宋明江

(中國(guó)煤炭科工集團(tuán) 太原研究院有限公司， 山西 太原 030006)

0 引言

連續(xù)采煤機(jī)技術(shù)常用于地下煤炭開采，巷道掘進(jìn)、房柱式開采等地下工程的準(zhǔn)備都離不開這種連續(xù)切割設(shè)備。它具有采掘一體化、高效靈活、投資小、見(jiàn)效快等特點(diǎn)，與連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)、梭車、行走支架、錨桿鉆車、鏟車等共同組成了短壁開采技術(shù)裝備,不僅適用于主采區(qū)煤田開采、邊角煤回收和“三下”煤層的開采，在煤巷快速掘進(jìn)中也得到了大量運(yùn)用。

在高產(chǎn)高效礦井的開采和煤巷掘進(jìn)中，連續(xù)采煤機(jī)對(duì)長(zhǎng)壁綜采遺存的煤柱、不規(guī)則塊段和殘采區(qū)進(jìn)行開采，提高資源回收率。在煤巷掘進(jìn)中，其速度是傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)的3～4倍，可使煤礦采掘比例嚴(yán)重失衡的矛盾得到根本改觀，為大型和特大型礦井的開采創(chuàng)建新模式；同時(shí)，也為中小型煤礦的機(jī)械化改造和“三下”壓煤的開采提供了技術(shù)途徑和裝備基礎(chǔ)[1]。

如今，在高新技術(shù)的帶動(dòng)下，連續(xù)采煤機(jī)向薄煤層低矮型、厚煤層大采高兩極發(fā)展，整機(jī)及元部件性能向大功率體積比、長(zhǎng)工作周期、高可靠性及自動(dòng)化控制、智能化控制乃至無(wú)人化方向邁進(jìn)[2]。截割系統(tǒng)、裝運(yùn)系統(tǒng)和行走系統(tǒng)是連續(xù)采煤機(jī)最重要的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。各系統(tǒng)的元部件性能及可靠性是整機(jī)性能的直接反映和有效保證[3]。筆者長(zhǎng)期跟蹤連續(xù)采煤機(jī)井下應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)設(shè)備在使用過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題和數(shù)據(jù)進(jìn)行了大量收集和詳細(xì)總結(jié)?，F(xiàn)針對(duì)連續(xù)采煤機(jī)裝載部存在的問(wèn)題進(jìn)行分析總結(jié)，并提出相應(yīng)解決辦法，以供業(yè)界人士共同交流探討。

1 連續(xù)采煤機(jī)裝載部存在的問(wèn)題

連續(xù)采煤機(jī)主要有截割部、裝載部、行走部、機(jī)架、運(yùn)輸部、除塵系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、水冷卻噴霧系統(tǒng)9部分組成。連續(xù)采煤機(jī)實(shí)體樣機(jī)如圖1所示。

圖1 連續(xù)采煤機(jī)實(shí)體樣機(jī)

裝載部主要由鏟板體、裝運(yùn)電動(dòng)機(jī)、裝運(yùn)減速器、耙爪組件、鏈輪組件組成,如圖2所示。裝載部安裝在連續(xù)采煤機(jī)的前端,通過(guò)一對(duì)銷軸鉸接于主機(jī)架上。在鏟板油缸的作用下，裝載部鏟板可繞銷軸上下擺動(dòng)，耙爪組件在裝運(yùn)電動(dòng)機(jī)、裝運(yùn)減速器的共同作用下高速轉(zhuǎn)動(dòng)扒煤，實(shí)現(xiàn)煤炭等其他礦物的快速裝載運(yùn)輸[4]。

1-鏟板體;2-爬爪組件;3-裝運(yùn)減速器;4-裝運(yùn)電動(dòng)機(jī);5-鏈輪組件。

下面就連續(xù)采煤機(jī)裝載部在現(xiàn)場(chǎng)使用過(guò)程中存在的問(wèn)題做出總結(jié)：

1) 裝載部鏟板體積龐大，下井、運(yùn)輸極為不便。國(guó)內(nèi)中小煤礦大多為立井提升，設(shè)備下井需要拆解后罐籠或用平板車運(yùn)輸下井。因井下巷道規(guī)格小、罐籠尺寸小，連續(xù)采煤機(jī)部件尺寸相對(duì)較大，裝載部鏟板同樣體積龐大，所以部件在下井過(guò)程中頻繁出現(xiàn)罐籠裝不下、巷道通不過(guò)的問(wèn)題，給設(shè)備的正常使用推廣造成了極大的不便和障礙。

2) 裝載部鏟板寬度固定，機(jī)身側(cè)浮煤難以清理。連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化開采具有采掘合一、投資少、效益高、機(jī)動(dòng)靈活等特點(diǎn)?？蛇M(jìn)行煤巷掘進(jìn)，煤柱及不規(guī)則塊段、“三下”壓煤等資源的短壁開采，也可對(duì)露天煤礦邊坡壓煤資源進(jìn)行端幫開采。常見(jiàn)工藝有井下單巷掘進(jìn)、雙巷掘進(jìn)、多巷道掘進(jìn)，以及井下房式回采、房柱式回采、旺格維利法回采等。連續(xù)采煤機(jī)施工巷道寬度一般在5.4～6.0 m，連續(xù)采煤機(jī)裝載部鏟板寬度固定，巷道浮煤清理不便，需反復(fù)調(diào)機(jī)至作業(yè)完成。

3) 裝載部鏟板油缸控制，巷道底板起伏適應(yīng)性差。連續(xù)采煤機(jī)在巷道施工過(guò)程中，因操作水平差異導(dǎo)致拉底時(shí)將巷道底板切割成波浪狀。設(shè)備向前推進(jìn)時(shí),裝載部鏟板鏟尖部位會(huì)碰觸突起巖體，嚴(yán)重時(shí)造成部件開裂損壞故障。如遇到凹陷底板，裝載部鏟板鏟尖又不能及時(shí)貼合底板面，造成巷道浮煤不能有效清理。

2 連續(xù)采煤機(jī)裝載部改進(jìn)設(shè)計(jì)

筆者通過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，針對(duì)連續(xù)采煤機(jī)裝載部存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

2.1 裝載部鏟板分體式設(shè)計(jì)

連續(xù)采煤機(jī)裝載部鏟板整體尺寸長(zhǎng)2 800 mm，寬3 150 mm，高1 025 mm，該尺寸已經(jīng)超出很多中小礦井的提升罐籠內(nèi)部容積尺寸，給設(shè)備下井帶來(lái)不便。改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)裝載部鏟板進(jìn)行有效的結(jié)構(gòu)分解，實(shí)施了鏟板分體式設(shè)計(jì),如圖3所示。改進(jìn)設(shè)計(jì)既保證了部件的功能性和強(qiáng)度，又保證了現(xiàn)場(chǎng)所需的要求尺寸，將裝載部鏟板最大不可拆解尺寸降至長(zhǎng)2 500 mm，寬2 000 mm，高1 000 mm。通過(guò)有限元仿真分析手段，對(duì)裝載部鏟板進(jìn)行了靜強(qiáng)度分析計(jì)算,其應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D如圖4所示。

圖3 連續(xù)采煤機(jī)裝載部鏟板分體式設(shè)計(jì)

2.2 裝載部鏟板擴(kuò)展式設(shè)計(jì)

針對(duì)連續(xù)采煤機(jī)裝載部鏟板寬度固定，機(jī)身側(cè)面撒煤、露煤，巷道浮煤清理不便等問(wèn)題，在裝載部鏟板改進(jìn)設(shè)計(jì)時(shí)研發(fā)了左、右伸縮鏟板體。鏟板收集物料時(shí)寬度范圍直接增加600 mm，且在行走時(shí)可以完全收回原有寬度，不影響整機(jī)通過(guò)性[5]。

2.3 裝載部鏟板浮動(dòng)式設(shè)計(jì)

目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的連續(xù)采煤機(jī)裝載部鏟板僅具有鏟煤、裝煤功能。浮動(dòng)控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)鏟板的提升、下降、定位和沿巷道底板的浮動(dòng)。它可以使鏟板緊貼巷道底板行進(jìn)，既不會(huì)遇浮煤抬起上翹，也不會(huì)鏟進(jìn)底板以下，進(jìn)而達(dá)到良好的清理巷道浮煤效果，節(jié)省人工勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本[6]。

圖4 裝載部鏟板最大受力下應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D

通過(guò)有限元仿真分析手段，對(duì)裝載部鏟板進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析計(jì)算，確定了鏟板舉升油缸的受力，如圖5所示。油缸在舉升過(guò)程中裝載部所施加力逐步增大，裝載部局部結(jié)構(gòu)反受力也在逐步增大。

圖5 裝載部鏟板作用力加載時(shí)間歷程曲線

鏟板升降油缸控制鏟板的提升、下降、固定和沿巷道底板的浮動(dòng)。鏟板浮動(dòng)可使鏟板不會(huì)鏟進(jìn)底板輪廓線內(nèi)，實(shí)現(xiàn)沿巷道底板漂浮。鏟板運(yùn)動(dòng)由兩個(gè)單作用的液壓油缸控制，下降靠自身重力；回路中裝有蓄能器便于實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)功能；平衡閥為鏟板升降油缸提供備壓，以便控制鏟板的下降速度,鏟板的浮動(dòng)控制原理如圖6所示[7]。

1-鏟板舉升油缸;2-蓄能器;3-安全閥;4-多路閥;5-背壓閥。

3 結(jié)語(yǔ)

分體式浮動(dòng)裝載部自研制成功以來(lái)，部件推廣應(yīng)用至連續(xù)采煤機(jī)、掘錨一體機(jī)、掘進(jìn)機(jī)等多種煤礦井下采掘裝備。國(guó)家能源神東煤炭公司、烏海能源公司、榆神能源公司、陜北礦業(yè)集團(tuán)、內(nèi)蒙古伊泰集團(tuán)、蒙泰集團(tuán)等多家國(guó)有大型煤炭生產(chǎn)企業(yè)成為該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用客戶。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用效果顯著，提高了設(shè)備下井運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)性，對(duì)中小礦井、老舊礦井的入井條件要求降低；設(shè)備掘采作業(yè)工藝性好，能夠高質(zhì)量完成巷道掘進(jìn)作業(yè)，對(duì)礦井標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)具有積極的推動(dòng)作用；設(shè)備維護(hù)操作性強(qiáng)，提高了設(shè)備維護(hù)的便捷性，降低了維護(hù)操作的難度，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。