大倾角煤层采煤机与刮板输送机技术改进研究

马 强

（山西汾西矿业集团双柳煤矿洗煤厂， 山西 柳林 033300）

引言

大倾角煤层具备煤岩沉积的特点，结构复杂，煤质一般包含无烟煤及焦煤等较优煤种，同时也是我国许多西部矿井的主采煤层。但大倾角非机械化采煤存在生产效率低、劳动强度大及开采难度大等问题，而走向长臂综合机械化开采是解决这些问题的根本出路，主要的设备种类包括采煤机、刮板输送机及液压支架[1]。

大倾角采煤机需要保证制动可靠、装煤率高、润滑效果好及操控安全。大倾角刮板输送机作为采煤机运行的轨道，需要具有高强度及好的防滑性[2]。近年来，为有效提高中槽的强度，逐渐以整体铸造代替焊接封底的情况，同时，为控制整体结构的稳定性，需要中部槽有较大的转角用于满足结构的曲率要求。

1 研究现状

关于大倾角中厚煤层的开采，四川某矿6213工作面采用MG385-QW1型采煤机及SGB-720/150型刮板输送机开采倾角为25°～36°煤层，为大倾角综合机械化采煤技术及理论奠定了基础，起到了重要的指导作用。其中该采煤机的牵引方式为无链液压牵引，依靠刮板输送机上的轨道起到防滑的作用，前后齿轮均可以起到制动的作用，同时为有效改善其润滑效果，在摇臂两侧还设有加油孔。现场实践结果表明，这种采煤机存在的液压故障较难处理，同时滚筒装煤效果差。选用的刮板输送机的电动机及减速器垂直于回风巷煤壁，有效改善了设备的配套情况，增大了行人空间，但机头由于刮板输送机的下滑或工作面与底板的干涉作用，需要进行人工开缺口，其具体实施方式如图1所示。现场实践结果表明，刮板输送机的链条及刮板在开采过程中磨损较为严重，同时链条的更换存在较大的难度。

图1 垂直中部槽布置情况图

2 采煤机的改进

关于采煤机的改进主要可以从提高制动性、增大牵引力、改善润滑效果及提高装煤效率几个方面进行。

2.1 提高制动性

随着工作面倾角的不断增大，采煤机发生下滑的能力也逐渐增强。关于下滑的问题，主要会发生在突然断电及启动阶段，在上行割煤的过程中发生下滑的可能性更大，主要由于此阶段设备需要产生反向的制动力来防止下滑。具体的改进措施可以将采煤机的制动系统改进为四象限变频调速模式，使采煤机的整个活动可以在指定的范围内进行[3]。在设备运行过程中，当下滑力大于牵引力时，电动机同步转速低于实际转速，转矩方向相反，采煤机移动至第四象限，将牵引发电机的电量传递到电网，从而产生能防止采煤机持续下滑的制动力。当设备需要制动时，仅需要按动停车按钮即可以实现制动，当液压制动器收到抱闸信号后会停止输出，防止采煤机因为没有抱闸而出现下滑，此外，可以考虑在原有的采煤机制动系统的基础上增加防滑装置，使采煤机本身成为二级防滑机制，从而保证其在较大坡度条件下能够安全运行。

2.2 增大牵引力

大倾角工作面的采煤机在工作过程中需要克服自重、切割阻力、滚轮及滑靴与轨道之间的摩擦力。现场实践结果表明，在采煤机防滑性能良好的前提下需要在安装前先在地面陡坡及较陡的矸石山进行试验。试验结果表明，采用较大功率的电机对采煤机进行牵引时，采煤机可以较为顺利地在53°的斜坡上空载运行，并且能够保障平稳的上下行，同时失电制动性可靠。因此，为满足大倾角条件下的生产要求，采煤机所选用的牵引功率应当相对较高。当牵引功率保持恒定时，改变齿轮的传动比，实现牵引力及牵引速度的降低，牵引方式可以改进为无链的齿轮-销轨式牵引。由于实际生产过程中采煤机具有较大的上行阻力，因此可以通过调整刮板输送机节矩、齿轮的尺寸，并且采用高强度材料制作齿轮从而提高其运行可靠性。

2.3 润滑效果的改进

在大倾角工作面的采煤过程中，整个系统的润滑一般从摇臂开始沿着齿轮逐级传递，但在倾角的影响下很难保证能够达到整个系统的充分润滑效果，而润滑不充分将导致截割部减速器发热严重，出现烧坏的危险，最终缩短其使用寿命。关于这一问题的改善，可以通过在采煤机的摇臂上增设油孔、油泵及采用分腔润滑等方法有效改善截割部中齿轮与轴承之间的润滑效果。现场试验结果表明，将摇臂中的多级齿轮变为通轴，能有效解决齿轮与轴承之间润滑不充分的问题，还可以通过链轮来代替原有的通轴简化原有的传动结构，最终实现润滑效果的改善。

2.4 提高装煤效率

当采煤机在大倾角工作面进行割煤及落煤时，落煤受自重等方面的影响会导致落煤点下移，同时随着工作面倾角的加大，其偏移距离也逐渐增大，大量的落煤进入刮板输送机的中部槽，导致机头处出现落煤的积聚，需要人工清理落煤后才能正常作业。因此，在滚筒上设置挡板能够在一定程度上有效增加装煤量。但在实际生产过程中，由于挡板的翻转操作相对比较复杂，现场操作中很少使用挡板，装煤主要依靠后滚筒实现，为保证挡板的正常运行需要对挡板的翻转问题进行进一步的研究。同时，也可以通过改善弯摇臂结构增大过煤空间，最终提高装煤效率。

3 刮板输送机的改进

3.1 采用准双链刮板输送机

大倾角条件下采煤过程中产生的落煤会沿中部槽向下滑落，威胁到巷道中工人的人身安全。边链条件下虽然能有效加大运煤空间但该模式下会使链条与中部槽的磨损严重，使用双链条能够有效延长刮板的寿命，但这种模式所占空间较大且会使煤块沿链条滑落[4]。基于此，刮板输送机的链条布置方式可以选择准边双链，保证在增加运煤空间的同时防止煤块的滑落，同时有效减少链条与刮板之间的磨损。

3.2 采用单耳及加强型销排

将输送机的销排及销排座改进为加强型，中部槽采用加强型单耳可以有效避免中部槽因单耳的损坏而报废。刮板输送机受自重及多方面摩擦力的影响会使其整体结构容易下滑，将刮板输送机改进为全封底式框架结构，可以有效降低其上行阻力，防止输送机的下滑。

3.3 增设回煤窗口及挡煤矸板

为保证在采煤过程中能够及时清理底槽中的回煤，需要在输送机上设置能够排出回煤的窗口，可以在电缆槽设置柔性带及挡矸板，防止产生的落煤进入电缆槽，设置纵向挡板防止煤矸进入巷道伤及作业人员。

3.4 改善防滑性能

可以在中部槽底部安装能够防止输送机下移的限位块，设置斜拉防滑装置，将输送机与底板锚固，牵制输送机防止其下滑。

4 结论

1）大倾角工作面采煤机及刮板输送机的改进应当集中于改造大倾角环境下的开采特性，改进采煤机与刮板输送机性能，不能局限于传统的开采技术及方法。

2）整个设备改进技术需要在确保正常生产的前提下，使设备具有稳定的爬坡性能、优良的防滑性能、高效的装煤能力及完善的操作系统。

3）大倾角开采中采煤机的改进需要采用大功率设备进行牵引、采用四象限变频调速系统、强制润滑或采用通轴，用多级齿轮机械控制且配备弧形挡板及遥控操作的采煤机。

4）大倾角开采中刮板输送机的改进可以从采用加强型单耳、销排，改善防滑性能，采用准边双链刮板输送机等方面进行改进。