煤矿机械在井下作业中承担哪些核心功能？其关键技术参数如何影响开采效率与安全？

煤矿机械作为煤炭开采产业链的核心装备集群，直接决定了开采作业的效率、安全与成本控制水平。从井下掘进到煤炭输送，从顶板支护到通风保障，不同类型的煤矿机械各司其职，共同构成了煤炭开采的 “装备骨架”。理解煤矿机械的功能定位、技术特性与应用规范，是保障煤矿企业高效生产与安全生产的重要前提。

（此处插入图片：煤矿井下综采工作面全景图，图中包含采煤机、刮板输送机、液压支架等核心设备，标注各设备名称及作业状态）

一、煤矿机械的分类与核心功能

煤矿机械主要分为哪几大类？各类机械的核心作业场景是什么？

煤矿机械根据作业环节与功能差异，主要分为采煤机械、掘进机械、输送机械、支护机械、通风排水机械五大类。其中，采煤机械主要应用于煤炭开采工作面，负责将煤层切割、破碎并装入输送设备；掘进机械用于井下巷道的开挖与支护作业，为采煤工作面开辟通道；输送机械承担煤炭从工作面到地面的运输任务，包括刮板输送机、带式输送机等；支护机械用于维护井下巷道与采煤工作面的顶板稳定，防止坍塌事故，以液压支架为核心；通风排水机械则负责井下通风换气与积水排出，保障作业环境安全。

采煤机的核心组成部分有哪些？各部分的作用是什么？

采煤机的核心组成部分包括截割部、牵引部、电气控制系统、液压系统与行走机构。截割部由截割滚筒、截齿、减速箱组成，其中截割滚筒通过旋转带动截齿切割煤层，减速箱负责将电机动力传递至滚筒并调节转速；牵引部为采煤机提供沿工作面移动的动力，可实现无级调速，满足不同煤层厚度的开采需求；电气控制系统负责控制采煤机的启停、转速调节、故障检测与报警，保障设备稳定运行；液压系统为截割部调高、牵引部张紧等动作提供动力；行走机构与工作面刮板输送机的销轨啮合，带动采煤机沿工作面移动。

液压支架在煤矿井下作业中承担哪些关键作用？其工作原理是什么？

液压支架在井下作业中主要承担顶板支护、推移刮板输送机与防止工作面坍塌三大关键作用。其工作原理基于液压传动技术，通过立柱与千斤顶的伸缩实现支架的升降与推移：当支架需要支护顶板时，液压泵站向立柱内注入高压液体，立柱伸出推动顶梁上升并紧贴顶板，利用液体压力平衡顶板压力；当采煤机向前移动后，千斤顶推动支架底座向前移动，同时通过推移杆带动刮板输送机向前推移，为下一轮采煤作业腾出空间；在顶板压力过大时，支架的安全阀会自动卸压，避免支架损坏，保障作业安全。

二、煤矿机械的技术参数与性能要求

衡量采煤机性能的关键技术参数有哪些？这些参数如何影响开采效率？

衡量采煤机性能的关键技术参数包括截割功率、牵引速度、截割滚筒直径、适应煤层厚度与生产能力。截割功率直接决定采煤机切割硬煤层的能力，功率越大，越能应对高硬度煤层，减少截齿磨损与设备停机时间；牵引速度影响采煤机沿工作面的移动效率，速度越快，单位时间内开采的煤层长度越长，生产效率越高；截割滚筒直径决定采煤机一次切割煤层的高度，直径越大，适应的煤层厚度越厚，可减少分层开采的次数；适应煤层厚度范围越广，采煤机的通用性越强，可在不同煤层条件下使用；生产能力（单位时间内开采煤炭的重量）是综合参数，由截割功率、牵引速度与滚筒直径共同决定，生产能力越高，煤矿的整体开采效率越高。

刮板输送机的输送能力与哪些技术参数相关？如何确保其在井下连续稳定运行？

刮板输送机的输送能力主要与刮板链速度、溜槽宽度、刮板间距与电机功率相关。刮板链速度越快，单位时间内通过溜槽的煤炭量越多；溜槽宽度越大，可容纳的煤炭截面积越大，输送能力越强；刮板间距越小，煤炭在输送过程中越不易漏料，输送效率越高；电机功率为刮板链运行提供动力，功率不足会导致刮板输送机启动困难或过载停机。确保刮板输送机连续稳定运行需满足三方面要求：一是选择与采煤机生产能力匹配的输送能力，避免 “大机小输” 或 “小机大输”；二是定期检查刮板链的张紧度、刮板磨损情况与溜槽连接状态，及时更换损坏部件；三是配备过载保护装置，当输送机遇到卡堵时自动停机，防止电机烧毁或刮板链断裂。

煤矿通风机的风压与风量参数有何意义？如何根据井下作业面规模确定通风机参数？

煤矿通风机的风压与风量是保障井下作业环境安全的核心参数。风压指通风机克服井下巷道阻力（包括摩擦阻力、局部阻力）的能力，风压不足会导致新鲜空气无法输送至深处作业面，污浊空气无法排出；风量指通风机单位时间内输送的空气体积，风量不足会导致井下氧气浓度降低，瓦斯、粉尘等有害气体积聚，引发安全事故。根据井下作业面规模确定通风机参数需遵循以下原则：一是根据作业面数量、巷道长度与断面面积计算总通风阻力，确保通风机风压大于总阻力；二是根据作业人数、煤炭开采量与瓦斯涌出量计算所需风量，通常要求每个作业面的风量不低于 4m³/min，瓦斯涌出量高的工作面需适当提高风量；三是考虑通风机的备用系数，通常备用风量为计算风量的 10%-20%，防止单台通风机故障导致通风中断。

三、煤矿机械的安全操作与维护管理

煤矿机械在启动前需进行哪些安全检查？检查内容包括哪些方面？

煤矿机械在启动前必须进行全面的安全检查，避免因设备故障引发安全事故，检查内容主要包括设备状态检查、安全保护装置检查与作业环境检查三方面。设备状态检查包括：检查电机、减速器等传动部件的油位与油质，确保润滑良好；检查截齿、刮板、支架顶梁等易损部件的磨损与连接状态，更换损坏部件；检查电缆、液压管路的连接是否牢固，有无破损漏电或漏油现象。安全保护装置检查包括：测试采煤机的过载保护、瓦斯报警装置是否灵敏；检查液压支架的安全阀压力是否符合标准；测试刮板输送机的跑偏保护、断链保护是否正常。作业环境检查包括：检查工作面顶板是否稳定，有无冒顶风险；检查巷道内有无积水、杂物，确保设备运行通道畅通；检查通风是否正常，瓦斯浓度是否低于 0.5%（煤矿安全规程规定）。

液压支架在日常维护中需重点关注哪些部件？维护周期如何确定？

液压支架日常维护需重点关注液压元件、结构件与密封件三大类部件。液压元件包括立柱、千斤顶、安全阀、高压胶管，需定期检查有无漏油、窜液现象，测试安全阀的开启压力是否符合设计要求（通常为 31.5MPa），每 3 个月更换一次液压油，防止油液污染导致元件磨损；结构件包括顶梁、底座、推移杆，需检查有无变形、裂纹，重点关注焊接部位的焊缝状态，发现裂纹及时补焊；密封件包括立柱密封圈、管接头密封垫，需定期检查密封是否完好，防止高压液体泄漏，通常每 6 个月更换一次密封件。维护周期需根据设备使用强度与作业环境调整：采煤工作面每天开采时间超过 16 小时的，维护周期缩短至 15 天 / 次；在高瓦斯、高湿度环境下作业的，液压元件与密封件的维护周期缩短至 1 个月 / 次；结构件的全面检查周期不超过 3 个月 / 次。

采煤机截齿的磨损会对开采作业产生哪些影响？如何判断截齿是否需要更换？

采煤机截齿磨损会对开采作业产生多方面负面影响：一是截割效率下降，磨损的截齿无法有效切割煤层，导致截割滚筒负载增大，电机电流升高，甚至出现 “闷车” 现象；二是设备损耗加剧，截齿磨损后，截割滚筒与煤层的摩擦增大，加速滚筒轮毂的磨损，同时牵引部需提供更大动力才能推动采煤机移动，增加牵引部的故障风险；三是安全隐患增加，磨损的截齿易在切割过程中脱落，可能卡堵刮板输送机，引发设备停机或断链事故，同时未完全切割的煤层块度增大，增加运输过程中的漏料与卡堵概率。判断截齿是否需要更换的标准包括：一是截齿齿头磨损量超过原尺寸的 30%，或齿头出现裂纹、崩断；二是采煤机截割阻力明显增大，电机电流持续超过额定电流的 110%；三是煤层切割后的块度明显增大，超过刮板输送机的输送能力；四是单个截齿的使用时间超过规定周期（通常为 80-120 小时，硬煤层缩短至 60 小时）。

四、煤矿机械的选型与应用匹配

煤矿企业在选择采煤机时，需考虑哪些井下地质条件因素？

煤矿企业选择采煤机时，需重点考虑煤层厚度、煤层硬度、煤层倾角与顶底板条件四大地质条件因素。煤层厚度决定采煤机的截割滚筒直径与机身高度，薄煤层（厚度 1.3m 以下）需选择矮机身采煤机，滚筒直径通常为 0.8-1.2m；中厚煤层（厚度 1.3-3.5m）可选择中机身采煤机，滚筒直径 1.2-2.0m；厚煤层（厚度 3.5m 以上）需选择大采高采煤机或放顶煤采煤机，滚筒直径 2.0m 以上。煤层硬度（以普氏硬度系数 f 表示）决定采煤机的截割功率，f≤3 的软煤层可选择截割功率 150-300kW 的采煤机；f=3-6 的中硬煤层需选择 300-600kW 的采煤机；f>6 的硬煤层需选择 600kW 以上的大功率采煤机，且需配备耐磨截齿。煤层倾角影响采煤机的防滑性能，倾角≤15° 的工作面可选择普通采煤机；倾角 15°-30° 的工作面需选择带防滑装置的采煤机；倾角 > 30° 的工作面需选择专用的大倾角采煤机，防止设备下滑。顶底板条件决定采煤机的行走机构设计，底板较硬时可选择普通销轨式行走机构；底板松软、易片帮时需选择履带式行走机构，或在底座下方加装防滑垫。

刮板输送机的选型需与哪些煤矿设备进行匹配？匹配原则是什么？

刮板输送机的选型需与采煤机、液压支架与转载机三大设备进行匹配，匹配原则围绕 “能力协调、尺寸适配、动作同步” 展开。与采煤机的匹配：刮板输送机的输送能力需大于采煤机的生产能力 10%-15%，避免采煤机开采的煤炭无法及时输送，导致堆积；输送机的溜槽宽度需与采煤机的截割滚筒宽度适配，通常溜槽宽度比滚筒宽度大 100-200mm，防止煤炭洒落到溜槽外；输送机的销轨间距需与采煤机的行走轮间距一致，确保采煤机沿输送机稳定移动。与液压支架的匹配：刮板输送机的推移步距需与液压支架的支护步距一致（通常为 0.6-1.0m），确保支架推移后，输送机与采煤机的相对位置不变；输送机的机头、机尾长度需与支架的底座长度适配，避免支架推移时与输送机发生碰撞。与转载机的匹配：刮板输送机的机头卸载高度需与转载机的进料高度一致，通常卸载高度比转载机进料高度低 50-100mm，防止煤炭卸载时洒漏；输送机的输送能力需与转载机的输送能力匹配，避免转载机因能力不足导致煤炭堆积，影响整个运输系统效率。

煤矿通风机的选型需考虑哪些井下通风网络因素？如何避免通风机与通风网络不匹配？

煤矿通风机的选型需考虑通风网络阻力、通风网络结构与瓦斯涌出分布三大通风网络因素。通风网络阻力包括摩擦阻力（与巷道长度、断面面积、粗糙度相关）与局部阻力（与巷道转弯、分叉、风门相关），选型时需计算全矿井的总通风阻力，确保通风机的额定风压大于总阻力 10%-15%，避免风压不足导致通风不畅。通风网络结构分为串联通风、并联通风与混合通风，串联通风网络的总阻力等于各段巷道阻力之和，需选择高风压通风机；并联通风网络的总阻力等于各分支巷道的最小阻力，可选择中低风压通风机，但需确保各分支巷道的风量满足需求；混合通风网络需根据主要通风路线的阻力选择风压，同时通过调节风门控制各分支风量。瓦斯涌出分布影响通风机的风量分配，瓦斯涌出量高的采区需单独分配风量，选型时需在总风量基础上增加 20%-30% 的备用风量，防止瓦斯积聚。避免通风机与通风网络不匹配的措施包括：一是委托专业机构进行通风网络计算，确定准确的风压与风量需求；二是选择可调节转速的变频通风机，根据井下通风需求实时调整风量与风压；三是在通风系统中设置风压、风量监测装置，实时监控通风机运行状态，发现不匹配时及时调整或更换设备。

五、煤矿机械的常见故障与处理

采煤机常见的牵引部故障有哪些？故障原因与处理方法是什么？

采煤机牵引部常见故障包括牵引无力、牵引速度不稳定与牵引部漏油。牵引无力的故障原因：一是牵引电机功率不足或电机绕组烧毁，需检测电机绝缘电阻与电流，烧毁时更换电机；二是牵引减速器齿轮磨损或断齿，导致动力传递效率下降，需拆解减速器检查齿轮状态，更换损坏齿轮；三是液压牵引系统的高压胶管老化或密封件损坏，导致压力泄漏，需更换胶管与密封件，重新调整系统压力至额定值（通常为 20-25MPa）。牵引速度不稳定的故障原因：一是牵引部的变量泵磨损，导致排量不稳定，需更换变量泵；二是电气控制系统的速度调节电位器故障，需检测电位器输出信号，更换故障部件；三是牵引链张紧度不足，导致采煤机移动时打滑，需调整张紧油缸的压力，张紧牵引链。牵引部漏油的故障原因：一是减速器箱体结合面的密封垫老化，需更换密封垫并涂抹密封胶；二是轴承端盖的密封圈损坏，需更换密封圈；三是高压胶管接头松动，需重新紧固接头，必要时更换接头密封垫。

液压支架常见的立柱故障有哪些？如何进行应急处理？

液压支架立柱常见故障包括立柱不升、立柱缓慢下沉与立柱泄漏。立柱不升的故障原因：一是液压泵站压力不足，需检查泵站电机运行状态，调整泵站压力至额定值（31.5MPa）；二是立柱进液管路堵塞或截止阀未打开，需清理管路杂物，打开截止阀；三是立柱内的活塞密封圈损坏，导致液体窜腔，需拆解立柱更换密封圈。立柱缓慢下沉的故障原因：一是立柱的安全阀密封不严，导致液体缓慢泄漏，需拆解安全阀检查密封件，更换损坏部件并重新校准开启压力；二是立柱缸体磨损或划伤，导致内泄漏，需检测缸体磨损量，超过 0.1mm 时更换缸体；三是液压管路存在微量泄漏，需逐一检查管路接头，更换密封垫。立柱泄漏的应急处理措施：一是立即停止支架推移作业，关闭立柱进液截止阀，防止大量漏油导致支架失稳；二是使用备用立柱替换故障立柱，若无备用立柱，可在故障立柱下方垫设木垛或金属支撑，临时支撑顶板；三是安排维修人员在确保顶板稳定的前提下，拆解故障立柱进行维修，维修完成后重新安装并测试，确保立柱升降正常。

刮板输送机常见的断链故障原因是什么？如何预防断链事故发生？

刮板输送机断链故障的主要原因包括链条磨损超限、链条张力过大、卡链冲击与润滑不良。链条磨损超限：刮板链在长期使用中，链环与链轮的磨损导致链条节距增大，强度下降，当磨损量超过原节距的 3% 时，易发生断链；链条张力过大：当输送机输送量超过设计能力，或煤炭中混入大块矸石导致卡堵时，链条所受张力超过额定破断张力，引发断链；卡链冲击：输送机启动时，若链条处于松弛状态，突然启动会导致链条瞬间绷紧，产生冲击载荷，长期反复冲击易导致链环疲劳断裂；润滑不良：链条与链轮的啮合部位缺乏润滑，导致磨损加剧，缩短链条使用寿命。预防断链事故的措施：一是定期检查链条磨损情况，每 15 天测量一次链条节距，磨损超限及时更换；二是控制输送机的输送量，避免超载运行，在机头、机尾安装大块矸石拦截装置，防止卡堵；三是启动输送机前检查链条张紧度，确保张紧油缸压力符合要求（通常为 5-8MPa），避免链条松弛；四是定期对链条啮合部位加注润滑脂，每 7 天润滑一次，减少磨损；五是配备断链保护装置，当链条发生断裂时，保护装置立即触发停机，防止事故扩大。