大傾角煤層采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)技術(shù)改進(jìn)研究

馬 強(qiáng)

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)雙柳煤礦洗煤廠， 山西 柳林 033300）

引言

大傾角煤層具備煤巖沉積的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤質(zhì)一般包含無(wú)煙煤及焦煤等較優(yōu)煤種，同時(shí)也是我國(guó)許多西部礦井的主采煤層。但大傾角非機(jī)械化采煤存在生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大及開(kāi)采難度大等問(wèn)題，而走向長(zhǎng)臂綜合機(jī)械化開(kāi)采是解決這些問(wèn)題的根本出路，主要的設(shè)備種類包括采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及液壓支架[1]。

大傾角采煤機(jī)需要保證制動(dòng)可靠、裝煤率高、潤(rùn)滑效果好及操控安全。大傾角刮板輸送機(jī)作為采煤機(jī)運(yùn)行的軌道，需要具有高強(qiáng)度及好的防滑性[2]。近年來(lái)，為有效提高中槽的強(qiáng)度，逐漸以整體鑄造代替焊接封底的情況，同時(shí)，為控制整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要中部槽有較大的轉(zhuǎn)角用于滿足結(jié)構(gòu)的曲率要求。

1 研究現(xiàn)狀

關(guān)于大傾角中厚煤層的開(kāi)采，四川某礦6213工作面采用MG385-QW1型采煤機(jī)及SGB-720/150型刮板輸送機(jī)開(kāi)采傾角為25°～36°煤層，為大傾角綜合機(jī)械化采煤技術(shù)及理論奠定了基礎(chǔ)，起到了重要的指導(dǎo)作用。其中該采煤機(jī)的牽引方式為無(wú)鏈液壓牽引，依靠刮板輸送機(jī)上的軌道起到防滑的作用，前后齒輪均可以起到制動(dòng)的作用，同時(shí)為有效改善其潤(rùn)滑效果，在搖臂兩側(cè)還設(shè)有加油孔。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果表明，這種采煤機(jī)存在的液壓故障較難處理，同時(shí)滾筒裝煤效果差。選用的刮板輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)及減速器垂直于回風(fēng)巷煤壁，有效改善了設(shè)備的配套情況，增大了行人空間，但機(jī)頭由于刮板輸送機(jī)的下滑或工作面與底板的干涉作用，需要進(jìn)行人工開(kāi)缺口，其具體實(shí)施方式如圖1所示。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果表明，刮板輸送機(jī)的鏈條及刮板在開(kāi)采過(guò)程中磨損較為嚴(yán)重，同時(shí)鏈條的更換存在較大的難度。

圖1 垂直中部槽布置情況圖

2 采煤機(jī)的改進(jìn)

關(guān)于采煤機(jī)的改進(jìn)主要可以從提高制動(dòng)性、增大牽引力、改善潤(rùn)滑效果及提高裝煤效率幾個(gè)方面進(jìn)行。

2.1 提高制動(dòng)性

隨著工作面傾角的不斷增大，采煤機(jī)發(fā)生下滑的能力也逐漸增強(qiáng)。關(guān)于下滑的問(wèn)題，主要會(huì)發(fā)生在突然斷電及啟動(dòng)階段，在上行割煤的過(guò)程中發(fā)生下滑的可能性更大，主要由于此階段設(shè)備需要產(chǎn)生反向的制動(dòng)力來(lái)防止下滑。具體的改進(jìn)措施可以將采煤機(jī)的制動(dòng)系統(tǒng)改進(jìn)為四象限變頻調(diào)速模式，使采煤機(jī)的整個(gè)活動(dòng)可以在指定的范圍內(nèi)進(jìn)行[3]。在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)下滑力大于牽引力時(shí)，電動(dòng)機(jī)同步轉(zhuǎn)速低于實(shí)際轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩方向相反，采煤機(jī)移動(dòng)至第四象限，將牽引發(fā)電機(jī)的電量傳遞到電網(wǎng)，從而產(chǎn)生能防止采煤機(jī)持續(xù)下滑的制動(dòng)力。當(dāng)設(shè)備需要制動(dòng)時(shí)，僅需要按動(dòng)停車按鈕即可以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，當(dāng)液壓制動(dòng)器收到抱閘信號(hào)后會(huì)停止輸出，防止采煤機(jī)因?yàn)闆](méi)有抱閘而出現(xiàn)下滑，此外，可以考慮在原有的采煤機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加防滑裝置，使采煤機(jī)本身成為二級(jí)防滑機(jī)制，從而保證其在較大坡度條件下能夠安全運(yùn)行。

2.2 增大牽引力

大傾角工作面的采煤機(jī)在工作過(guò)程中需要克服自重、切割阻力、滾輪及滑靴與軌道之間的摩擦力。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐結(jié)果表明，在采煤機(jī)防滑性能良好的前提下需要在安裝前先在地面陡坡及較陡的矸石山進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，采用較大功率的電機(jī)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行牽引時(shí)，采煤機(jī)可以較為順利地在53°的斜坡上空載運(yùn)行，并且能夠保障平穩(wěn)的上下行，同時(shí)失電制動(dòng)性可靠。因此，為滿足大傾角條件下的生產(chǎn)要求，采煤機(jī)所選用的牽引功率應(yīng)當(dāng)相對(duì)較高。當(dāng)牽引功率保持恒定時(shí)，改變齒輪的傳動(dòng)比，實(shí)現(xiàn)牽引力及牽引速度的降低，牽引方式可以改進(jìn)為無(wú)鏈的齒輪-銷軌式牽引。由于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中采煤機(jī)具有較大的上行阻力，因此可以通過(guò)調(diào)整刮板輸送機(jī)節(jié)矩、齒輪的尺寸，并且采用高強(qiáng)度材料制作齒輪從而提高其運(yùn)行可靠性。

2.3 潤(rùn)滑效果的改進(jìn)

在大傾角工作面的采煤過(guò)程中，整個(gè)系統(tǒng)的潤(rùn)滑一般從搖臂開(kāi)始沿著齒輪逐級(jí)傳遞，但在傾角的影響下很難保證能夠達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的充分潤(rùn)滑效果，而潤(rùn)滑不充分將導(dǎo)致截割部減速器發(fā)熱嚴(yán)重，出現(xiàn)燒壞的危險(xiǎn)，最終縮短其使用壽命。關(guān)于這一問(wèn)題的改善，可以通過(guò)在采煤機(jī)的搖臂上增設(shè)油孔、油泵及采用分腔潤(rùn)滑等方法有效改善截割部中齒輪與軸承之間的潤(rùn)滑效果。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明，將搖臂中的多級(jí)齒輪變?yōu)橥ㄝS，能有效解決齒輪與軸承之間潤(rùn)滑不充分的問(wèn)題，還可以通過(guò)鏈輪來(lái)代替原有的通軸簡(jiǎn)化原有的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑效果的改善。

2.4 提高裝煤效率

當(dāng)采煤機(jī)在大傾角工作面進(jìn)行割煤及落煤時(shí)，落煤受自重等方面的影響會(huì)導(dǎo)致落煤點(diǎn)下移，同時(shí)隨著工作面傾角的加大，其偏移距離也逐漸增大，大量的落煤進(jìn)入刮板輸送機(jī)的中部槽，導(dǎo)致機(jī)頭處出現(xiàn)落煤的積聚，需要人工清理落煤后才能正常作業(yè)。因此，在滾筒上設(shè)置擋板能夠在一定程度上有效增加裝煤量。但在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于擋板的翻轉(zhuǎn)操作相對(duì)比較復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)操作中很少使用擋板，裝煤主要依靠后滾筒實(shí)現(xiàn)，為保證擋板的正常運(yùn)行需要對(duì)擋板的翻轉(zhuǎn)問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。同時(shí)，也可以通過(guò)改善彎搖臂結(jié)構(gòu)增大過(guò)煤空間，最終提高裝煤效率。

3 刮板輸送機(jī)的改進(jìn)

3.1 采用準(zhǔn)雙鏈刮板輸送機(jī)

大傾角條件下采煤過(guò)程中產(chǎn)生的落煤會(huì)沿中部槽向下滑落，威脅到巷道中工人的人身安全。邊鏈條件下雖然能有效加大運(yùn)煤空間但該模式下會(huì)使鏈條與中部槽的磨損嚴(yán)重，使用雙鏈條能夠有效延長(zhǎng)刮板的壽命，但這種模式所占空間較大且會(huì)使煤塊沿鏈條滑落[4]。基于此，刮板輸送機(jī)的鏈條布置方式可以選擇準(zhǔn)邊雙鏈，保證在增加運(yùn)煤空間的同時(shí)防止煤塊的滑落，同時(shí)有效減少鏈條與刮板之間的磨損。

3.2 采用單耳及加強(qiáng)型銷排

將輸送機(jī)的銷排及銷排座改進(jìn)為加強(qiáng)型，中部槽采用加強(qiáng)型單耳可以有效避免中部槽因單耳的損壞而報(bào)廢。刮板輸送機(jī)受自重及多方面摩擦力的影響會(huì)使其整體結(jié)構(gòu)容易下滑，將刮板輸送機(jī)改進(jìn)為全封底式框架結(jié)構(gòu)，可以有效降低其上行阻力，防止輸送機(jī)的下滑。

3.3 增設(shè)回煤窗口及擋煤矸板

為保證在采煤過(guò)程中能夠及時(shí)清理底槽中的回煤，需要在輸送機(jī)上設(shè)置能夠排出回煤的窗口，可以在電纜槽設(shè)置柔性帶及擋矸板，防止產(chǎn)生的落煤進(jìn)入電纜槽，設(shè)置縱向擋板防止煤矸進(jìn)入巷道傷及作業(yè)人員。

3.4 改善防滑性能

可以在中部槽底部安裝能夠防止輸送機(jī)下移的限位塊，設(shè)置斜拉防滑裝置，將輸送機(jī)與底板錨固，牽制輸送機(jī)防止其下滑。

4 結(jié)論

1）大傾角工作面采煤機(jī)及刮板輸送機(jī)的改進(jìn)應(yīng)當(dāng)集中于改造大傾角環(huán)境下的開(kāi)采特性，改進(jìn)采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)性能，不能局限于傳統(tǒng)的開(kāi)采技術(shù)及方法。

2）整個(gè)設(shè)備改進(jìn)技術(shù)需要在確保正常生產(chǎn)的前提下，使設(shè)備具有穩(wěn)定的爬坡性能、優(yōu)良的防滑性能、高效的裝煤能力及完善的操作系統(tǒng)。

3）大傾角開(kāi)采中采煤機(jī)的改進(jìn)需要采用大功率設(shè)備進(jìn)行牽引、采用四象限變頻調(diào)速系統(tǒng)、強(qiáng)制潤(rùn)滑或采用通軸，用多級(jí)齒輪機(jī)械控制且配備弧形擋板及遙控操作的采煤機(jī)。

4）大傾角開(kāi)采中刮板輸送機(jī)的改進(jìn)可以從采用加強(qiáng)型單耳、銷排，改善防滑性能，采用準(zhǔn)邊雙鏈刮板輸送機(jī)等方面進(jìn)行改進(jìn)。