大傾角薄煤層鏈牽引采煤機及主動防滑技術

蒲海峰，王國清，樊成向

(1.四川華鎣山廣能集團 嘉華機械有限責任公司， 四川 廣安 638600；2.四川華鎣山廣能(集團)有限責任公司， 四川 廣安 638600)

0 引言

薄煤層(0.8～1.3 m)由于空間狹小，設備配套和頂板管理困難、地質條件變化大，是國內外公認的復雜難采煤層[1]。因受到開采技術和裝備的制約，薄煤層的開采成本高、資源回收率差、安全狀況差，造成多數(shù)地區(qū)礦井采取棄薄采厚的做法，但面對煤炭資源的日益枯竭，以及我國《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》明確規(guī)定，在突出礦井開采煤層時，“必須首先開采保護層”，沒有條件的，也應創(chuàng)造條件開采薄煤層或突出危險性較小的煤層作為強突出煤層的保護層開采[2-3]。因此，進一步優(yōu)化完善薄煤層的安全高效開采技術和裝備，對實現(xiàn)國家能源可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

薄煤層三機配套首先考慮“三大空間”，即過機空間、過煤空間、行人空間，其次再考慮各配套設備的技術功能。以現(xiàn)今廣泛采用的薄煤層電牽引采煤機為例，需具有小機身、大截割功率的技術特點；多數(shù)薄煤層的煤炭分布呈傾斜走向，因此，采煤機的設計與配套需要同時兼顧適應大傾角、薄煤層地質結構特點。

薄煤層電牽引采煤機牽引方式主要分為內牽引和外牽引兩種[4]。內牽引(又稱無鏈牽引)方式是將采煤機牽引部布置在機身上，采煤機以電牽引方式行走。該布置方式對煤層頂?shù)装迤鸱⒐ぷ髅鎻澢⒚簩雍穸群蛢A角變化等的適應性較強，采煤機使用壽命長，工作安全可靠。但牽引部體積較大，增大了采煤機外形尺寸，機面高度一般較高，且一旦出現(xiàn)機械故障檢修困難。外牽引方式是將采煤機牽引部布置在工作面輸送機的機頭、機尾處，類似于拖鉤刨煤機，由采空區(qū)側的圓環(huán)鏈牽引,其優(yōu)點是采煤機體積小，功率大，工作可靠，方便維修。但由于圓環(huán)鏈存在彈性伸長，在采煤機移動時易產(chǎn)生振動，牽引、截割動載荷都較大，存在斷鏈、彈鏈傷人的事故隱患。

通過分析對比，解決采煤機圓環(huán)鏈牽引方式下的斷鏈和斷鏈防滑問題是實現(xiàn)采煤機在大傾角薄煤層安全可靠開采的最優(yōu)途徑之一。

1 采煤機整機布局及主要技術參數(shù)

1.1 整機結構布局

MG 2X160/T45-BFD大傾角薄煤層鏈牽引采煤機平面布置如圖1所示,配套斷面如圖2所示。

1-刮板輸送機;2-截割滾筒;3-截割部;4-電控部;5-牽引部;6-牽引鏈;7-主動防滑裝置;8-過橋。圖1 MG2×160/745-BFD采煤機平面布置

1-采煤機;2-刮板輸送機;3-液壓支架。圖2 MG2×160/745-BFD采煤機配套斷面

1.2 主要技術參數(shù)

采煤機主要技術參數(shù)見表1。

表1 主要技術參數(shù)表

1.3 主要技術特征

1) 懸臂布置方式。采煤機采用懸臂式布置，搖臂和機身均懸在機道內，呈懸臂狀,如圖3所示。這種布置方式下，結構體積最大的搖臂和電控部全部被優(yōu)化至煤壁的煤道中，優(yōu)點是機面高度低，過煤高度大。同時搖臂采用U型結構,如圖4所示、雙電動機(2×160 kW)驅動，可實現(xiàn)采煤機在薄煤層條件下煤、巖混采，并有效解決了薄煤層收煤困難的技術難題。采煤機工作時，一般采用前滾筒割底煤開機道、后滾筒割頂煤的割煤方式。

圖4 懸臂式搖臂

2) 騎溜布置方式。采煤機支撐采用騎溜布置方式(如圖3所示)，支承和導向方式與騎溜槽采煤機相同，機身采空側的過橋設計具有機身平衡裝置的功能，有效保證了運行狀態(tài)下采煤機機身的平衡與穩(wěn)定，且此布置方式更適應軟底板的工況條件。

3) 外牽引布置方式。采煤機采用外牽引方式驅動采煤機，將牽引部(如圖5所示)分別布置在機、風巷的輸送機的機頭機尾架上，通過圓環(huán)鏈連接采煤機與牽引部，最終實現(xiàn)采煤機的牽引行走。牽引部采用外置式后，減小了采煤機機身體積，縮短了采煤機機身的長度，降低了采煤機機身高度，增加了過煤空間。同時，牽引部為雙驅動(2×45 kW)布置，牽引力403.9 kN，高速軸設置有液壓制動器，提供了大傾角煤層下雙向割煤所需的動力。

圖5 外牽引布置

4) 斷鏈保護裝置。為了避免斷鏈、彈鏈傷人事故，選用破斷拉力為1 450 kN，φ34×126-C規(guī)格的圓環(huán)鏈進行牽引，并設置牽引鏈斷鏈保護裝置(如圖6所示)予以人員的防護，設置主動防滑裝置予以防護。

圖6 斷鏈保護裝置

2 主動防滑技術

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，當煤層傾角大于15°以上，使用采煤機采煤時，采煤機必須有可靠防滑裝置(俗稱防跑車裝置)，以防止采煤機在采煤過程中發(fā)生下滑跑車事故[5]。

2.1 傳統(tǒng)的被動防滑技術

目前，國內所使用的鏈牽引采煤機的防滑裝置，主要采用一臺與采煤機運轉速度相同的同步絞車作牽引，將同步絞車的鋼絲繩與采煤機連接在一起，由于同步絞車運轉速度與采煤機割煤速度同步，不會影響采煤機的正常運行割煤。當采煤機下行或上行割煤時，同步絞車的鋼絲繩將隨采煤機作同步放繩或收繩運動，可防止采煤機牽引鏈斷鏈后采煤機的下滑跑車事故。但此種被動防滑裝置存在以下幾種缺陷：1) 當同步絞車鋼絲繩也會發(fā)生斷繩故障，保險系數(shù)低；2) 同步絞車的牽引鋼絲繩在下放工作過程中，鋼絲繩彈動弧度較大，作業(yè)區(qū)內的操作人員安全得不到有效保障；3) 同步絞車和絞車鋼絲繩需專業(yè)人員經(jīng)常進行維護，增加了維護工作量。因此，采用同步絞車仍未解決鏈牽引采煤機在大傾角煤層的防滑問題。

2.2 改進后的主動防滑技術

主動防滑技術，是在采煤機的過橋或機身上設置一套防滑裝置，當采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈后，通過張力傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采煤機主控器進行采煤機和刮板輸送機的斷電，采煤機在初始下滑中，防滑拉鉤的鉤頭會自動掛在刮板運輸機的刮板上，能有效防止采煤機的失控下滑運動，解決了鏈牽引采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈后發(fā)生下滑跑車事故。

主動防滑技術的工作原理：由于采煤機的割煤或行走速度(最大牽引速度5.87 m/min)遠遠低于刮板運輸機的運轉速度(鏈速70.2 m/min)，當采煤機進行下行或上行割煤時，刮板運輸機的運行方向始終為向下運行，當刮板運輸機內的刮板向下運行到防滑拉鉤的鉤頭位置時，防滑掛鉤的鉤頭在刮板向下運動的沖擊力作用下，使防滑掛鉤的鉤頭沿銷軸向上自動抬高，讓刮板運輸機的刮板能夠自由通過，不會影響刮板運輸機的正常運煤工作，如圖7所示。當采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈造成采煤機失控下滑時，采煤機在瞬間的失控下滑速度會超過刮板運輸機的運轉速度，由于刮板運輸機的刮板間距較小，一般為900 mm，同時安裝在牽引鏈側的張力傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會立即傳輸給采煤機主控器，對采煤機和刮板輸送機進行斷電。因此，防滑拉鉤的鉤頭會在瞬時內將采煤機鉤掛在刮板運輸機的刮板上，使采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈時，不會發(fā)生采煤機下滑跑車事故，如圖8所示。

圖7 采煤機正常割煤狀態(tài)

圖8 采煤機斷鏈防滑狀態(tài)

3 應用效果

主動防滑技術在四川華鎣山廣能集團李子埡煤礦11021工作面的MG150/421-PFD薄煤層鏈牽引采煤機技術改造項目中得到了實踐運用，成功解決了大傾角薄煤層鏈牽引采煤機斷鏈下滑飛車的技術難題，應用期間斷鏈下滑飛車零事故，效果顯著，有效實現(xiàn)了薄煤層安全、高效開采。主動防滑裝置結構簡明、安裝方便、制作成本低、強度可靠，除適用于鏈牽引采煤機外，也可以作為二級防滑裝置推廣運用至大傾角煤層電牽引采煤機中，具有一定的推廣前景。

4 結論

MG2×160/745-BFD大傾角薄煤層懸臂式鏈牽引采煤機是在廣能嘉華機械公司MG150/421-PFD薄煤層鏈牽引采煤機基礎上優(yōu)化、衍生出口機型，融合了大傾角、薄煤層采煤機的技術特點，采煤機具有機身結構小，截割功率大、牽引力大、機面高度小、過煤空間大、防滑制動可靠等技術特點，可實現(xiàn)傾角35°以下的0.8～1.3 m薄煤層工作面的煤、巖混采，設備安全、可靠、高效。