張沁鋒

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

1 工程概況

山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司地處沁水煤田南部，位于山西省晉城市沁水縣嘉峰鎮(zhèn)永安村，井田面積2.5023 km2，可采儲(chǔ)量2928 萬(wàn)t，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為60 萬(wàn)t/a。南凹寺煤業(yè)含煤地質(zhì)主要為上石炭系統(tǒng)太原組、下二疊系統(tǒng)山西組，3 號(hào)煤層位于山西組底部，主要開(kāi)采3 號(hào)、9 號(hào)、15 號(hào)煤層，混合開(kāi)拓方式。南凹寺煤業(yè)30407 工作面位于三盤(pán)區(qū)中部400 采區(qū)，上下巷走向長(zhǎng)度1715 m，切眼沿傾向布置，長(zhǎng)度210 m。30407 工作面地面標(biāo)高+684～+738 m，井下標(biāo)高+393～+430 m，主采3 號(hào)煤，煤層厚度為1.3～4.7 m，平均厚度2.86 m，煤層傾角1°～5°，平均傾角3°。3 號(hào)煤基本頂為24 m 的細(xì)砂巖，直接頂為5.4 m 的砂質(zhì)泥巖，偽頂為0.3～0.5 m 的黑色泥巖，直接底為6 m 的黑色砂質(zhì)泥巖，基本底為8 m 的深灰色中粒砂巖。

南凹寺煤業(yè)30407 工作面采用超向長(zhǎng)壁分層綜采采煤法，采高5.2 m，應(yīng)用有ZY9600/25.5/55D 大采高支架，配套采用MG750/1940-GWD 采煤機(jī)、SGZ-1000/2×855 刮板運(yùn)輸機(jī)、SZZ-1200/525 轉(zhuǎn)載機(jī)、SSJ80/40/2×40 帶式輸送機(jī)，采用全部跨落法處理采空區(qū)[1-3]。在30407 工作面的開(kāi)采實(shí)踐過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)MG750/1940-GWD 型大采高采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置以往維修更換作業(yè)過(guò)程較為復(fù)雜，需要投入大量人力和物力，同時(shí)在維修更換期間還存在安全隱患，影響到維修更換作業(yè)人員的安全，因此有必要對(duì)該大采高采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)調(diào)整。

2 機(jī)械保護(hù)裝置的工作原理及安全隱患分析

2.1 保護(hù)裝置的工作原理

30407 工作面使用的MG750/1940-GWD 型大采高交流電牽引采煤機(jī)是由西安煤礦機(jī)械有限公司生產(chǎn)的。對(duì)該采煤機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析可知，在該采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)內(nèi)部，通過(guò)一級(jí)行星機(jī)構(gòu)傳遞扭矩，當(dāng)破碎機(jī)構(gòu)作業(yè)過(guò)程中如對(duì)大塊原煤及矸石進(jìn)行破碎時(shí)易造成設(shè)備負(fù)載過(guò)大，傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載而被損壞，故障率較高。從該采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析可知，其破碎機(jī)構(gòu)在行星機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪部件中間位置設(shè)置一處剪切槽，太陽(yáng)輪外花鍵部分與破碎機(jī)構(gòu)工作電機(jī)連接。

如設(shè)備傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載，行星機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪部件將沿剪切槽處發(fā)生斷裂故障，須實(shí)施對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的安全保護(hù)[4-5]。行星機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置的安裝情況如圖1 所示。

圖1 采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置安裝示意圖

2.2 安全隱患分析

當(dāng)傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)載時(shí)，太陽(yáng)輪將沿剪切槽位置發(fā)生斷裂，從而對(duì)破碎機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)太陽(yáng)輪剪切槽位置發(fā)生斷裂后，采煤機(jī)需停止開(kāi)采作業(yè)，針對(duì)性地進(jìn)行檢修。采煤機(jī)檢修工人對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行全面排查確定故障情況并設(shè)定維修更換方案后，拆開(kāi)采煤機(jī)破碎裝置蓋板，取出行星減速機(jī)，并對(duì)太陽(yáng)輪裝置進(jìn)行更換。該維修更換處置過(guò)程較為煩瑣，需要多名工人相互之間進(jìn)行配合，維修更換作業(yè)花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)該維修更換過(guò)程作業(yè)位置位于巷道內(nèi)煤壁側(cè)，工人維修更換作業(yè)時(shí)存在嚴(yán)重的安全隱患，會(huì)對(duì)工人造成人身傷害，因此有必要進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)。

3 機(jī)械保護(hù)裝置的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)

3.1 優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)方案分析

在MG750/1940-GWD 型大采高采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪原機(jī)械保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往破碎機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪原機(jī)械保護(hù)裝置更換維修存在的安全問(wèn)題及隱患，從維修更換安全性和經(jīng)濟(jì)性?xún)煞矫嬷衷O(shè)計(jì)新型的破碎機(jī)構(gòu)太陽(yáng)輪機(jī)械保護(hù)裝置[6]。

3.1.1 拆裝位置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

MG750/1940-GWD 型破碎機(jī)構(gòu)最初機(jī)械保護(hù)裝置與行星減速器直接相連，在更換時(shí)，需要拆開(kāi)破碎裝置蓋板，這是導(dǎo)致機(jī)械保護(hù)裝置更換費(fèi)時(shí)費(fèi)力的關(guān)鍵因素。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)將機(jī)械保護(hù)裝置拆裝位置進(jìn)行調(diào)整，安裝在采煤機(jī)老塘側(cè)位置區(qū)域。該改進(jìn)設(shè)計(jì)后，機(jī)械保護(hù)裝置的拆裝過(guò)程不需要對(duì)破碎機(jī)構(gòu)的蓋板進(jìn)行拆裝，也不再需要將行星減速器全部取出，更換過(guò)程可節(jié)省大量的人力和物力。

機(jī)械保護(hù)裝置拆裝位置調(diào)整至采煤機(jī)老塘側(cè)位置區(qū)域后，工人的拆裝操作地點(diǎn)從煤壁側(cè)調(diào)整至老塘側(cè)位置，此時(shí)工人可以站在液壓支架內(nèi)作業(yè)，作業(yè)空間較大，活動(dòng)較自由，工人的安全隱患大幅度降低。

3.1.2 太陽(yáng)輪裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)

MG750/1940-GWD 型破碎機(jī)構(gòu)最初機(jī)械保護(hù)裝置設(shè)計(jì)在太陽(yáng)輪上，一旦太陽(yáng)輪出現(xiàn)過(guò)載斷裂故障就需要對(duì)太陽(yáng)輪進(jìn)行整體更換，設(shè)備及維護(hù)更換成本較高。針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)將之前的太陽(yáng)輪零件拆分為新太陽(yáng)輪和扭矩軸兩個(gè)零件，如圖2 所示。

圖2 新太陽(yáng)輪及扭矩軸結(jié)構(gòu)示意圖

新太陽(yáng)輪和扭矩軸采用內(nèi)、外花鍵連接，原太陽(yáng)輪剪切槽部件設(shè)計(jì)在扭矩軸。此時(shí)如果傳動(dòng)系統(tǒng)發(fā)生過(guò)載，扭矩軸從剪切槽處發(fā)生斷裂，更換維修時(shí)僅需要對(duì)扭矩軸進(jìn)行更換，新太陽(yáng)輪得到保護(hù)沒(méi)有被破壞可以繼續(xù)使用。而扭矩軸零件對(duì)比太陽(yáng)輪的成本來(lái)講，采購(gòu)成本是較小的，因此該優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)可以大幅度降低設(shè)備進(jìn)行更換維修的成本。

對(duì)MG750/1940-GWD 型采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)最初機(jī)械保護(hù)裝置進(jìn)行了拆裝位置的改進(jìn)設(shè)計(jì)和太陽(yáng)輪裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)后，破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置安裝情況如圖3 所示。

圖3 改進(jìn)后破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置安裝示意圖

3.2 應(yīng)用效果分析

MG750/1940-GWD 型采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)于2021 年10 月完成了對(duì)機(jī)械保護(hù)裝置的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)完成后的采煤機(jī)在南凹寺煤業(yè)30407 工作面進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用，設(shè)備整體運(yùn)行穩(wěn)定，有效地保障了工作面開(kāi)采的安全性和可靠性。

采煤機(jī)破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置優(yōu)化改進(jìn)后，機(jī)械保護(hù)裝置拆裝時(shí)間從之前的2.5 h 縮短為0.5 h，作業(yè)時(shí)間大幅度降低；更換成本從之前的1635.7 元/次降低為923.3 元/次，更換成本大幅度降低；從2021年10 月至今無(wú)1 起機(jī)械保護(hù)裝置拆裝工人的安全事故發(fā)生。

優(yōu)化改進(jìn)后機(jī)械保護(hù)裝置的應(yīng)用，不僅解決了保護(hù)裝置自身問(wèn)題，同時(shí)有效地提高了30407 工作面采煤機(jī)的工作時(shí)間及工作效率。此次破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置的優(yōu)化改進(jìn)項(xiàng)目是成功和合理的，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全、經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

以南凹寺煤業(yè)30407 工作面MG750/1940-GWD型采煤機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)其破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)，有效解決機(jī)械保護(hù)裝置的問(wèn)題。優(yōu)化改進(jìn)后，機(jī)械保護(hù)裝置拆裝時(shí)間從2.5 h 縮短為0.5 h，更換成本從1635.7 元/次降低為923.3 元/次，無(wú)1 起拆裝工人安全事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的改進(jìn)目標(biāo)。該破碎機(jī)構(gòu)機(jī)械保護(hù)裝置的優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)還可推廣應(yīng)用于其他大采高機(jī)型破碎機(jī)構(gòu)中，具有較好的市場(chǎng)推廣應(yīng)用前景。