魏 強(qiáng)

（山西晉神沙坪煤業(yè)有限公司， 山西 河曲 036500）

大塊煤體和矸石容易在重力作用下滑移失穩(wěn)而脫離原生結(jié)構(gòu)，并在重力作用下加速滾落形成飛矸。造成飛矸災(zāi)害的主要原因是工作面漏頂、片幫、落煤或底板被破壞造成的滑移而引起的。飛矸對(duì)人員的傷害和對(duì)機(jī)械設(shè)備的損壞較為嚴(yán)重[1-3]。目前，對(duì)飛矸事故的防治主要通過加強(qiáng)支護(hù)和利用防護(hù)裝備攔截飛矸，但由于飛矸的形成具有隨機(jī)性，導(dǎo)致飛矸事故無法百分之百地被杜絕，而防矸簾等固定的防飛矸設(shè)備存在移動(dòng)困難以及影響人員通行和物料運(yùn)輸?shù)?，因此通過對(duì)飛矸形成機(jī)理及運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，研發(fā)相應(yīng)的自動(dòng)防護(hù)設(shè)備，就成了飛矸防治工作的重要內(nèi)容?；诖?，設(shè)計(jì)一種能夠平穩(wěn)運(yùn)行且能起到降噪減震作用的自動(dòng)防矸系統(tǒng)。

1 液壓自動(dòng)防飛矸設(shè)備的設(shè)計(jì)組成

自動(dòng)防矸系統(tǒng)主要由以下三部分組成：一是驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)備的驅(qū)動(dòng)裝置是一套液壓裝備，其工作目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要依賴三位四通電磁換向閥提供的蓄能保壓回路，其主要元件有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、三位四通電磁換向閥、二位二通電磁換向閥、液壓油泵、液壓油缸、單向控制閥、蓄能器等；二是傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置由滑動(dòng)軌、滑動(dòng)裝置和傳動(dòng)力臂組成，其中液壓油缸內(nèi)嵌在滑動(dòng)軌內(nèi)，在滑動(dòng)軌上方安裝有滑動(dòng)裝置，滑動(dòng)裝置與液壓油缸傳動(dòng)桿相連，滑動(dòng)裝置以鉸接的方式連接傳動(dòng)力臂，傳動(dòng)力臂用鉸接方式連接防矸門，形成完整的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；三是擋矸裝置，檔桿裝置主要是由擋矸門、支撐臂以及一些輔助設(shè)備組成。驅(qū)動(dòng)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖見圖1。當(dāng)液壓油缸推進(jìn)到預(yù)定位置時(shí)，由液壓蓄能器持續(xù)供給壓力，并使液壓系統(tǒng)壓力在一定時(shí)間內(nèi)保持恒定。液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作流程為：首先由驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)液壓油泵，液壓油經(jīng)過過濾裝置過濾后由液壓油泵抽取并通向單向閥，同時(shí)主換向閥左位開啟，在液壓油的推動(dòng)下液壓油缸移動(dòng)至預(yù)定位置，當(dāng)壓力超過一定值時(shí)，由壓力繼電器傳送信號(hào)，打開二位二通電磁換向閥進(jìn)行卸荷，此時(shí)，液壓蓄能器開始工作，為液壓油缸提供保壓效果。

圖1 驅(qū)動(dòng)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖

2 防矸裝置的啟動(dòng)原理

通過對(duì)飛矸形成機(jī)理和運(yùn)動(dòng)特征分析，設(shè)計(jì)了防飛矸裝置的自動(dòng)控制程序和相關(guān)參數(shù)。當(dāng)工作面出現(xiàn)飛矸并通過光柵設(shè)備時(shí)，光柵設(shè)備報(bào)警并向控制系統(tǒng)傳送信號(hào)，控制系統(tǒng)接到信號(hào)后向驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)出指令，命令驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)，為液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力，啟動(dòng)液壓裝置并通過連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)擋矸門運(yùn)行到指定位置。通過液壓蓄能器提供保壓效果，液壓油缸繼續(xù)保持壓力10 s，之后控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，改變?nèi)凰耐〒Q向閥通向，液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)恢復(fù)原位。如果在液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)回復(fù)原位的過程中，有飛矸再次穿過光柵設(shè)備，則控制系統(tǒng)再次發(fā)出指令，啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，改變油路方向，使擋矸門繼續(xù)工作，以此類推，確保不出現(xiàn)飛矸遺漏的情況。自動(dòng)防矸裝置結(jié)構(gòu)示意圖見下頁圖2，防矸控制程序流程見下頁圖3。

圖2 自動(dòng)防矸裝置結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 防矸控制程序流程圖

當(dāng)飛矸產(chǎn)生并在工作面運(yùn)動(dòng)通過光柵設(shè)備時(shí)，光柵設(shè)備報(bào)警，并向控制系統(tǒng)傳遞信號(hào)，控制系統(tǒng)程序啟動(dòng)。飛矸自動(dòng)防矸裝置的初始狀態(tài)見圖4。

控制系統(tǒng)程序啟動(dòng)后開啟驅(qū)動(dòng)電機(jī)，啟動(dòng)液壓裝備，推動(dòng)滑動(dòng)裝置，并通過傳動(dòng)力臂，使擋矸門繞支撐臂旋轉(zhuǎn)，直至其運(yùn)行到指定位置，并保持10 s。自動(dòng)防矸裝置工作狀態(tài)見圖5。

3 液壓自動(dòng)防矸裝置特點(diǎn)

1）液壓自動(dòng)防矸裝置可以發(fā)出比傳統(tǒng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)防矸裝置更大的驅(qū)動(dòng)力，擋矸門運(yùn)行迅速，且本套設(shè)備體積小、便于安裝和維護(hù)，更適合工作面的運(yùn)行環(huán)境；

2）液壓系統(tǒng)可以對(duì)裝置的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，更適應(yīng)工作面的實(shí)際情況；

3）液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有自動(dòng)潤滑能力，可減少日常運(yùn)行過程中維護(hù)次數(shù)，故障率低，且壽命長；

4）擋矸門到達(dá)指定位置時(shí)由蓄能器保壓回路提供壓力，該回路可吸收飛矸對(duì)擋矸門形成的部分沖擊能量，減少對(duì)液壓系統(tǒng)造成的沖擊；

5）液壓系統(tǒng)具有較強(qiáng)的剛性，且動(dòng)力輸出穩(wěn)定，換向沖擊較小，更適合頻繁換向。

圖4 自動(dòng)防矸裝置初始狀態(tài)

圖5 自動(dòng)防矸裝置工作狀態(tài)

4 結(jié)語

液壓自動(dòng)防矸裝置通過光柵設(shè)備識(shí)別飛矸，并利用控制程序自動(dòng)運(yùn)行防護(hù)裝置。該裝置采用液壓驅(qū)動(dòng)形式，可提供更大的驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)減小設(shè)備體積，降噪減震，其液壓系統(tǒng)的蓄能器保壓回路可減小飛矸對(duì)防護(hù)裝置的沖擊，延長裝置的使用壽命。因此，該自動(dòng)防矸裝置可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)飛矸的自動(dòng)防護(hù)功能。