到约6 m/h。

采煤效率为27.0 m3/h，按设计指标37.8 m3/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

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385～ 395元/t，霍林郭勒市坑口价210～230元/t[10]。霍林河露天矿褐煤发热量6 000大卡（1大卡 =4.184 kJ）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120～140万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最大限度地回收了遗弃的端帮煤炭资源，减轻了因煤自燃造成的环境污染破坏。

4）在试生产过程中出现动力不足和跑偏现象，已查明原因，属于加工与装配和配置问题。

［1］赵红泽，甄选，厉美杰.中国露天煤矿发展现状［J］.采矿与安全工程学报.2011，28（2）：263－266，272．

［3］李崇，才庆祥，袁迎菊，等.露天煤矿端帮“呆滞煤”回采技术经济评价［J］.中国矿业.2016，26（6）：12－15．

［4］贺永军，张洪.露天煤矿相邻端帮压煤协同开采的研究［J］.露天采矿技术.2016，31（4）：14－17．

［5］王韶辉，才庆祥，刘福明.中国露天采煤发展现状与建议［J］.中国矿业.2014，23（7）：84－87．

［6］http://baike.baidu.com/item/%E9%9C%8D%E6%9E% 97%E6%B2%B3%E9%9C%B2%E5%A4%A9%E7% 85%A4%7%9F%BF/10894441?sefr=enterbtn．

［7］张瑾娴.内蒙古霍林河露天煤矿成游人观景新去处.中新网通辽6月28日电．

［8］孟祥瑞，舒航，骆中洲.河南露天矿煤质均衡控制研究［J］.露天采矿技术.1996（1）：7－14．

［9］东北内蒙古煤炭工业联合公司.东北煤矿资源图集［M］.沈阳：沈阳测试中心制图印制，1985，259－262．

［10］中国煤炭市场网：http:///www.cctd.com.cn/show-3，发布时间：2017-03-01．

【责任编辑：张东旭】

Development and effect analysis of LCD-180 end slope shearer

LIYong1,2,DAIBo1,2,GAO Zhilong1,2,LIU Junjie1,2
(1.Liaoning Hans Industries Co.,Ltd.,Fuxin 123000,China; 2.Research Center of Open-pit Coal Mine Equipment Engineering and Technology of Liaoning,Fuxin 123000,China)

This article introduces 6 composition systems,main technical index and coal mining process of the independent developed LCD-180 slope shearer which is authorized by China,Australia,America,Europe and Canada.Thismachine is capable of producing 200,000 t/a,equivalent to a small well working coalmine.The article found out the problem of the machine in trial production,and presents the upgrading and improving scheme,which makes the production capacity up to 120-140 million t/a.

end slope of open-pit coalmine;stagnant coal;end slope shearer;trial production and efficacy;invention patent

TD824.5

B

1671－9816（2017）09－0076－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.020

李勇，代博，高志龙，等.LCD-180型端帮采煤机研制与功效分析［J］.露天采矿技术，2017，32（9）：76-79.

2017-05-29

李 勇（1971—）男，汉族，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。