LC-QH-12型露天矿螺旋采煤机的结构与功能王英杰;李勇;代博;韩新平【摘要】This article introduces eight major components systems, main technical index and coal mining process of the independent developed screw shearer LC-QH-12, whose mining capacity is 250 000t/a. The screw shearer prevents coal spontaneous combustion and the environmental pollution. The function of mining-filling integration and magazine rocker arm loading and unloading device is technology innovation and progress, which means that our country has stepped into the ranks of international advanced countries on mine equipment research, development and manufacturing.%介绍了自主研制的LC-QH-12型露天矿螺旋采煤机整装装备的8大组成系统和主要技术指标与采煤工艺.该机开采能力为25万t/a,可遏制煤的自燃及因之造成的环境污染.该机采充一体化功能与弹仓式摇臂自动装卸杆装置是技术创新与进步,标志着我国已跨进国际先进露天矿山装备研发制造的行列.【期刊名称】《露天采矿技术》【年(卷),期】2018(033)001【总页数】5页(P110-113,117)【关键词】螺旋采煤机;采充一体化;弹仓式;自动装卸杆【作者】王英杰;李勇;代博;韩新平【作者单位】辽宁瀚石矿山工程集团有限公司,辽宁阜新123000;辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心,辽宁阜新123000;辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心,辽宁阜新123000;辽宁瀚石矿山工程集团有限公司,辽宁阜新123000;辽宁瀚石矿山工程集团有限公司,辽宁阜新123000;辽宁省露天矿山装备工程技术研究中心,辽宁阜新123000【正文语种】中文【中图分类】TD422.4+90 引言我国生产和在建露天煤矿400多座[1]。
露天煤矿帮坡遗存大量压煤[2-4]，我国露天煤矿边帮压煤量占边境内可开采量的14%～21%。
我国早期的露天煤矿，如辽宁阜新海州露天煤矿和抚顺西露天煤矿，剥离岩块为外排方式，致使形成巨大的矿坑。
现代的露天煤矿均采用内排的方式，随着露天矿内排的跟进端帮压煤以＞300 m/a的速度被掩埋，造成有限煤炭资源的永久性浪费[5]，同时，边帮压煤发生自燃，对环境造成污染，并因自燃导致边帮加速垮塌，一方面使矿坑进一步外延扩展，另一方面形成滑坡与崩塌自然与人为复合灾害[6-9]。
2005年，阜新海州露天煤矿停产，在长3.9 km、宽1.8 km、深350 m的矿坑基础上建设国家矿山公园，总占地面积28 km2[10]。
为此，国家已陆续投资数亿元之多。
由于南部边帮裸露的煤层不断发生自燃、继而导致在南侧边帮建筑的步行台阶垮塌殆尽、形成一面高角度的巨大斜坡，严重地损害了公园形象和公众安全，同时造成环境污染和其他灾害。
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从国外引进，价格高且存在维修困难、配件供应条件差等弊端[3]。
基于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LC-QH-12型露天矿螺旋采煤机。
该机主要着眼于端帮残留矿产资源的回收与采后矿硐的充填，是一套采充一体真正的节能、环保、安全与高效的整机装备，具有自主知识产权。
1 螺旋采煤机简介1.1 螺旋采煤机整体构成螺旋采煤机包括主体架、本体、弹仓式自动装卸杆装置、螺旋钻杆和钻头、本体抬升机构与本体支撑架、自动行走装置、动力系统和自动控制系统等8大组成部分。
螺旋采煤机简图如图1所示。
图1 螺旋采煤机简图注：1-钻机架体；2-钻机平台；3-待装卸钻杆；4-推进机；5-装卸钻杆；6-装卸钻杆移送通道；12-钻杆竖直移送机构；13-钻杆角相位调整机构；14-钻杆水平移送机构；36-行走驱动机构1.2 螺旋采煤机主要部件1）螺旋采煤机主体架。
主体架总体呈矩形框架结构，由2长（平行螺杆）2短槽型钢焊接而成；在4个角点各焊接1根垂直主体架或地表的支柱（槽型钢对合焊接），支柱底安装脚盘。
2）螺旋采煤机本体。
包括导向钻头-钻杆-导向套筒机构、往复推进和旋转装置。
旋转装置如图2。
图2 旋转装置往复推进装置由钢架、滑道、推进液压缸组成，钻杆旋转装置固定于本体座盘上、座盘置于滑道平台上、并与一个构件固定、该构件下端与推进液压缸铰接。
3）弹仓式自动装卸杆装置。
包括水平送/收杆装置如图3（a）、摇臂旋转送/收杆机构和螺杆阻滑移机构如图 3（b）、螺杆角相位调整机构如图 3（c）。
图3 弹仓式自动装卸杆装置注：12-钻杆竖直移送机构；13-钻杆角相位调整机构；14-钻杆水平移送机构；15-螺杆托架；16-传动辊；17-传动设备；18-升降组件；19-钻杆擎手；20-固定架；21-动力杆；22-弹性元件；23-盖板；24-解锁组件；25-连接轴；4）螺旋钻杆和钻头。
包括空心圆杆本体和螺旋叶片。
空心圆杆本体的构造为：①一端为榫头，由实心四棱柱与四棱台柱组合而成，四棱柱的一面具有矩形凹槽；②另一端为四面体形榫槽、可与榫头啮合；③榫槽外、与榫头具有矩形凹槽的相同的一面，设置螺杆锁定/解锁装置。
螺杆锁定/解锁装置如图4。
钻头只设置于第1根螺旋钻杆前端，钻头为套筒式，设置内外2个套筒、外套筒径略大于螺杆直径、内外套筒前缘平齐、镶嵌钻齿如图5所示。
图 4 螺杆锁定/解锁装置注：7-钻杆连接机构；8-榫头；9-榫槽；10-定位孔；11-定位销轴图5 第1根螺旋钻杆与钻头5）本体抬升机构与本体支撑架。
由2个液压缸组成，底部铰接于主体架后部、顶端铰接于本体后1/3位置处，用于采矿机本体0°～-25°、特别针对-15°～-25°倾斜矿层的钻进开采；采矿机本体抬升后，本体脱离后端的2个支撑点、本体的稳定性由可调整高度的“八”字形支撑架来保障；支撑架为方形套筒式、内外筒内外两侧设置间隔1°的孔，插入轴销以使内外筒固定，行稳定性支撑功能。
6）自动行走装置。
由两套液压驱动系统构成，一套垂直液压驱动系统，另一套水平液压驱动系统，置于主体架的底部。
螺旋采煤机步进式行走示意图如图6所示。
图6 螺旋采煤机步进式行走示意图7）动力系统。
包括第1和第2动力系统，由电力驱动和液压驱动机构组成。
目前设计的螺旋采煤机液压动力机构系统主要是帮外设置动力液压泵站，通过液压管输送至各个系统形成工作动力。
8）自动控制系统。
置于遥控器和螺旋采煤机控制台上，主要部件为传感器和电子线路板。
对螺旋采煤机整机所需用的、及其处于工作状态时全部动作所涉及的油温油压、距离间距、电压电流等具有响应、反馈和指令的自动控制功能。
2 螺旋采煤机主要技术指标2.1 主要技术指标表1所示为螺旋采煤机主要技术指标。
表1 螺旋采煤机技术指标项目参数/技术指标产品型号产品名称整机质量/t适应煤层的普氏硬度系数钻孔直径/m开采深度/m生产能力/万（t·a-1）钻杆转速/（r·min-1）钻进角度装机总功率/kW液压系统压力/MPa采煤机行走速度/（m·h-1）系统供电电压/V LC-QH-12露天矿螺旋采煤机131 f≤2 1.2 60～150 25 35 0°～25°528 25 285 6 0002.2 自主知识产权与专利情况LC-QH-12露天矿螺旋采煤机已于2017年8月15日获得中国国家知识产权局实用新型专利授权。
3 螺旋采煤机功能3.1 功能上述8大组成部分（系统），具体功能如下：1）螺旋采煤机主体架。
具有3方面的功能：①承载除动力和控制系统以外螺旋采煤机的其余所有组成部分；②支撑作业；③连接自动行走装置。
2）螺旋采煤机本体。
钻头具备导向功能，防止在旋转钻进的过程中钻头走向发生偏差，严重者出现偏孔、窜孔现象，影响相邻矿硐的开采以及后续的充填等工作。
在螺旋采煤机的前端设置1个钻杆套筒，其与钻杆几近贴合、约为钻杆长度的1/3，起固定导向或定向作用。
往复推进装置为在螺旋采煤机可0°～-25°旋转的本体架两侧安装的液压系统构成。
前进开采时，液压缸收缩行螺旋钻机推进功能；一个钻杆钻进完成，液压缸伸展行螺旋钻机后退复位功能。
如此循环工作、直至达到一个矿硐钻进开采过程结束。
全程20根钻杆（100 m）的钻距或少于20根钻杆，视工况条件而定。
螺旋采煤机本体上还设置电力驱动系统的一些部件，将在动力系统中描述。
3）弹仓式自动装卸杆装置。
水平送/收杆装置位于主体架和本体之间。
钻进时，在接受螺旋采煤机外部辅助送杆机器送杆于其擎举手凹窝内后，启动向本体下的螺杆托盘内送杆。
随即摇臂旋转送/收杆机构启动，向上旋转至预定位置，相应的液压缸工作以调整螺杆姿态至与螺杆轴线重合的位置，使之处于待接状态。
钻进结束复位时，水平送/收杆装置进入收杆状态。
这一作业过程是前述送杆作业的逆过程。
在螺杆处于待接状态时，螺杆角相位调整机构工作，调整螺杆的相位至前后两杆可准确对接状态。
处于待接状态时，螺杆阻滑移机构在液压缸的动作下启动，以防接杆时螺杆在托盘上过度滑移而无法接杆。
完成接装杆后，阻滑移机构在液压缸的动作下收缩，开始钻进。
复位卸杆时，阻滑移机构重复上述动作、亦行阻滑功能。
螺杆接装杆完成后，螺杆锁定解锁装置将装接的螺杆前与其前的螺杆、后与转动驱动电机锁定。
复位卸杆时，其在行解锁功能。
4）螺旋钻杆和钻头。
钻杆包括螺杆前部榫头和后部的榫槽、空心杆和螺旋线状叶片。
榫头和后部的榫槽用于螺杆的连接。
螺旋线状叶片具有2个功能：①主要行向外输送截割下来的煤和向内输送充填物料；②可对螺杆的强度和刚度起增强作用。
5）本体抬升机构与本体支撑架。
螺旋钻机最后端的“八”字形支撑架内置液压动力机构，可使本体以主体架前端横梁轴行0°～-25°转动，同时，对本体起支撑稳固作用。
0°～-25°是针对煤层倾斜状态而设计的，可进行水平最大至25°倾斜煤层的开采。
这也是本螺旋采煤机的创新之处、与国外同类产品的重大区别。
6）自动行走装置。