采面刮板输送机优化设计与应用实践研究

摘 要：32206采面斜长达到268m，现有的刮板输送机功率较小，难以满足生产需要，为此提出采用多种群遗传算法对刮板输送机中部槽回转角进行优化设计，通过优选最佳回转角达到降低刮板链运行阻力目的，从而降低刮板输送机运行载荷。将回转角由原由1°优化成40′后，刮板输送机整体运行载荷降低约8%，在一定程度上降低了电动机、减速器等设备运行负载。现场应用后，刮板输送机未出现超载频繁停机问题，可满足32206采面煤炭运输需要，优化设计取得显著效果。

关键词：刮板输送机;中部槽;回转角;载荷

山西某矿32206采面位于32采区北翼，主采2号煤层，采面南侧为已回采完毕的32204采面采空区、北侧为圈定的32208采面（回采巷道已完成掘进）、东侧为采区边界煤柱、西侧为采区轨道、运输上山。32206采面设计走向长690m、斜向268m，受到地质构造影响采面局部区域煤体破碎、容易出现顶板冒落、煤壁片帮。由于采面斜长达到268m，对现场布置的刮板输送机运行性能有较高要求。根据采面生产实际情况，刮板输送机中部槽宽度应在1000mm以上，电动机功率应能达到1000kW，方可满足现场运输需要，因此，相关设计咨询单位建议采用型号SGZ1000/1400刮板输送机，若采用该型号刮板输送机则采煤机、液压支架等均应更换，会显著增加矿井经济负担。为此，矿井决定对现有的SGZ800/800窄槽刮板输送机进行优化改进设计，以期能满足采面生产需要。

1 刮板输送机运行中存在问题分析

在32206采面采用SGZ800/800窄槽刮板输送机使用过程中存在问题主要为[1]：①刮板输送机运输能力不足，配套使用的电动机输出功率较小，不能满足采面煤炭运输需要;②由于刮板输送机布置距离较长（具体达到272m），运行过程中产生的工作阻力较大，运输效率较低;③刮板输送机若处于重载时则启动较为困难，容易出现压溜问题;④刮板输送机在使用过程中存在明显的冲击问题，容易造成刮板链断裂，给刮板输送机后续正常使用带来不利影响;⑤刮板输送机在使用过程中减速器、电动机等设备常处于超负荷运行，会增加设备运行温度、增加设备故障率及降低使用寿命。

以上运行过程中存在问题若不能得到有效解决势必会产生如下后果：刮板输送机会频繁的停机保护，无法确保采面正常回采;电动机、减速器等设备需要频繁进行维护甚至更换;刮板中部槽、刮板链等零部件损耗量显著增加。因此，需要对刮板输送机进行针对性优化设计，确保刮板输送机可满足现场使用需要。

2 刮板输送机中部槽受力分析

刮板输送机空载状态时消耗的功率约为总功率的30%，设备运行时需要克服的工作阻力主要为刮板链、煤矸石等在刮板槽内移动阻力;刮板链在空回段移动阻力;刮板链在机头、机尾处阻力;刮板链传动装置运行阻力以及刮板机中部槽在弯曲段给刮板链产生的侧向阻力。其中刮板输送机运输煤矸时的阻力是刮板输送机运行时主要阻力，当刮板输送机弯曲度过大时会增加刮板输送机阻力。 刮板输送机在运行过程中会产生弯曲。

在刮板输送机运行过程中需要随着采煤机回采推移，从而在水平方向形成移动的弧度，弧度大小会直接影响刮板链与中部槽帮间摩擦力。具体有一定弧度的刮板输送机见图1所示。

从图1看出，在刮板输送机运行环境保持不变情况下，刮板输送机两临近刮板槽间回转角α'越大，则刮板链与中部槽帮间摩擦阻力越大，工作阻力消耗的刮板输送机功率越多。在刮板输送机总负载、刮板链摩擦系数不变时，两临近刮板槽间回转角α'是影响刮板输送机负载关键以上，选择合理的回转角α'可在一定程度上降低刮板输送机运行负载并降低刮板链、中部槽等部件磨耗。

3 刮板输送机优化设计

文中基于多种群遗传算法对刮板输送机中部槽间回转角α'进行优化，降低刮板输送机负载。根据以往研究成果，采用MPGA、SGA两种遗传算法对刮板输送机中部槽回转角α'二元函数（公式1）进行求值，（下转第197页）（上接第195页）具体计算结果见表1、表2。

通过对比表1、2，采用MPGA遗传算法时获取到的求值结果更为稳定，文中采用MPGA（多种群遗传算法）来替代SGA（标准遗传算法）对刮板机中部槽间回转角α'进行优化，最终确定α'取值为40′时刮板机摩擦阻力、设备磨耗等最小，且该角度弯曲的中部槽数量合适，不会给采面正常生产带来不利影响。

4 现场应用分析

4.1 运行效果

将刮板输送机中部槽间回转角α'由1.0°优化至40′后，通过对刮板输送机结构进行简单改造后在32206采面现场应用，截止到2020年6月，优化后的刮板输送机已平稳运行超过3个月，采面日平均进尺为1270mm、刮板输送机日运输量约为3300t。SGZ800/800刮板输送机运行状态平稳，中部槽、刮板链等设备均无异常磨耗，对刮板输送机优化设计后输送机在运行过程中负载得以显著降低，从而在一定程度上降低电动机、减速器等设备负载，优化设计后的刮板输送机可满足32206超长工作面回采需要。

4.2 经济效益

4.2.1 降低采面综采设备投入

若将采面刮板输送机更为SGZ1000/1050型刮板输送机按照272m长度布置则需要投入约2050万元，而对SGZ800/

800刮板输送机优化设计后投入仅需1300万元，可降低刮板输送机投入约750万元。同时采用SGZ800/800刮板输送机时由于矿井已配备有大量的配件，在配件更新、维护方面投入也较小;采用SGZ1000/1050型刮板输送机时所有的零配件均需另外购置。

4.2.2 降低电能消耗

对刮板输送机进行优化设计后，刮板输送机运行过程中受到的载荷降低达到8%以上，综合电能消耗减低约为6%，每月可降低电费投入约1.3万元。

5 总结

①对32206采面采用SGZ800/800刮板输送机使用时存在的问题进行分析，主要问题是电动机、减速器频繁超载，从而制约该刮板输送机在采面使用;②对刮板输送机运行过程中受力情况分析发现，通过优化刮板输送机中部槽间回转角可在一定程度上降低刮板输送机运行负载，从而降低电动机、减速器载荷;③采用多种群遗传算法对中部槽间回转角进行优化，最终将回转角1°优化至44′，优化后的刮板输送机总体载荷降低约8%，可在一定程度上降低电动机、减速器载荷，确保刮板输送机在采面平穩运行。

参考文献：

[1]张俊杰.关于SGB4318型刮板输送机驱动链轮的仿真与优化[J].机械管理开发，2020，35（09）：53-55.

作者简介：

索红武（1975- ），男，山西屯留人，1999年7月毕业于阳泉煤专，煤矿机电专业，专科，现为助理工程师。