运输机尾强力清煤装置的设计与应用

席恒飞

（中煤华晋能源集团有限责任公司王家岭煤矿，山西 河津 043300）

1 工程概况

王家岭矿实施“一井二面”生产格局，在回采过程中工作面与两顺会出现一定的高低落差，通过调整工作面角度采用采煤机截割作业进行清除。但是从生产现场来看，运输机尾处会有一段距离采煤机滚筒达不到，无法截割清理。这段巷道如果不能够及时清理将直接影响综采工作面的回采速度。原有的方法是利用人工进行清理，作业强度大，清理效率低，且安全系数小。针对这一情况，王家岭矿技术科设计了一种运输机尾强力清煤装置[1-6]，依靠机械设备上的各种千斤顶动作带动铲斗将煤炭轻松快速地清理干净并转到其他位置。

2 运输机尾强力清煤装置的设计

2.1 结构分析

设计的综采工作面运输机尾强力清煤装置结构如图1，主要包括铲斗、连杆、铲斗千斤顶、翻转千斤顶、翻转臂、主臂、支撑千斤顶、回转千斤顶、底座、回转台、副臂等部件。综采工作面运输机尾强力清煤装置采用乳化液泵站供液，将液压能转换为机械能。

图1 综采工作面运输机尾强力清煤装置

2.2 工作原理

综采工作面运输机尾强力清煤装置安装在超前支护巷道的替棚支架底座上，利用替棚支架的移动带动装置整体移动，通过操作操纵阀使安设在各处的液压千斤顶动作，完成煤炭清理工作。

2.3 关键技术分析

工作面生产过程中，采煤机切割到运输机机尾时，采煤机滚筒截割不到巷道硬帮侧，留有1 m 左右宽的底煤。随着运输机的推移，留下的底煤如果不能及时清走，将影响工作面回采推进速度。为了不影响回采速度，工作人员操作运输机尾强力清煤装置回转千斤顶使挖掘臂旋转，降主升降臂，伸翻转臂千斤顶、铲斗千斤顶推动铲斗挖掘底板煤炭，挖满一斗煤炭，升主臂再旋转到预定位置把挖掘的煤炭卸掉，完成一个循环。随着工作面的推进周而复始地进行煤炭清理。需要移动时，拉移替棚支架即可完成前移。运输机尾强力清煤装置工作流程如图2。

图2 运输机尾强力清煤装置工作流程图

2.4 操作步骤

（1）固定清煤装置底座。首先将强力清煤装置底座固定在替棚支架底座上，通过替棚支架移动将强力清煤装置移动到合适位置。

（2）铲煤。动作支撑千斤顶带动主臂动作调整到合适位置，动作翻转千斤顶将翻转臂向下，铲斗到达煤炭处，动作铲斗千斤顶通过连杆动作将铲斗向下翻转挖掘煤炭，挖完后，动作翻转千斤顶将铲斗抬起后动作支撑千斤顶进一步将铲斗抬起到一定高度。

（3）卸煤。动作回转千斤顶带动回转台旋转将铲斗旋转到采煤机滚筒能够到达的位置，动作翻转千斤顶将铲斗抬起，将铲斗内煤炭翻倒在此处，完成一次清理作业，然后动作回转千斤顶使铲斗重新回到煤炭清理处，重复以上作业进行煤炭清理作业。

2.5 先进性及创新性分析

（1）利用替棚支架底座为载体安设运输机尾强力清煤装置，可以实现使用的互换性。

（2）利用乳化液泵站提供的液体为动力源，将液压能转换为机械能工作。

（3）采用液压原理，具有运行平稳、操作简单、挖煤能力强的优点。

（4）各工作臂采用箱体焊接结构，结实耐用，强度高。

3 重要构件受力测算及强度校核

运输机尾强力清煤装置采用乳化液泵站作为动力源，乳化额定压力31.5 MPa，乳化液泵站调定压力30 MPa。经计算，运输机尾强力清煤装置每铲斗装满煤炭总质量G总为0.285 t。

3.1 支撑千斤顶推力、回缩力的测算

经计算，运输机尾强力清煤装置支撑千斤顶推力F推为23.55 t，支撑千斤顶回缩力F缩为12 t，F推和F缩都远大于铲斗装满煤炭后G总总质量0.285 t，支撑千斤顶的选择满足清煤作业要求。

3.2 铲斗满载期间的耳座焊缝强度校核

运输机尾强力清煤装置各构件均采用厚度为16 mmQ235 钢板进行焊接，其中各个千斤顶支撑连接耳座焊缝强度最弱，对耳座焊缝强度进行校核，如强度满足要求，则可以说明该装置所有构件强度都符合要求。

图3 中，P为耳座焊缝受拉力，N；L为焊缝总长度，m；hf为贴脚焊缝厚度，m；n-n为破坏面。

图3 耳座焊缝受力分析示意图

侧焊缝的剪切应力τ可采用下列公式计算：

其中：P取2793 N；hf为贴脚焊缝厚度，取0.016 m；L为焊缝总长度，取0.120 m。计算得到τ为2.06 MPa。

焊缝承受拉应力计算公式为：

计算得到σ为1.45 MPa。

综上所述，侧焊缝的剪切应力τ和焊缝承受拉应力σ都远小于Q235 钢板许用剪切强度160 MPa、许用抗拉强度235 MPa。运输机尾强力清煤装置各构件焊缝满足安全要求，安全系数大。

4 实践应用效果及效益分析

4.1 应用效果分析

综采工作面运输机机尾强力清煤装置完成设计后，在中煤华晋能源集团王家岭矿12303、12315两个工作面进行了使用。从2021 年12 月至今，运输机机尾强力清煤装置整体运行稳定，操作平稳、简单、可靠，1 人即可完成原来2 人的工作量，30 min 时间即可完成以往2 人1 个班的工作量，大大减轻了机尾人员清货的作业强度。运输机机尾强力清煤装置具有提高工作效率、操作简单方便、安全系数高等优点。

4.2 效益分析

综采工作面运输机机尾强力清煤装置总费用为21 000.86 元，其中：使用千斤顶8 件，每件1137 元，共9096元；ZHC操纵阀2组2 000.86元；双向锁8件，每件133 元，共1064 元；KJ10×1 m 胶管16 根，K10×3 m胶管4根，K10×2 m胶管8根，共2080元；人工2 人，加工14 d，每个工时150 元，共4200 元；16 mm 铁板800 kg，每千克3.2 元，共计2560 元。合计使用了21 000.86 元。

综采工作面运输机机尾强力清煤装置安装后与未安装前相比，每班可减少2 名工人清货，每名工人工资按照每日150 元，每班可节约300 元，圆班可节约900 元，两个工作面10 个月可回采完，每个工作面每月按照25 d 时间生产，每个工作面月可节约2.25 万元，两个工作面生产完年可节约45 万余元。