順槽綜采設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究

劉君子，馬龍

（1.中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司；2河北省高端智能礦山裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，河北 張家口 075000）

隨著采煤工業(yè)的快速發(fā)展，綜合機(jī)械化采煤工藝已經(jīng)成為當(dāng)前井下作業(yè)的主流趨勢(shì)。綜采裝備是綜合機(jī)械化采煤工藝的核心，通過優(yōu)化綜采設(shè)備來提高采煤效率是一直被研究的課題，筆者將這個(gè)研究課題縮小范圍，將優(yōu)化的范圍設(shè)定在煤礦井下順槽內(nèi)，經(jīng)過實(shí)地考察和分析，發(fā)現(xiàn)煤礦井下綜采過程中，采煤機(jī)在推進(jìn)一段距離后停機(jī)拆皮帶機(jī)中間架這一環(huán)節(jié)嚴(yán)重浪費(fèi)采煤時(shí)間，違背高效率的生產(chǎn)原則，提出了研發(fā)超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾、研發(fā)皮帶自移支撐裝置兩種優(yōu)化方案并在煤礦進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，均提高了井下采煤效率，滿足了煤礦進(jìn)行快速推進(jìn)的需要。

1 超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾的研發(fā)

1.1 設(shè)計(jì)思路

在順槽綜采過程中，轉(zhuǎn)載機(jī)騎在帶式輸送自移機(jī)尾小車上，小車隨著轉(zhuǎn)載機(jī)前移。目前，帶式輸送自移機(jī)尾小車的行程最大一般是2.7m，大概采煤機(jī)采3刀煤，組合基架就要移動(dòng)一次。組合機(jī)架移動(dòng)之前，需要拆卸皮帶機(jī)中間架為其準(zhǔn)備足夠的行走空間。如果研發(fā)一種行程為10m的帶式輸送自移機(jī)尾，就能夠在一個(gè)采煤班的工作時(shí)間內(nèi)不移動(dòng)組合機(jī)架，也可以解決拆卸皮帶機(jī)中間架浪費(fèi)有效采煤時(shí)間的問題。

通過分析發(fā)現(xiàn)，此方法有3個(gè)難題需要解決。

（1）組合基架加長(zhǎng)后，如果地面不平，頭端架、尾端架安裝的立缸無法調(diào)節(jié)組合機(jī)架中間部分的高度，會(huì)造成機(jī)身傾斜，導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機(jī)灑煤甚至有傾倒風(fēng)險(xiǎn)，有較大安全隱患。

（2）將推移缸行程由2.7m加大到10m，缸徑不變會(huì)造成液壓缸失穩(wěn)，加大缸徑會(huì)造成液壓缸尺寸過大，沒有足夠安裝空間。

（3）組合基架隨著小車的行程加長(zhǎng)，重量會(huì)隨著增加，會(huì)增加移動(dòng)時(shí)的摩擦力，有可能會(huì)發(fā)生液壓缸推不動(dòng)組合基架的情況，為此，筆者研發(fā)了一種超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾，具有10.5m行程，也可以解決以上難題，解決方法會(huì)在下面具體敘述。此裝置主要由加長(zhǎng)型組合機(jī)架、行走小車、液控系統(tǒng)組成。

1.2 加長(zhǎng)型組合基架

加長(zhǎng)型組合基架（圖1）主要由頭端架、前基架、中基架、后基架、尾端架組成。

圖1 加長(zhǎng)型組合基架示意

其中頭端架、尾端架沿用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，此處不再累贅，重點(diǎn)闡述一下前基架、中基架（圖2）、后基架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）三種基架長(zhǎng)度相同（均為3m），結(jié)構(gòu)類似，區(qū)別在于前基架、后基架在中基架（圖2）的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了皮帶過渡結(jié)構(gòu)。（2）三種基架兩側(cè)均安裝有三角型鉸接結(jié)構(gòu)的支撐架，此支撐架與水平液壓缸聯(lián)接，液壓缸伸出將抬高基架高度，將水平位移轉(zhuǎn)化成豎直位移，解決了前方所述問題（1）。（3）在三種基架的小車行走軌道上均設(shè)有銷孔，用于聯(lián)接小車上的推移座。

圖2 中基架示意圖

1.3 行走小車

行走小車（圖3）主要由推移座、小車體、鉸接架、滑靴組成，與傳統(tǒng)行走小車相比，其具有如下結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（1）增加獨(dú)立的推移座，用于聯(lián)接小車和組合基架，如上文所述組合基架的三種基架均設(shè)有銷孔用于聯(lián)接小車的推移座。推移缸行程1.5m，通過7次拔插聯(lián)接銷，以轉(zhuǎn)載機(jī)為支點(diǎn)，完成7次推移操作，使組合機(jī)架向前移動(dòng)了1.5×7=10.5m。此設(shè)計(jì)是為了分7次利用推移缸推移組合基架，解決了前方所述問題（2）。（2）增加滑靴，支撐立缸將滑靴與小車體聯(lián)接在一起，在推移組合基架過程中，稍微伸長(zhǎng)支撐立缸，將裝載機(jī)機(jī)頭抬起，減輕推移組合基架過程中的正壓力，以減小摩擦力，解決前方所述問題（3）。

圖3 行走小車示意圖

1.4 液控系統(tǒng)

液控系統(tǒng)分為三個(gè)，液壓系統(tǒng)a由4個(gè)安裝在頭端架、尾端架的立缸，4個(gè)安裝在頭端架、尾端架的水平缸、2個(gè)托輥提升缸、操縱閥組組成。液控系統(tǒng)b由10個(gè)安裝在前基架、基架、后基架的調(diào)平缸、操縱閥組組成。液控系統(tǒng)c由2個(gè)安裝在小車上的立缸、2個(gè)推移缸、操縱閥組組成。液控系統(tǒng)以乳化液泵站作為動(dòng)力源，供液壓力為31.4MPa。

2 超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

所研發(fā)的超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾，在完成廠內(nèi)安裝調(diào)試后于2019年1月應(yīng)用于內(nèi)蒙古智能煤炭有限責(zé)任公司麻地梁煤礦。

2.1 工程概況

麻地梁煤礦位于內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾煤田西南部，工作面長(zhǎng)度253m，走向長(zhǎng)度3150m，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力500萬噸/年，采煤機(jī)截深865mm,主要輸送槽尺寸5.6m×3.8m(寬×高)，采用綜合機(jī)械化采煤工藝，順槽地面硬化。

2.2 超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾的布置和調(diào)試

煤礦一個(gè)生產(chǎn)班大概采11刀煤，需要拆卸皮帶機(jī)中間架9.515m，將超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾布置在帶式輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)之間，行走小車隨轉(zhuǎn)載機(jī)的移動(dòng)沿著軌道行進(jìn)，在整個(gè)生產(chǎn)班采煤過程中，組合基架不用移動(dòng)，采煤機(jī)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，在不拆卸皮帶機(jī)中間架的情況下，采煤機(jī)最多可以采12刀煤，與煤礦的采煤能力匹配。在生產(chǎn)班結(jié)束生產(chǎn)后，檢修班進(jìn)場(chǎng)將組合基架向前推動(dòng)10.5m，為下次生產(chǎn)做好準(zhǔn)備。

2.3 應(yīng)用效果

超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾在井下復(fù)雜工況下，沒有推不動(dòng)組合機(jī)架的情況發(fā)生，小車運(yùn)行平穩(wěn)，沒有發(fā)生轉(zhuǎn)載機(jī)傾斜灑煤，整機(jī)在液控系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)下能夠順利完成前移、調(diào)高、調(diào)偏等動(dòng)作。麻地梁煤礦在順槽布置超長(zhǎng)行程帶式輸送自移機(jī)尾后，每天可節(jié)約有效生產(chǎn)時(shí)間約30min，一年累計(jì)節(jié)約有效生產(chǎn)時(shí)間約138h，可以多生產(chǎn)原煤約220kt。

3 皮帶自移支撐裝置的研發(fā)

3.1 設(shè)計(jì)思路

拆卸皮帶機(jī)中間架浪費(fèi)有效生產(chǎn)時(shí)間的根本原因是中間架需要依靠人工拆卸，為保證人員安全，只能停機(jī)進(jìn)行此項(xiàng)操作，如果研發(fā)一種可自行移動(dòng)的裝置代替采煤期間需要人工拆卸的皮帶機(jī)中間架，就可以解決這一問題。

通過可行性分析，最終確定以液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)焊接結(jié)構(gòu)件完成自行前移的設(shè)計(jì)原理來設(shè)計(jì)一種皮帶自移支撐裝置，安裝在帶式運(yùn)輸機(jī)中間架與帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾之間，支撐懸空段皮帶，隨著順槽轉(zhuǎn)載機(jī)的推進(jìn)自行前進(jìn)。此裝置主要由皮帶支撐架、液控系統(tǒng)組成。

3.2 皮帶支撐架

皮帶支撐架（圖4）主要由活動(dòng)支撐架、橫梁、固定支撐架、閥架、滑座、滑靴等組成?；顒?dòng)支撐架、固定支撐架通過橫梁聯(lián)接在一起，共同支撐皮帶和上面運(yùn)輸?shù)拿禾?，在推移缸的推?dòng)下自行前移，具體前移原理：推移缸聯(lián)接著活動(dòng)支持架和固定支撐架，初始狀態(tài)時(shí)推移缸處于伸出狀態(tài)。首先，固定支撐架所聯(lián)接的立缸伸出，將皮帶支撐架抬起，推移缸縮回，活動(dòng)支撐架前移，固定支撐架所聯(lián)接的立缸縮回，活動(dòng)支撐架所聯(lián)接的立缸伸出，將皮帶支撐架抬起，推移缸伸出，固定支撐架前移，完成一次推移。在液壓驅(qū)動(dòng)下，皮帶支撐架還可調(diào)整膠帶跑偏和校正皮帶自移支撐推移方向。

1.活動(dòng)支撐架 2.橫梁 3.固定支撐架 4.閥架5.滑座6.滑靴

3.3 液控系統(tǒng)

皮帶自移支撐裝置的液壓系統(tǒng)主要由8個(gè)調(diào)高立缸、2個(gè)側(cè)移水平缸、2個(gè)推移缸、4個(gè)雙向鎖、4個(gè)安全閥和高壓膠管等組成。以乳化液泵站作為動(dòng)力源，供液壓力為31.4MPa。8個(gè)調(diào)高立缸的進(jìn)液回路（升起支撐架）設(shè)有雙向鎖和安全閥，以保證支撐架在升起后維持所要求的狀態(tài)穩(wěn)定，而不致在上面皮帶和煤塊重量的作用下自行下落。2個(gè)側(cè)移水平缸的缸體與滑靴用壓板聯(lián)接，其雙伸活塞桿端通過銷軸及滑座與立缸相鉸接，以實(shí)現(xiàn)支撐架側(cè)向移動(dòng)，最大側(cè)移量200mm。推移缸安裝在固定支撐架架和活動(dòng)支撐架之間，最大行程1030mm。雙缸同步動(dòng)作，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。

4 皮帶自移支撐裝置的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

所研制的皮帶自移支撐裝置，在完成廠內(nèi)安裝調(diào)試后于2021年1月應(yīng)用于兗州煤業(yè)興隆莊礦。

4.1 工程概況

兗州興隆莊煤礦位于兗州煤田北部，年產(chǎn)量300萬t，主煤層集中于一層，平均厚度為8.3m，工作面長(zhǎng)度300m，采用綜合機(jī)械化采煤工藝，采煤機(jī)截深865m，順槽地面未硬化。

4.2 皮帶自移支撐裝置的布置、調(diào)試

煤礦一個(gè)生產(chǎn)班大概采8～9刀煤，最少需要拆卸皮帶機(jī)中間架9m，將皮帶自移支撐裝置（推移行程1.03m）布置在帶式輸送機(jī)和帶式輸送自移機(jī)尾（推移行程2.7m）之間，前后各留4.5m間距，具體布置如圖5所示

圖5 皮帶自移支撐安裝位置示意圖

在采煤機(jī)采完3刀煤后，帶式輸送自移機(jī)尾機(jī)身向前移動(dòng)1次（移動(dòng)2.595m），然后皮帶自移支撐裝置向前移動(dòng)2次（共移動(dòng)2.06m），兩機(jī)間距變成3.965m，皮帶機(jī)中間架與皮帶自移支撐裝置間距變?yōu)?.44m，再次完成3刀的采煤量時(shí)，帶式輸送自移機(jī)尾機(jī)身向前移動(dòng)1次（移動(dòng)2.595m），然后，皮帶自移支撐裝置向前移動(dòng)2次（共移動(dòng)2.06m），兩機(jī)間距變成3.43m，皮帶機(jī)中間架與皮帶自移支撐裝置間距變?yōu)?.38m，采煤機(jī)繼運(yùn)再采3刀煤，帶式輸送自移機(jī)尾機(jī)身向前移動(dòng)1次（移動(dòng)2.595m），皮帶自移支撐裝置不動(dòng)，兩機(jī)間距變成0.835m，采煤機(jī)可繼運(yùn)再采3刀煤。在整個(gè)過程中，采煤機(jī)一直處于運(yùn)轉(zhuǎn)中，在不拆卸皮帶機(jī)中間架的情況下，采煤機(jī)最多可以采12刀煤，與煤礦的采煤能力匹配。此班組結(jié)束生產(chǎn)時(shí)，采煤機(jī)停機(jī)，檢修班進(jìn)場(chǎng)，拆卸掉9m皮帶機(jī)中間架，操制皮帶自移支撐裝置、帶式輸送自移機(jī)尾前移，按圖5所示位置布置，為生產(chǎn)班做好生產(chǎn)準(zhǔn)備。

4.3 應(yīng)用效果

皮帶自移支撐裝置在井下復(fù)雜工況下，能夠順利完成前移、調(diào)高、調(diào)偏等動(dòng)作，可以調(diào)節(jié)皮帶自移裝置出入口帶面的高度，使皮帶機(jī)和皮帶自移裝置的配合更順暢。兗州興隆莊在順槽布置皮帶自移支撐裝置后，每天可節(jié)約有效生產(chǎn)時(shí)間約30min，估計(jì)一年累計(jì)節(jié)約有效生產(chǎn)時(shí)間約138h，可以多生產(chǎn)原煤約120kt。

5 結(jié)語

（1）研發(fā)了超長(zhǎng)帶式輸送自移機(jī)尾、皮帶自移支撐裝置兩種布置在井下綜采順槽內(nèi)的采煤裝備，分別在麻地梁礦、興隆莊礦得到了成功應(yīng)用，均能有效提高生產(chǎn)效率，有廣闊的推廣前景。（2）通過對(duì)運(yùn)行原理和井下實(shí)際使用情況的分析，筆者認(rèn)為，超長(zhǎng)帶式輸送自移機(jī)尾只適合在順槽地面硬化的工況下應(yīng)用，由于小車行程有限，選用時(shí)需要考慮其與煤礦采煤能力是否匹配，不適用于具有超強(qiáng)采煤能力的煤礦，但操控其行走，不需要與其他設(shè)備配合，操控相對(duì)簡(jiǎn)單；皮帶自移支撐裝置可以適應(yīng)各種工況的順槽地面，可以通過增加其布置在順槽內(nèi)的數(shù)量來適應(yīng)具有超強(qiáng)采煤能力的煤礦，但操控其行走時(shí)需要與皮帶機(jī)、帶式輸送自移機(jī)尾配合，操控相對(duì)復(fù)雜。