熊 雷，蘇 暢，鄭小魁

（安徽理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院， 安徽淮南 232001）

0 引言

在煤礦采煤過(guò)程中，刮板輸送機(jī)作為運(yùn)輸?shù)牟豢商娲栽O(shè)備，對(duì)煤礦開(kāi)采、運(yùn)輸?shù)墓ぷ餍视兄卮蟮挠绊懽饔?，其是一種以撓性體為牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)輸送機(jī)械，既可用于水平運(yùn)輸，也可用于傾斜運(yùn)輸，是目前長(zhǎng)壁式采煤工作面唯一的運(yùn)輸設(shè)備[1]。我國(guó)將煤層厚度分布在0.8～1.3 m 的煤層劃為薄煤層，薄煤層地質(zhì)條件和賦予情況，具有著高度的復(fù)雜性，在薄煤層開(kāi)采應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)于普通中厚煤層開(kāi)采技術(shù)來(lái)說(shuō)，其適應(yīng)性嚴(yán)重缺失[2]?，F(xiàn)在我國(guó)刮板輸送機(jī)的總體設(shè)計(jì)、制造水平已接近國(guó)外同期制造工藝，因此技術(shù)的進(jìn)步能在確保刮板輸送機(jī)持久、穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，解決刮板輸送機(jī)在薄煤層工作面的各種問(wèn)題也成為當(dāng)務(wù)之急，以確保煤礦開(kāi)采的效率和經(jīng)濟(jì)效益。

1 我國(guó)薄煤層刮板輸送機(jī)的發(fā)展歷程

我國(guó)對(duì)薄煤層的刮板輸送機(jī)進(jìn)行了很長(zhǎng)時(shí)間的探索，發(fā)展歷史如下。

從20世紀(jì)50年代初，我國(guó)就開(kāi)始了薄煤層刮板輸送機(jī)的研究制造，研發(fā)的輸送機(jī)以軋焊刮板輸送機(jī)為主，且總裝功率在30 kW 以下，但當(dāng)時(shí)薄煤層礦區(qū)的開(kāi)采能力有限，已滿足生產(chǎn)需求，代表型號(hào)為SGB420/20型。

至20 世紀(jì)70年代，由于原有軋焊刮板輸送機(jī)總裝功率小、承載能力差，已滿足不了當(dāng)時(shí)薄煤層開(kāi)采量的需求，需要研發(fā)以大功率、大承載力為主的刮板輸送機(jī)。20 世紀(jì)70年代中期研制的新型刮板輸送機(jī)裝機(jī)功率增至2×40 kW及2×75 kW，槽體寬度增加[3]，煤炭輸送量也顯著提高，代表型號(hào)有SGB620/40(80)和SGB630/150型。改進(jìn)后的軋焊刮板輸送機(jī)功率、承載力也基本滿足當(dāng)時(shí)薄煤層工作面開(kāi)采運(yùn)輸?shù)男枨?，但?duì)于工作面的全機(jī)械化卻沒(méi)有廣泛推進(jìn)。

20世紀(jì)80年代，采煤技術(shù)不斷更新?lián)Q代，先進(jìn)的采煤工藝帶動(dòng)工作面產(chǎn)量持續(xù)升高，薄煤層工作面的產(chǎn)量也得以增長(zhǎng)，原先的軋焊刮板輸送機(jī)已不能滿足生產(chǎn)的需求。20 世紀(jì)80年代后期，我國(guó)研制配套的刮板輸送機(jī)由軋焊刮板輸送機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殍T焊型刮板輸送機(jī)[4]，代表型號(hào)有SGZ620/40(80)型，配套的采煤機(jī)和液壓支架也不斷改進(jìn)，三機(jī)配套基本上實(shí)現(xiàn)了真正意義上的綜采機(jī)械化[5]。雖然20 世紀(jì)80年代后期薄煤層刮板輸送機(jī)得到巨大的發(fā)展，但當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)煤礦開(kāi)采重心全部投入中厚煤層的開(kāi)采中，薄煤層的刮板輸送機(jī)等機(jī)械裝備發(fā)展趨于緩慢。

2 薄煤層采煤工作面中刮板輸送機(jī)存在的主要問(wèn)題

刮板輸送機(jī)是高效綜采工作面必不可少的連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備，與采煤機(jī)緊密連接，承擔(dān)煤料運(yùn)送工作。刮板輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，主要承載運(yùn)輸結(jié)構(gòu)有中部槽，由啞鈴銷連接，且中部槽在推溜過(guò)程時(shí)會(huì)產(chǎn)生縱向位移，相鄰中部槽在多方向上有局部偏轉(zhuǎn)。在刮板輸送機(jī)橫移過(guò)程中，開(kāi)始由一節(jié)中部槽構(gòu)成小“S” 彎，隨后發(fā)展擴(kuò)大到由推移步距和輸送機(jī)自身結(jié)構(gòu)確定的一定節(jié)數(shù)的中部槽構(gòu)成的大“S” 彎，形成彎曲段[6]。如圖1所示，1～12為中部槽的推溜順序，采煤機(jī)割下的煤料落到中部槽上，經(jīng)鏈條的帶動(dòng)從中部槽12 至1 的方向運(yùn)輸出去。

圖1 推溜時(shí)刮板輸送機(jī)的彎曲示意圖

刮板輸送機(jī)在薄煤層工作面的技術(shù)要求相比其他煤層要更高，輸送機(jī)由于煤層采高的原因體積更小，質(zhì)量減少，機(jī)身高度也低得多，但強(qiáng)度不能降低，壽命可靠性也有嚴(yán)格要求。因此刮板輸送機(jī)在薄煤層采煤工作面中有許多問(wèn)題需要優(yōu)化解決，以提高采煤效率和經(jīng)濟(jì)效益。以下是刮板輸送機(jī)在薄煤層采煤工作面上存在問(wèn)題的幾個(gè)方面。

2.1 高產(chǎn)方面

目前，國(guó)內(nèi)外薄煤層采煤工作面使用的刮板輸送機(jī)多為中厚煤層用刮板輸送機(jī)的改良產(chǎn)品，機(jī)頭、機(jī)尾的高度易造成采煤機(jī)在此處采煤臥底量不夠，產(chǎn)生“三角煤” 等問(wèn)題，需人工處理，生產(chǎn)效率較低[7]。相較于中厚煤層中高采高、超長(zhǎng)工作面等高效綜采工作面使用的刮板輸送機(jī)，大多數(shù)薄煤層惡劣的開(kāi)采環(huán)境對(duì)刮板機(jī)高產(chǎn)量的運(yùn)輸問(wèn)題需求多方面的改進(jìn)，此前的薄煤層開(kāi)采高產(chǎn)、高效受到很大限制，使得煤產(chǎn)出量較低，一般只有中厚煤層的1/3。為保障刮板輸送機(jī)在薄煤層工作面的高產(chǎn)，要求刮板機(jī)和采煤機(jī)成套系統(tǒng)高度集成，安全可靠，以達(dá)到高度自動(dòng)化、常態(tài)化運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率目標(biāo)。

2.2 超長(zhǎng)工作面

薄煤層具有斷層構(gòu)造較多的特點(diǎn)，但也存在部分賦存條件好、工作面回采范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有斷層等復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的優(yōu)質(zhì)薄煤層，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)工作面開(kāi)采。隨著采煤工作面的加長(zhǎng)，采煤機(jī)循環(huán)割煤的出煤量也會(huì)有一定程度的增加，此時(shí)若刮板輸送機(jī)達(dá)不到運(yùn)輸要求，容易導(dǎo)致刮板輸送機(jī)鏈條松弛、斷鏈停車，甚至導(dǎo)致刮板輸送機(jī)壓車過(guò)載、無(wú)法啟動(dòng)的問(wèn)題。相對(duì)于普通長(zhǎng)度薄煤層工作面，超長(zhǎng)工作面可能會(huì)造成采礦場(chǎng)新的破壞和運(yùn)動(dòng)，對(duì)開(kāi)采機(jī)械設(shè)備造成更大的負(fù)載和壓力。在實(shí)際工作中，刮板輸送機(jī)的鏈條張緊力會(huì)隨著載荷大小及運(yùn)行時(shí)間不斷變化，使鏈條整段或局部松緊程度超出設(shè)計(jì)值[8]，因此薄煤層工作面的加長(zhǎng)，對(duì)刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力是一項(xiàng)重要考驗(yàn)，影響超長(zhǎng)工作面在薄煤層上的應(yīng)用。

2.3 低采高工作面

從20世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)薄煤層的開(kāi)采工作進(jìn)行的并不是太順利，薄煤層因?yàn)闆](méi)有很高的生產(chǎn)能力及多種其他因素的干擾，開(kāi)采工作難以順利進(jìn)行，有時(shí)會(huì)把這部分資源丟棄，這是對(duì)資源的浪費(fèi)[9]。薄煤層0.8～1.3 m 的煤層厚度采用低采高的工作面，刮板輸送機(jī)也常因此出現(xiàn)過(guò)煤空間小、生產(chǎn)效率低和運(yùn)煤能力差的問(wèn)題?？紤]到煤層厚度的變化、頂板下沉和浮煤等問(wèn)題，其工作面高度會(huì)發(fā)生變化，且煤層開(kāi)采時(shí)需要切割頂板、底板，因此煤層厚度不宜小于采煤機(jī)最小采高的110%～120%。薄煤層在開(kāi)采過(guò)程中受其所在環(huán)境與空間的制約，相關(guān)設(shè)備安裝操作難度大，工作人員活動(dòng)范圍狹小[10]，因此盡可能減小刮板機(jī)和采煤機(jī)配套工作后的采高，從而滿足低采高工作面的高度需求。

3 薄煤層采煤工作面中刮板輸送機(jī)存在問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略

3.1 高產(chǎn)方面

對(duì)于薄煤層采煤工作面中刮板輸送機(jī)的高產(chǎn)問(wèn)題有以下幾點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施：實(shí)現(xiàn)三機(jī)一架及自動(dòng)化系統(tǒng)高度集成，要求系統(tǒng)各種接口和通訊無(wú)縫鏈接，建立高度自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)常態(tài)化工作，使整套采煤系統(tǒng)高度集成，提高生產(chǎn)效率；對(duì)于刮板機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)優(yōu)化，改換大功率減速器，專為刮板機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)制造，提高性能穩(wěn)定性；采用的鏈輪抽組壽命為國(guó)產(chǎn)同類產(chǎn)品兩倍以上，減少配件更換頻率；使用加強(qiáng)型椎頭加工型中部槽，提高蛇形彎曲過(guò)程中的槽間對(duì)齊能力，板和壓板采用粗牙型安全鎖緊螺母固定，使用過(guò)程中免維護(hù)，減少故障；刮板機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)使鏈速動(dòng)態(tài)可調(diào)，以實(shí)現(xiàn)恒定煤流運(yùn)輸，優(yōu)化生產(chǎn)能力；智能化服務(wù)實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，提供故障預(yù)測(cè)和生產(chǎn)力分析。

隨著第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）的發(fā)展，其高傳輸速度、低時(shí)延、低功耗、大規(guī)模數(shù)據(jù)連接等優(yōu)勢(shì)，為井下海量數(shù)據(jù)的高速傳輸、大規(guī)模設(shè)備連接、不同設(shè)備之間的實(shí)時(shí)互聯(lián)互通等提供了可能[11]。通過(guò)5G技術(shù)生態(tài)，可以實(shí)現(xiàn)地面對(duì)工作面地質(zhì)多維數(shù)據(jù)、工作面環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、高清視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理反饋，可實(shí)現(xiàn)刮板機(jī)在工作面的自動(dòng)找直，通過(guò)獲取采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等信息，構(gòu)建面向5G的井下一體化定位系統(tǒng)，降低刮板輸送機(jī)運(yùn)行誤差范圍，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)行高效穩(wěn)定。

3.2 超長(zhǎng)工作面

薄煤層對(duì)超長(zhǎng)工作面應(yīng)用的關(guān)鍵是刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸效率，對(duì)刮板輸送機(jī)改良可以參考以下策略：世界現(xiàn)有超過(guò)400 m超長(zhǎng)高產(chǎn)工作面的薄煤層刮板輸送機(jī)均采用高強(qiáng)度、高壽命的材料部件，既能延長(zhǎng)刮板機(jī)使用壽命，較普通刮板輸送機(jī)使用年限更久，又無(wú)需頻繁更換零件以降低故障率；對(duì)刮板輸送機(jī)的電機(jī)功率和鏈條拉力進(jìn)行計(jì)算，提供最佳設(shè)備配置，加入刮板輸送機(jī)卓越的鏈條管理和鏈條自動(dòng)張緊技術(shù)，解決薄煤層超長(zhǎng)工作面刮板輸送機(jī)容易鏈條松弛和振蕩問(wèn)題；刮板機(jī)系統(tǒng)集成的傳動(dòng)部件包括智能限矩器和高強(qiáng)度寬帶鏈技術(shù)進(jìn)行更新迭代，能提供最大壓車啟動(dòng)能力；刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)，鏈速動(dòng)態(tài)控制，反饋采煤機(jī)減速，避免超長(zhǎng)工作面的煤流過(guò)大導(dǎo)致壓車故障。

針對(duì)超長(zhǎng)工作面長(zhǎng)度大、刮板運(yùn)輸機(jī)負(fù)荷較大的特點(diǎn)，減少刮板機(jī)的彎曲段的彎度，避免出現(xiàn)急彎，同時(shí)可以控制推溜距離，適當(dāng)加大刮板機(jī)的彎曲段長(zhǎng)度，減少刮板機(jī)的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)阻力。薄煤層工作面長(zhǎng)度的增加，提高工作面的有效開(kāi)機(jī)率，提高工作面的單產(chǎn)水平，薄煤層煤礦每噸煤產(chǎn)煤成本得以降低，經(jīng)濟(jì)效益顯著提升。

3.3 低采高工作面

薄煤層煤礦煤層厚度處于0.8～1.3 m，采用低采高的工作面。由于開(kāi)采高度低，在選用采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)配套使用時(shí)，還要留有足夠的操作空間給相關(guān)操作人員。采煤機(jī)矮機(jī)身結(jié)構(gòu)和刮板機(jī)低斷面溜槽配套，刮板輸送機(jī)采用寬帶鏈低斷面結(jié)構(gòu)，降低中部槽的高度，提高過(guò)煤空間。在刮板輸送機(jī)上做出優(yōu)化，刮板機(jī)中部槽低高度裝煤鏟板，彌補(bǔ)低采高采煤機(jī)滾筒小的不足，提高裝煤能力；刮板機(jī)機(jī)尾采用低高度結(jié)構(gòu)，提高采煤機(jī)對(duì)機(jī)尾底板和煤壁割透能力；刮板機(jī)機(jī)頭采用球形啞鈴銷與過(guò)渡槽連接，適應(yīng)機(jī)頭區(qū)域坡底起伏；對(duì)刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)卸載口采用煤流仿真設(shè)計(jì)，減少回頭煤，提高卸載能力，這有利于提高生產(chǎn)效率，改變低采高工作面運(yùn)煤能力差的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)薄煤層采煤工作面中出現(xiàn)高產(chǎn)、超長(zhǎng)工作面、低采高等方面的問(wèn)題，提出應(yīng)對(duì)策略。刮板輸送機(jī)通過(guò)優(yōu)化刮板機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)、形成高度集成的自動(dòng)化、開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋技術(shù)、提高采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的配套使用等應(yīng)對(duì)策略來(lái)解決。

針對(duì)薄煤層刮板輸送機(jī)工作面開(kāi)采技術(shù)問(wèn)題的相關(guān)研究，進(jìn)一步豐富了薄煤層綜采機(jī)械裝備工藝，應(yīng)對(duì)策略的提出，為我國(guó)薄煤層高產(chǎn)高效開(kāi)采技術(shù)提供可參考意見(jiàn)。