CN108386189B - 一种采煤机及其滚筒 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采煤机及其滚筒，包括筒体、端盘、两个及两个以上的螺旋叶片和多个截齿，所述端盘与所述筒体的一端固定相连，并且位于所述筒体面向煤壁的一端；各所述螺旋叶片沿所述筒体的周向设置，且各所述螺旋叶片的端部与所述端盘固定相连；各所述螺旋叶片均包括渐扩段和等径段，所述渐扩段的宽度自所述端盘侧开始逐渐增大，最终与所述等径段的宽度相等；所述多个截齿间隔的布置于所述端盘和各所述螺旋叶片上。本发明可以有效降低煤壁片帮及冒顶事故的发生，可大幅提高在煤矿生产的安全性。

Description

一种采煤机及其滚筒

技术领域

本发明总体来说涉及一种采煤机，具体而言，涉及一种采煤机及其滚筒。

背景技术

煤壁片帮与端面冒顶是发生在煤矿厚煤层工作面开采过程中的常见事故，发生事故后容易造成工作面停产，设备受损、甚至人员伤亡等严重损失在。因此，煤壁片帮成为了煤矿灾害治理中的热点问题之一，针对这一问题目前形成了一系列治理方案。但是所采取的方案措施多是针对煤壁的加固或顶板压力的缓解，没有考虑到采煤机滚筒截割煤壁形成的空间形态对煤壁片帮的影响。螺旋滚筒是采煤机自开工作面缺口、落煤、装煤的机构，螺旋滚筒主要是由筒体、端盘、螺旋叶片、齿座、截齿、喷嘴组成。其中，螺旋叶片与端盘焊在筒体上，齿座焊在叶片和端盘上，齿座中固定有用来落煤的截齿。

目前针对传统采煤机螺旋滚筒多集中在对筒体形状的改变，如截锥型、弧形筒体，或采用螺旋叶片变升角方案，以达到来增大装煤空间，提高出煤效率和块煤率的目的；又或者改造截齿形态，增添螺旋叶片耐磨片以提高螺旋滚筒的使用寿命。然而并未关注到螺旋叶片形态对采煤的影响，传统的采煤机螺旋叶片的旋转包络面为圆柱面，截割完煤体后，顶板与煤壁形成了一个直角区域，在尖角处由于应力集中效应，煤壁极易在此发生破坏，最终造成片帮和端面冒顶事故，尤其是煤矿厚煤层工作面，采高的增加使得煤壁片帮，端面漏冒问题更加突出，几米高处的大块煤岩体落下极易造成人员伤亡，设备损坏，进行事故处理的时间长，不符合安全生产和高产高效生产的要求。因此业界急需改善采煤机截割效果，以提高煤矿生产的安全性。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够提高煤矿生产安全性的采煤机滚筒。

本发明的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够提高煤矿生产安全性的采煤机。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，提供了一种采煤机滚筒，包括筒体、端盘、两个以上的螺旋叶片和多个截齿，所述端盘与所述筒体的一端固定相连，并且位于所述筒体面向煤壁的一端；

各所述螺旋叶片沿所述筒体的周向设置，且各所述螺旋叶片的端部与所述端盘固定相连；各所述螺旋叶片均包括渐扩段和等径段，所述渐扩段的宽度自所述端盘侧开始逐渐增大，最终与所述等径段的宽度相等；

所述多个截齿间隔的布置于所述端盘和各所述螺旋叶片上。

根据本发明的一实施方式，其中螺旋叶片的数量为二至四个，各所述螺旋叶片围包角介于210°～140°之间，并且所述螺旋叶片的数量与所述围包角大小呈反比。

根据本发明的一实施方式，其中所述螺旋叶片个数为两个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于210°；或者所述螺旋叶片个数为三个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于140°；或者所述螺旋叶片个数为四个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于105°。

根据本发明的一实施方式，其中所述渐扩段的包络线为圆弧线，所述等径段的包络线为直线。

根据本发明的一实施方式，其中所述的螺旋叶片末端的直线为叶尾边线，从端盘的方向看，紧靠所述叶尾边线的截齿称为第一截齿，轴向靠后位置是位于另外一个螺旋叶片上的一个截齿，称为第二截齿，轴向再靠后位置是位于所述端盘边缘的一个截齿，称为第三截齿，通过多个螺旋叶片的多个叶尾边线确定多个第三截齿，而端盘边缘其余的截齿在所述的第三截齿之间均匀分布。

根据本发明的一实施方式，其中所述第一截齿的齿座四周设置有加强体。

根据本发明的一实施方式，其中所述多个截齿间隔的分布于所述螺旋叶片及端盘的边缘上；所述多个截齿沿所述筒体的轴线为圆心间隔的分布于所述端盘的平面上。

根据本发明的一实施方式，其中所述多个截齿的轴线方向与所述筒体的轴线方向的夹角为30°～60°。

根据本发明的一实施方式，其中各个所述截齿可转动地固定在齿座中，运作中自动磨锐。

根据本发明的另一方面，一种采煤机，安装有至少一个如上所述的采煤机滚筒。

由上述技术方案可知，本发明的采煤机及其滚筒的优点和积极效果在于：

本发明的螺旋叶片采用渐扩段和等径段的设计，可以使得本发明的采煤机滚筒剥离煤壁与顶煤之间的夹角为圆弧过渡，而传统采煤机滚筒剥离的煤壁与顶板的夹角均为直角。由弹塑性力学可知，在尖角处附近的应力集中程度比圆滑过渡的情况大得多。因此，本发明采用上述设计可以使得采煤机滚筒所截割出的煤壁的应力集中得到极大的缓解，塑性区范围减小，降低了煤壁在上部斜直线、弧形滑动片帮和端部漏冒的风险。另外本发明的采煤机滚筒截割形成的煤壁凹向内部，与煤壁发生中部拉裂式片帮的力学特点形成结构形态的反对称，因此也降低了煤壁发生中部拉裂式片帮的风险。由此可以本发明不仅可以有效降低了煤壁上部的片帮和端部漏冒风险，而且还有效降低了煤壁中部拉裂式片帮的机率，从而极大的提高了煤矿生产的安全性。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本发明的优选实施例的详细说明，本发明的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本发明的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机滚筒的立体示意图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机滚筒的侧视示意图。

图3是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机滚筒的主视示意图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机滚筒由外向内截割示意图。

图5是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机滚筒的第一截齿加强体侧视示意图。

图6是现有技术的采煤机前滚筒截割煤壁的断面示意图。

图7是现有技术的采煤机后滚筒截割煤壁的断面示意图。

图8是根据一示例性实施方式示出的一种螺旋叶片不含等径段的采煤机前滚筒截割煤壁的断面示意图。

图9是根据一示例性实施方式示出的一种螺旋叶片不含等径段的采煤机后滚筒截割煤壁的断面示意图。

图10是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机前滚筒截割煤壁的断面示意图。

图11是根据一示例性实施方式示出的一种采煤机后滚筒截割煤壁的断面示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本发明将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本发明的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本发明的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组件、材料等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、材料或者操作以避免模糊本发明的各方面。

为了了使本领域技术人员更能清楚的理解本发明的原理及其结构特点，现将本发明的整体方案及有益效果综合说明如下。

本发明提供一种可以有效防止煤壁片帮的采煤机滚筒，其可以包括筒体、端盘、螺旋叶片、截齿、截齿座和加强体，所述的端盘焊接在筒体靠近煤壁一侧，所述的螺旋叶片焊接在筒体外侧，同时也与端盘焊接。所述的螺旋叶片的宽度并非始终不变，在靠近端盘一侧，螺旋叶片的宽度最小，往采空区方向，宽度逐渐增加到最大值，螺旋叶片的这一部分称为渐扩段，而剩下保持最大宽度的部分称为等径段，所述的螺旋叶片渐扩段与等径段是一个整体，所述的截齿均匀焊接在端盘和螺旋叶片上。

根据统计，煤壁片帮类型根据煤质坚硬程度的不同分为不同的破坏模式，具体表现为坚硬煤壁主要发生中部拉裂式片帮和上部斜直线型片帮，软弱煤层主要发生上部弧形滑动片帮，可见煤壁的上角和中部均是片帮发生的重点区域。本发明的螺旋叶片渐扩段的包络线为圆弧，其剥离的煤壁与顶煤之间为圆弧过渡，而传统采煤机滚筒剥离的煤壁与顶板的夹角均为直角，由弹塑性力学可知，在尖角处附近应力集中程度比圆滑过渡的情况大得多。因此本发明的采煤机滚筒所截割出的煤壁的应力集中得到极大的缓解，塑性区范围减小，降低了煤壁在上部斜直线、弧形滑动片帮和端部漏冒的风险。另外采煤机滚筒截割形成的煤壁凹向内部，与煤壁发生中部拉裂式片帮的力学特点形成结构形态的反对称，因此也降低了煤壁发生中部拉裂式片帮的风险。

本发明的螺旋叶片渐扩段的包络线为圆弧，而等径段的包络线为直线，所述的螺旋叶片的个数为2～4个，各螺旋叶片完全相同，螺旋叶片的围包角的大小与螺旋叶片的个数有关，所述的围包角是指螺旋叶片在滚筒周围方向上展开的角度，为了保证滚筒运煤时不产生应力突变，所述的螺旋叶片间应该有衔接，当螺旋叶片个数为2时，围包角≥210°，当螺旋叶片个数为3时，围包角≥140°，当螺旋叶片个数为4时，围包角≥105°。

本发明的螺旋叶片等径段的包络线为直线，使得采煤机滚筒截割过后，清除渐扩段在上一割煤循环中产生的残余顶煤和底煤，这样的设计能够保证采煤机完成截割后，推移液压支架的过程中，支架顶梁处于原先平面，和推移刮板输送机过程中，刮板输送机底面仍然处于原先的平面的。

本发明的截齿通过弹性挡圈固定在齿座中，截割煤体时能够发生自旋，具有自动磨锐的效果。齿座焊接在端盘的平面上、端盘的边缘上和螺旋叶片边缘上。其中位于端盘平面和边缘上的截齿各自围成一圈，其轴线指向滚筒的转向，仰角为20°～60°，且偏向煤壁20°～45°，位于螺旋叶片边缘上的截齿，其轴线指向滚筒的转向，仰角为20°～60°，且偏向采空区方向的角度等于螺旋叶片升角。截齿的轴线方向与滚筒的转向相同，且偏向煤壁，截齿轴线方向与筒体的轴线方向夹角为30°～60°。

所述的螺旋叶片尾部的直线称为叶尾边线，从端盘的方向看，紧靠叶尾边线的截齿称为第一截齿，靠后位置是位于另外一个螺旋叶片上的一个截齿，称为第二截齿，再靠后位置是位于端盘边缘的一个截齿，称为第三截齿，通过n个螺旋叶片的n个叶尾边线总共可以确定n个第三截齿，而端盘边缘其余的截齿在所述的第三截齿之间均匀分布。端盘平面上的截齿以端盘中点为圆心，沿圆周均匀分布，螺旋叶片边缘上的截齿沿边缘弧线均匀分布。所述的截齿设置形式使得煤壁外侧先受到截割，然后再是中部受到截割，最后才是端盘边缘处的煤壁受到截割，这样由外向内的截割顺序，使得外部截割时产生了新的自由面，降低中部截割时所需的能耗，同样的，煤壁中部受到截割后，也产生了新的自由面，减少了端盘边缘处截割所需要的能耗。也就是说，由外向内的割煤顺序使得滚筒的比能耗极大的降低，而且还减缓了内部截齿受到的磨损。

所述的第一截齿、第二截齿、第三截齿的位置依次靠后，所述第一截齿的齿座四周焊接有加强体。由于采煤机滚筒的第一截齿总是最先截煤，当滚筒转速较慢时，第一截齿受力较大，可能使齿座焊缝开裂，在螺旋叶片和齿座之间焊接一个加强体有利于防止齿座焊缝受力达到极限，发生断裂的现象。

所述的筒体为截锥体，靠近端盘一侧的半径最大，往采空区方向，半径逐渐减小，截锥体的半锥角的角度可以为2°～6°之间。由于螺旋叶片从渐扩段向等径段的变化，加上截锥形筒体半径向采空区方向逐渐减小，使得出煤端的空间越来越大；厚煤层大直径滚筒，小截深，使得螺旋叶片的升角较大；与此同时，截锥形滚筒给煤流径向推力分量，使得截割下来的煤可及时由螺旋叶片装运。这些因素综合使得运煤流程通畅，内循环减少，煤的破碎率降低，块煤率高，故产生煤尘量较小。

所述采煤机滚筒的截深，即采煤机螺旋滚筒的宽度为600mm，根据现场应用实际，采煤机截深多采用600mm或800mm，而小截深采煤机减少了开采对煤壁的干扰和空顶暴露面积，因此，采用600mm截深的滚筒有利于缓解煤壁片帮现象。

传统采煤机的前滚筒截割完顶煤之后，会形成一个临时的台阶，台阶上容易堆积残煤和煤块，当后滚筒再次经过割底煤时，台阶之上的残煤和煤矿会瞬间进入滚筒，可能造成滚筒堵塞，严重时，大块落下损坏设备。而本发明的采煤机滚筒则不会出现这样的现象，当采煤机前滚筒截割完煤壁之后，会形成一个临时的弧形坡度，残煤和煤块难以在此堆积，从而避免了以上问题。

下面结合附图1-11，对本发明的具体实施方式举例说明如下，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，以下实施例仅仅用于说明本发明，但并非用以限制本发明的范围。

如图1、图2和图3所示，本发明提供一种采煤机滚筒，采煤机滚筒可以包括筒体1、焊接在筒体1一端的端盘2、同时焊接在筒体1外部和端盘2上的螺旋叶片3，还包括截齿4和齿座12。所述的螺旋叶片3可以分成两个部分，一部分螺旋叶片的宽度从端盘2开始宽度逐渐增加到最大值，即为螺旋叶片的渐扩段5，而剩下保持最大宽度的部分称为等径段6，所述的螺旋叶片渐扩段5与等径段6可以采用一体式设计。所述的截齿4均匀的焊接在端盘2和螺旋叶片3上，所述的齿座12可以通过焊接方式连接在端盘2的平面上、端盘2的边缘上和螺旋叶片3边缘上。其中位于端盘2平面和边缘上的截齿4各自围成一圈，其轴线指向滚筒的转向，其仰角的角度为20°～60°之间，且偏向煤壁的角度为20°～45°之间；位于螺旋叶片3边缘上的截齿4，其轴线指向滚筒的转向，仰角可以为20°～60°之间，且偏向采空区方向的角度等于螺旋叶片3的升角。

如图2所示，所述的螺旋叶片渐扩段5的包络线为圆弧，而等径段6的包络线为直线。所述的螺旋叶片3的个数为二至四个，且各螺旋叶片形状完全相同，旋向也相同。在本实施例中当螺旋叶片个数为三个时，所述螺旋叶片3的围包角的大小与螺旋叶片的个数有关，本实施例中围包角的大小可以为150°，其中渐扩段5的围包角为120°，等径段6的围包角为30°。

如图1、图2和图3所示，所述截齿4可以为镐型截齿。在本实施例中，每个螺旋叶片3上有七个截齿，端盘2的柱面边缘上均匀分布有十二个截齿4，端盘平面上也均匀分布有一圈截齿4，其个数为可以为六个，所有的截齿4的方向都与滚筒转向相同，且偏向于煤壁方向，截齿4的轴线方向与筒体的轴线方向的夹角可以为30°～60°之间。

如图3所示，所述的第一截齿13、第二截齿14、第三截齿15的位置依次靠后，因此在截割煤壁的时候，其位置如图4所示，第一截齿13最先截割煤壁，接下来是第二截齿14，最后是第三截齿15，形成了从外到内的截割顺序。由于从外到内不断形成新的自由面，使得滚筒的比能耗极大的降低，而且还减缓了内部截齿4受到的磨损。由于采煤机滚筒的第一截齿13总是最先截煤，当滚筒转速较慢时，第一截齿13受力较大，可能使齿座焊缝开裂，如图5所示，可以在螺旋叶片3和齿座12之间焊接一个加强体16，有利于防止齿座焊缝受力达到极限，发生断裂的现象。

如图6、图8和图10所示，在厚煤层放顶煤工作面，采煤机前边的滚筒9割顶煤，不同的滚筒9截割煤壁10与顶煤11的形状不同，图6表示的是传统采煤滚筒截割后，煤壁10与顶煤11相交处为直角，图8表示的是只包含渐扩段的采煤滚筒截割后，煤壁10与顶煤11相交处形成了一个圆弧过渡，虽然降低了煤壁片帮和端部漏冒的风险，然而由于顶角三角煤的存在，使得液压支架7向前移架后，其顶梁不再处于原先的平面，致使以后的割煤循环难以继续，在此基础上将滚筒9再增加上等径段，如图10所示，这样不但保证图8设计中的优点，而且解决了其中存在的问题。

如图7、图9和图11所示，在厚煤层放顶煤工作面，采煤机后面的滚筒9割底煤，不同的滚筒9在底面处截割煤壁10的形状不同，图7表示的是传统采煤滚筒截割后，煤壁10与底面相交处为直角，图9表示的是只包含渐扩段的采煤滚筒截割后，煤壁10与底面相交处形成了一个圆弧过渡，然而由于底角三角煤的存在，使得刮板输送机8向前推移后，其底部不再处于原先的平面，致使以后的割煤循环难以继续，在此基础上，将滚筒9再增加上等径段，如图11所示，这样不但保证了设计中的优点，而且解决了其中存在的问题。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本发明的原理。附图中示出的实施例仅作为本发明的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本发明并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本发明的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本发明的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。

尽管已经参照某些实施例公开了本发明，但是在不背离本发明的范围和范畴的前提下，可以对所述的实施例进行多种变型和修改。因此，应该理解本发明并不局限于所阐述的实施例，其保护范围应当由所附权利要求的内容及其等价的结构和方案限定。

Claims (10)

1.一种采煤机滚筒，包括筒体、端盘、两个以上的螺旋叶片和多个截齿，其特征在于，所述端盘与所述筒体的一端固定相连，并且位于所述筒体面向煤壁的一端；

各所述螺旋叶片沿所述筒体的周向设置，且各所述螺旋叶片的端部与所述端盘固定相连；各所述螺旋叶片均包括渐扩段和等径段，所述渐扩段的宽度自所述端盘侧开始逐渐增大，最终与所述等径段的宽度相等；

所述多个截齿间隔的布置于所述端盘和各所述螺旋叶片上。

2.如权利要求1所述的采煤机滚筒，其特征在于，螺旋叶片的数量为二至四个，各所述螺旋叶片围包角介于210°～140°之间，并且所述螺旋叶片的数量与所述围包角大小呈反比。

3.如权利要求1所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述螺旋叶片个数为两个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于210°；或者，所述螺旋叶片个数为三个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于140°；或者，所述螺旋叶片个数为四个，所述螺旋叶片的围包角大于或等于105°。

4.如权利要求1所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述渐扩段的包络线为圆弧线，所述等径段的包络线为直线。

5.如权利要求1所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述的螺旋叶片末端的直线为叶尾边线，从端盘的方向看，紧靠所述叶尾边线的截齿称为第一截齿，轴向靠后位置是位于另外一个螺旋叶片上的一个截齿，称为第二截齿，轴向再靠后位置是位于所述端盘边缘的一个截齿，称为第三截齿，通过多个螺旋叶片的多个叶尾边线确定多个第三截齿，而端盘边缘其余的截齿在所述的第三截齿之间均匀分布。

6.如权利要求5所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述第一截齿的齿座四周设置有加强体。

7.如权利要求1所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述多个截齿间隔的分布于所述螺旋叶片及端盘的边缘上；所述多个截齿沿所述筒体的轴线为圆心间隔的分布于所述端盘的平面上。

8.如权利要求7所述的采煤机滚筒，其特征在于，所述多个截齿的轴线方向与所述筒体的轴线方向的夹角为30°～60°。

9.如权利要求1-8的任一所述的采煤机滚筒，其特征在于，各个所述截齿可转动地固定在齿座中，运作中自动磨锐。

10.一种采煤机，安装有至少一个如权利要求1至9任一项所述的采煤机滚筒。

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