采煤機(jī)臥底不到位的原因分析及解決方法

邊 越

（同煤集團(tuán)機(jī)電管理處， 山西 大同 037003）

引言

同煤鄂爾多斯色連一礦采煤機(jī)從2019 年3月中旬正式開采以來(lái)，發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)在機(jī)頭處臥底不足，有漂溜現(xiàn)象，需多次強(qiáng)制臥底或人工清理，影響生產(chǎn)進(jìn)度。經(jīng)認(rèn)真排查后，發(fā)現(xiàn)煤機(jī)油缸有30～70 mm 行程退不到位。為了解決這一問(wèn)題，技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的勘察并給出了多種方案。最終通過(guò)詳細(xì)的分析解決了這一問(wèn)題。

1 原因分析及解決方案

1.1 油缸鉸接處積煤

油缸與牽引鉸接處易囤積黏性較高的煤巖泥，并不易脫落，經(jīng)油缸端面密封蓋擠壓后，形成“限位套”，造成回拉受阻，見圖1。

圖1 煤泥構(gòu)成的“限位套”

經(jīng)清理后，再次臥底，間隙不足1 cm，符合設(shè)計(jì)要求，如圖2。

1.1.1 增加保護(hù)罩

通過(guò)清理該處煤泥，油缸順利歸位，因此可以在該處增加保護(hù)罩，這樣能有效減少煤泥堆積，但因油缸為活動(dòng)單元，無(wú)法實(shí)現(xiàn)護(hù)罩在油缸全部行程中阻止煤泥侵入油缸運(yùn)行空隙，所以這種方法并不能完全避免該問(wèn)題。

使用保護(hù)罩存在的問(wèn)題：保護(hù)罩與牽引殼體的連接，如用螺紋連接，需在殼體加工螺紋孔，但用焊接，將無(wú)法清理堆積的煤泥。

圖2 清理后油缸歸位

此處需要的是經(jīng)常性的清理。人員在煤壁側(cè)經(jīng)常清理是不安全的，需要找到一種方便快捷的方式完成油缸“限位套”的清理，或者使用其他方式避免對(duì)油缸堆積煤泥的清理。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員分析可以調(diào)整油缸的安裝方向。

1.1.2 調(diào)整油缸安裝方向

調(diào)整油缸安裝方向，即改倒裝為正裝，并將活塞桿耳朵處倒角。這樣可以改變油缸在回程時(shí)油缸桿的運(yùn)行位置，提高活塞桿的高度。在整個(gè)油缸伸縮過(guò)程中，油缸的導(dǎo)向套處均處于上下擺動(dòng)的過(guò)程中，增加煤泥在油缸上的附著難度從而減少煤泥在油缸處的堆積，如圖3。

圖3 油缸連接頭

調(diào)整油缸安裝方向存在的問(wèn)題：

1）活塞桿完全暴露。掉落的矸石容易砸傷、刮傷活塞桿的鍍鉻層，使油缸在行程過(guò)程中損壞密封圈。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行還會(huì)導(dǎo)致油缸竄液減少油缸的工作阻力。矸石和煤炭甚至擠壓活塞桿使其變形，導(dǎo)致油缸失效損壞。使用該方案同時(shí)會(huì)減少油缸密封圈的使用壽命。

2）因進(jìn)出油口位置變化，下油口成為上油口為了減少跌落的煤炭對(duì)油缸油口的損傷，同時(shí)避免油缸和搖臂機(jī)體的物理干涉。油缸需重新設(shè)計(jì)制造，這樣會(huì)導(dǎo)致該種機(jī)型的采煤機(jī)的油缸成為特殊備件，增加備品備件的投入，同時(shí)該位置的油缸因工況特殊需要的備件數(shù)量也比通用設(shè)備更多。

3）煤機(jī)從未使用過(guò)油缸正裝方式，可能存在不確定性因素。比如改變搖臂上下運(yùn)行的穩(wěn)定性。正裝這種方式能否避開機(jī)械自鎖是需要實(shí)驗(yàn)才能確定的。正裝后油缸的載荷情況發(fā)生了變化，由桿受力變?yōu)榱烁资芰?，?shí)驗(yàn)需驗(yàn)證油缸在這種受力情況下能否承受載荷，運(yùn)行壽命是否會(huì)受到影響。

1.2 搖臂行星頭下方積煤

煤機(jī)在無(wú)牽引速度強(qiáng)制臥底時(shí)，油缸退不到底。此油缸缸徑280 mm，活塞桿外徑160 mm，在20 MPa工作壓力時(shí)，推力為830.5 kN，拉力為428.6 kN，在油缸有3～5 cm 未退回的工況下，油缸拉力在行星頭處的切向分力約100 kN，折合滾筒及搖臂自重，再累計(jì)滾筒的截割反力，最終行星頭處受下壓合力不超16 t，不足以擠碎已被壓緊的煤，如圖4。

圖4 滾筒向下擠壓下方煤

解決辦法：在機(jī)頭臥不動(dòng)時(shí)給予反向牽引，行走1 m 后，再切換牽引方向，整個(gè)動(dòng)作過(guò)程需持續(xù)按下?lián)u臂下降按鈕。這種方法需要采煤機(jī)司機(jī)有嫻熟的操作技巧。實(shí)用性較高。

1.3 原始配套誤差

刮板機(jī)銷軌頂面距地面高度在配套圖中為565 mm，因在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法實(shí)測(cè)此距離，故將銷軌高度換算到距中板距離為370 mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)此距離為405 mm，考慮到一定磨損量5 mm，實(shí)際高度高于配套圖30 mm。對(duì)采煤機(jī)行走機(jī)構(gòu)及平板滑靴壽命有影響，同時(shí)理論上減小臥底量30 mm。

解決方案：已將問(wèn)題反饋刮板機(jī)廠家，經(jīng)過(guò)咨詢，刮板機(jī)在出廠時(shí)在滿足采煤機(jī)臥底量合格的情況下對(duì)刮板機(jī)的機(jī)身進(jìn)行了加厚、加強(qiáng)，導(dǎo)致采煤機(jī)與刮板機(jī)配合時(shí)有所上移。對(duì)于采煤機(jī)滾筒在采煤過(guò)程中的臥底量有一定影響但不是主要的影響因素。該型采煤機(jī)與刮板機(jī)的配套已在多個(gè)工作面使用，并未出現(xiàn)滾筒臥底量小的情況。

1.4 刮板機(jī)向機(jī)頭機(jī)尾竄動(dòng)

綜采設(shè)備整體向機(jī)頭或機(jī)尾竄動(dòng)是采煤過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的現(xiàn)象，對(duì)頭尾巷處采煤機(jī)的臥底量有較大影響。配套圖紙上刮板機(jī)的理論位置與工作面實(shí)際工作位置有一定的出入。為了彌補(bǔ)這一出入，刮板機(jī)一般會(huì)配備調(diào)節(jié)溜槽。具體使用需要根據(jù)工作面的實(shí)際情況確定。經(jīng)過(guò)工作面實(shí)測(cè)，刮板機(jī)機(jī)頭鏈輪中心距順槽內(nèi)幫約3 300 mm，配套圖中對(duì)應(yīng)該尺寸為4 050 mm，即機(jī)頭向工作面內(nèi)竄動(dòng)750 mm。刮板機(jī)采用交叉?zhèn)刃缎问剑兽D(zhuǎn)載槽邦距內(nèi)幫距離由1 412 mm減小為662 mm，在此工況下，滾筒中心到轉(zhuǎn)載槽幫需1 m 的安全距離，影響臥底量約70 mm。該影響程度較大，需要采取措施提高采煤機(jī)的臥底量。

解決方案：經(jīng)過(guò)計(jì)算分析機(jī)頭處可增加500～750 mm 調(diào)節(jié)槽，讓機(jī)頭復(fù)位提高采煤機(jī)在機(jī)頭處的臥底量，調(diào)節(jié)槽為標(biāo)準(zhǔn)件從庫(kù)房調(diào)用方便可靠；另可在推進(jìn)作業(yè)中逐步找回，控制機(jī)頭鏈輪中心到內(nèi)邦距離不小于3 600 mm，使用該方法投入小但不能根本上解決機(jī)頭臥底量不足的問(wèn)題。

1.5 搖臂下方機(jī)構(gòu)阻力增大

采煤機(jī)調(diào)高油缸的桿與導(dǎo)向套之間存在一定的間隙，密封圈在此間隙內(nèi)受到擠壓存在一定的變形量，雖然很小但是也存在徑向位移，如圖5 所示。

圖5 油缸配合示意圖

當(dāng)油缸受到徑向力時(shí)，推移桿和導(dǎo)向套的相對(duì)位置發(fā)生微小變形。推移桿會(huì)在密封圈的彈性范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)推移桿的外部載荷的合力落在推移桿與密封圈的摩擦錐內(nèi)部時(shí)，推移桿的位置就會(huì)被鎖死。無(wú)論推移油缸施加多大的收縮載荷，油缸都會(huì)被鎖死。油缸鎖死示意圖如圖6 所示。

圖6 油缸鎖死示意圖

解決方法：在不改變現(xiàn)有油缸的情況下可以通過(guò)改變油缸外部受力情況使油缸所受的合外力的方向改變。比如改變搖臂的質(zhì)量，可以通過(guò)改變截割滾筒的大小達(dá)到目的?；蛘呤褂透渍b，改變油缸的受力位置。改變油缸的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如更換油缸與推移桿之間的密封圈的材質(zhì)改變摩擦錐的形狀。新制油缸，調(diào)整桿與油缸之間的密封間隙改變摩擦錐的形狀。對(duì)油缸進(jìn)行大修，使用新的配合精度。

2 其他解決采煤機(jī)臥底不到位的方法

2.1 調(diào)節(jié)油缸平衡閥插件壓力

逆時(shí)針調(diào)節(jié)藍(lán)色頂針，可增加油缸受沖擊時(shí)的卸載打開壓力，增大自鎖力。提高油缸收縮力度，在有少量煤泥堆積的情況下，油缸可將煤泥自行擠壓掉落，減少人員清理次數(shù)，提高設(shè)備開機(jī)率，保證安全生產(chǎn)，見圖7。

圖7 油缸平衡閥結(jié)構(gòu)

2.2 選取Φ1 800 mm 滾筒

從配套圖抓取數(shù)據(jù)，用直徑Φ1 800 mm 滾筒情形下，臥底能力：中部為401 mm、機(jī)頭為240 mm、機(jī)尾為160 mm。從數(shù)據(jù)上看，臥底量雖不大，但可滿足正常生產(chǎn)。但實(shí)際工況中，如上述分析，煤巖泥、浮煤、竄頭等因素均對(duì)臥底產(chǎn)生負(fù)影響。其中，浮煤、竄頭等影響可通過(guò)開采工藝控制避免，而煤巖泥需人工清理，如圖8 所示，油缸在不能完全復(fù)位（油缸最短時(shí)1 270 mm）時(shí)對(duì)臥底會(huì)產(chǎn)生影響。

由圖8 可見，當(dāng)油缸有50 mm 退不回時(shí)，頭尾將完全喪失臥底能力。如果每刀都要人工清理，絕不是合理的解決辦法。據(jù)生產(chǎn)單位提出的建議，增加滾筒直徑到Φ2 000 mm，從設(shè)計(jì)角度看，該采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速為33 r/min，對(duì)應(yīng)Φ2 000 mm 的滾筒線速度為3.5 m/s，屬合理區(qū)間，可行。根據(jù)觀察，如果在滾筒直徑增大，臥底量增加100 mm 的情況下，讓臥底量保有一定的余量，可讓每刀或幾刀清理一次煤巖泥延長(zhǎng)到每班或每天清理一次。

圖8 采煤機(jī)搖臂角度與油缸間隙

2.3 增加外噴霧管路

在此工作面的開采過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，煤炭中巖石成分的黏度較大。在后續(xù)對(duì)煤炭的洗選過(guò)程中，煤泥經(jīng)常將震動(dòng)篩的篩縫堵塞。降低煤泥的黏度最好的方法就是增加煤泥的含水量。

在油缸根部增加外噴霧噴頭。在不干涉搖臂運(yùn)行的位置布設(shè)噴霧管路。噴頭對(duì)油缸根部進(jìn)行不間斷地噴水作業(yè)，使粘黏于油缸根部限制油缸行程的煤泥在沒有固著前自行脫落。同時(shí)減小油缸的表面阻力，使油缸更容易收縮。

使用外噴霧管路可以有效降低人員的維護(hù)工作。減少人員在采煤機(jī)煤壁側(cè)的停留時(shí)間可保證檢修人員的人身安全。提高設(shè)備的開機(jī)率可保證生產(chǎn)正常運(yùn)行。

3 應(yīng)用效果

該工作面采煤機(jī)經(jīng)過(guò)多方案綜合治理，采煤機(jī)臥底量顯著提高，能夠滿足生產(chǎn)需要，減少了人員維護(hù)時(shí)間，調(diào)高了開機(jī)率，保證了生產(chǎn)。每班減少人員投入1 人，提高開機(jī)時(shí)間約1 h。

4 推廣應(yīng)用前景

工作面煤泥黏性大的問(wèn)題導(dǎo)致采煤機(jī)臥底量不足，增加了人員和維護(hù)成本，降低了設(shè)備的開機(jī)率。經(jīng)過(guò)對(duì)系統(tǒng)分析后采用逐個(gè)擊破的方法，現(xiàn)設(shè)備已經(jīng)正常使用。該方案在類似情況下有推廣應(yīng)用的價(jià)值。