大采高采煤機破碎機構機械保護裝置的優化改進設計

張沁鋒

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司地處沁水煤田南部，位于山西省晉城市沁水縣嘉峰鎮永安村，井田面積2.5023 km2，可采儲量2928 萬t，設計生產能力為60 萬t/a。南凹寺煤業含煤地質主要為上石炭系統太原組、下二疊系統山西組，3 號煤層位于山西組底部，主要開采3 號、9 號、15 號煤層，混合開拓方式。南凹寺煤業30407 工作面位于三盤區中部400 采區，上下巷走向長度1715 m，切眼沿傾向布置，長度210 m。30407 工作面地面標高+684～+738 m，井下標高+393～+430 m，主采3 號煤，煤層厚度為1.3～4.7 m，平均厚度2.86 m，煤層傾角1°～5°，平均傾角3°。3 號煤基本頂為24 m 的細砂巖，直接頂為5.4 m 的砂質泥巖，偽頂為0.3～0.5 m 的黑色泥巖，直接底為6 m 的黑色砂質泥巖，基本底為8 m 的深灰色中粒砂巖。

南凹寺煤業30407 工作面采用超向長壁分層綜采采煤法，采高5.2 m，應用有ZY9600/25.5/55D 大采高支架，配套采用MG750/1940-GWD 采煤機、SGZ-1000/2×855 刮板運輸機、SZZ-1200/525 轉載機、SSJ80/40/2×40 帶式輸送機，采用全部跨落法處理采空區[1-3]。在30407 工作面的開采實踐過程中，發現MG750/1940-GWD 型大采高采煤機破碎機構機械保護裝置以往維修更換作業過程較為復雜，需要投入大量人力和物力，同時在維修更換期間還存在安全隱患，影響到維修更換作業人員的安全，因此有必要對該大采高采煤機破碎機構機械保護裝置進行優化改進調整。

2 機械保護裝置的工作原理及安全隱患分析

2.1 保護裝置的工作原理

30407 工作面使用的MG750/1940-GWD 型大采高交流電牽引采煤機是由西安煤礦機械有限公司生產的。對該采煤機內部結構分析可知，在該采煤機破碎機構內部，通過一級行星機構傳遞扭矩，當破碎機構作業過程中如對大塊原煤及矸石進行破碎時易造成設備負載過大，傳動系統發生過載而被損壞，故障率較高。從該采煤機破碎機構結構分析可知，其破碎機構在行星機構太陽輪部件中間位置設置一處剪切槽，太陽輪外花鍵部分與破碎機構工作電機連接。

如設備傳動系統發生過載，行星機構太陽輪部件將沿剪切槽處發生斷裂故障，須實施對傳動系統的安全保護[4-5]。行星機構機械保護裝置的安裝情況如圖1 所示。

圖1 采煤機破碎機構機械保護裝置安裝示意圖

2.2 安全隱患分析

當傳動系統過載時，太陽輪將沿剪切槽位置發生斷裂，從而對破碎機構的傳動系統進行保護。當太陽輪剪切槽位置發生斷裂后，采煤機需停止開采作業，針對性地進行檢修。采煤機檢修工人對設備故障進行全面排查確定故障情況并設定維修更換方案后，拆開采煤機破碎裝置蓋板，取出行星減速機，并對太陽輪裝置進行更換。該維修更換處置過程較為煩瑣，需要多名工人相互之間進行配合，維修更換作業花費時間較長，同時該維修更換過程作業位置位于巷道內煤壁側，工人維修更換作業時存在嚴重的安全隱患，會對工人造成人身傷害，因此有必要進行優化改進設計。

3 機械保護裝置的優化改進設計

3.1 優化改進設計技術方案分析

在MG750/1940-GWD 型大采高采煤機破碎機構太陽輪原機械保護裝置結構分析的基礎上，結合以往破碎機構太陽輪原機械保護裝置更換維修存在的安全問題及隱患，從維修更換安全性和經濟性兩方面著手設計新型的破碎機構太陽輪機械保護裝置[6]。

3.1.1 拆裝位置的改進設計

MG750/1940-GWD 型破碎機構最初機械保護裝置與行星減速器直接相連，在更換時，需要拆開破碎裝置蓋板，這是導致機械保護裝置更換費時費力的關鍵因素。針對這一情況，設計將機械保護裝置拆裝位置進行調整，安裝在采煤機老塘側位置區域。該改進設計后，機械保護裝置的拆裝過程不需要對破碎機構的蓋板進行拆裝，也不再需要將行星減速器全部取出，更換過程可節省大量的人力和物力。

機械保護裝置拆裝位置調整至采煤機老塘側位置區域后，工人的拆裝操作地點從煤壁側調整至老塘側位置，此時工人可以站在液壓支架內作業，作業空間較大，活動較自由，工人的安全隱患大幅度降低。

3.1.2 太陽輪裝置的改進設計

MG750/1940-GWD 型破碎機構最初機械保護裝置設計在太陽輪上，一旦太陽輪出現過載斷裂故障就需要對太陽輪進行整體更換，設備及維護更換成本較高。針對這一情況，設計將之前的太陽輪零件拆分為新太陽輪和扭矩軸兩個零件，如圖2 所示。

圖2 新太陽輪及扭矩軸結構示意圖

新太陽輪和扭矩軸采用內、外花鍵連接，原太陽輪剪切槽部件設計在扭矩軸。此時如果傳動系統發生過載，扭矩軸從剪切槽處發生斷裂，更換維修時僅需要對扭矩軸進行更換，新太陽輪得到保護沒有被破壞可以繼續使用。而扭矩軸零件對比太陽輪的成本來講，采購成本是較小的，因此該優化改進設計可以大幅度降低設備進行更換維修的成本。

對MG750/1940-GWD 型采煤機破碎機構最初機械保護裝置進行了拆裝位置的改進設計和太陽輪裝置的改進設計后，破碎機構機械保護裝置安裝情況如圖3 所示。

圖3 改進后破碎機構機械保護裝置安裝示意圖

3.2 應用效果分析

MG750/1940-GWD 型采煤機破碎機構于2021 年10 月完成了對機械保護裝置的優化改進設計，優化改進設計完成后的采煤機在南凹寺煤業30407 工作面進行了實踐應用，設備整體運行穩定，有效地保障了工作面開采的安全性和可靠性。

采煤機破碎機構機械保護裝置優化改進后，機械保護裝置拆裝時間從之前的2.5 h 縮短為0.5 h，作業時間大幅度降低；更換成本從之前的1635.7 元/次降低為923.3 元/次，更換成本大幅度降低；從2021年10 月至今無1 起機械保護裝置拆裝工人的安全事故發生。

優化改進后機械保護裝置的應用，不僅解決了保護裝置自身問題，同時有效地提高了30407 工作面采煤機的工作時間及工作效率。此次破碎機構機械保護裝置的優化改進項目是成功和合理的，為企業創造了較好的安全、經濟效益。

4 結語

以南凹寺煤業30407 工作面MG750/1940-GWD型采煤機為研究對象，對其破碎機構機械保護裝置進行了優化改進設計，有效解決機械保護裝置的問題。優化改進后，機械保護裝置拆裝時間從2.5 h 縮短為0.5 h，更換成本從1635.7 元/次降低為923.3 元/次，無1 起拆裝工人安全事故發生，實現了預期的改進目標。該破碎機構機械保護裝置的優化改進設計還可推廣應用于其他大采高機型破碎機構中，具有較好的市場推廣應用前景。