薄煤層采煤機(jī)擋料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析與改進(jìn)設(shè)計(jì)

劉來旺

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)華陽煤業(yè)有限公司，山西晉城 048000）

0 引言

目前，隨著較薄煤層開采條件的不斷變化，對(duì)采煤機(jī)的性能也提出了越來越高的要求；隨著薄煤層采煤機(jī)開采高度的不斷增加（可同時(shí)滿足采高較小或較大的煤層），采煤機(jī)的使用功率與體積也持續(xù)增加，適用范圍不斷擴(kuò)大，可更好地應(yīng)用于地質(zhì)條件更加復(fù)雜的開采作業(yè)，實(shí)現(xiàn)高效高產(chǎn)、低投入。然而，隨之而來也有較多問題，較為突出的就是較薄煤層開采過程中采煤機(jī)的裝載問題，一些條件較差的開采面對(duì)開采速度造成了嚴(yán)重影響，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮。業(yè)界在設(shè)計(jì)、開采技術(shù)等多個(gè)方面進(jìn)行了改良，但是僅僅針對(duì)設(shè)備的局部性能進(jìn)行了改良，無法提升裝載效果。本文針對(duì)采煤機(jī)擋煤板的結(jié)構(gòu)問題，提出有效的方案來改良裝載問題［1］。

1 目前所使用輔助擋煤板機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)

在目前所使用的技術(shù)中，利用擋煤機(jī)來輔助裝載可以極大改善裝載效果?，F(xiàn)階段所使用的擋煤機(jī)構(gòu)主要有弧形和鏈板式兩種，兩者各有特色。這兩類擋煤機(jī)構(gòu)的安裝及所處部位如圖1所示。

1.1 弧形擋煤板機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

弧形擋煤板機(jī)構(gòu)如圖1（a）所示。弧形擋煤板機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于具有較好的裝載效果、長(zhǎng)度恰當(dāng)、擋煤面積較大等。缺點(diǎn)是不具備較高的可靠性、擠煤情況較嚴(yán)重、操作較為復(fù)雜、使用要求較高、滾筒會(huì)產(chǎn)生過大的懸出距離等。由于該機(jī)構(gòu)使用了厚度較大的過渡架，因此必須對(duì)安全間隙進(jìn)行充分考慮，滾筒被推送到煤壁，從而與刮板輸送機(jī)保持更遠(yuǎn)的距離，本身開展的裝載作業(yè)也無法取得較好的效果，搖臂殼體下端出現(xiàn)嚴(yán)重的擠煤狀況，對(duì)牽引造成影響。同時(shí)還需要安裝長(zhǎng)度較長(zhǎng)的支架頂梁，對(duì)破碎頂板進(jìn)行有效地支護(hù)，對(duì)支架的設(shè)計(jì)產(chǎn)生了較大的影響，尤其是薄及較薄煤層，其頂梁不具備較好的剛性［2］。

圖1 兩種擋煤機(jī)構(gòu)的安裝及工作位置

整體而言，弧形擋煤板機(jī)構(gòu)無法應(yīng)用于薄或極薄的煤層開采工作，因其自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，對(duì)裝載空間造成了極大影響。

1.2 鏈板式擋煤板機(jī)構(gòu)特點(diǎn)

鏈板式擋煤板機(jī)構(gòu)如圖1（b）所示。鏈板式擋煤板機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于構(gòu)造十分簡(jiǎn)單、在開展雙向斜切開采工作時(shí)具有較強(qiáng)的靈活性、具備較高的穩(wěn)定性。缺點(diǎn)是無法適用于較薄煤層、較高開采高度的煤層（由于其結(jié)構(gòu)為鏈條式，其處于收回狀態(tài)時(shí)鏈條維持懸掛狀態(tài)，為了使其與滾筒相互作用，在設(shè)計(jì)時(shí)可以將擋煤機(jī)構(gòu)逐漸移動(dòng)到滾筒的反方向，保留較大的安全空間，處于該背景下，在對(duì)較大采高煤層進(jìn)行開采時(shí)，連接板將會(huì)與滾筒下方的煤臺(tái)相互影響）；不具備較大的裝載量（為了使連接板不與滾筒下方的煤臺(tái)相互影響，該擋煤機(jī)構(gòu)所使用的連接板較小，通過不超過滾筒截深的連接板長(zhǎng)度相結(jié)合來進(jìn)行計(jì)算，不具有較大的擋煤面積）；一定的維護(hù)要求（在切換開采方向時(shí)，擋煤板的張合狀態(tài)也應(yīng)隨之改變，由于浮煤夾矸產(chǎn)生的影響，兩者之間進(jìn)行的轉(zhuǎn)換會(huì)受到影響，應(yīng)當(dāng)及時(shí)加以處理，如果無法張開，則不具備較好的擋煤效果，如果無法徹底收回，則會(huì)與下煤臺(tái)形成干涉，工作人員必須加以重視）；滾筒出現(xiàn)較大的懸出距離，如圖1（b）所示；由于所安裝的鏈條及連接座存在較大的厚度，滾筒也會(huì)逐漸移動(dòng)到煤壁處，從而越來越遠(yuǎn)離刮板輸送機(jī)，無法取得較好的裝載效果，搖臂下方會(huì)聚集大量的煤炭，對(duì)牽引產(chǎn)生一定的影響；同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)以上所闡述的支架頂梁?jiǎn)栴}［3］。

1.3 裝載特點(diǎn)及問題解決思路

圖2所示為較薄煤層的采煤機(jī)裝載過程。通過對(duì)裝載作業(yè)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，只有解決了前滾筒浮煤所造成的影響，才可以有效避免開采作業(yè)受到浮煤的影響。通過對(duì)弧形及鏈板式兩種擋煤機(jī)構(gòu)的構(gòu)造進(jìn)行分析，取長(zhǎng)補(bǔ)短，對(duì)設(shè)計(jì)新型擋煤機(jī)提出有效的指導(dǎo)［4］。

圖2 較薄煤層采煤機(jī)裝載示意圖

2 新型較薄煤層采煤機(jī)滑槽式擋料機(jī)構(gòu)

這種新型的滑槽式擋料機(jī)構(gòu)安裝部位處于滾筒端面與搖臂殼體之間，一些超過了搖臂的殼體端面，正視圖如圖3 所示，俯視圖如圖4所示。

圖3 含滑槽式擋料機(jī)構(gòu)的搖臂（正視圖）

圖4 含滑槽式擋料機(jī)構(gòu)的搖臂（俯視圖）

2.1 具體結(jié)構(gòu)

圖5所示為滑槽式擋料機(jī)構(gòu)，其構(gòu)成主要有復(fù)合擋料板、支撐桿、回轉(zhuǎn)銷、緊固件等。復(fù)合擋料板可以圍繞回轉(zhuǎn)銷在搖臂殼體端面的直角區(qū)域內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)［5］，其所設(shè)置橫板的一端配置了前孔與槽口，通過將前支撐銷與支撐桿的前端進(jìn)行有效連接，其前端配置一定的孔。支撐桿的后方也設(shè)置了一定的孔，再運(yùn)用后支撐銷來進(jìn)行連接，其滑動(dòng)區(qū)域僅僅出于滑槽內(nèi)部，同時(shí)在該滑槽板中，其滑槽在豎向的對(duì)稱面與搖臂殼體的端面互為平行關(guān)系?；鄣那昂蠖朔謩e設(shè)置了后支撐銷的滑動(dòng)極限點(diǎn)，當(dāng)后支撐銷所處部位位于前半圓槽孔時(shí)，該擋料機(jī)構(gòu)將會(huì)收回；當(dāng)后支撐銷所處部位位于后半圓槽孔時(shí)，該擋料機(jī)構(gòu)將會(huì)展開?；郯逋ㄟ^運(yùn)用銷軸、螺栓等部件來進(jìn)行連接，為了有效避免滑槽受到浮煤影響，在其下部的殼體應(yīng)當(dāng)設(shè)置相應(yīng)的斜槽［6］。圖中，復(fù)合擋料板與搖臂成為直角，并利用支撐桿來發(fā)揮支撐作用，以有效緩解及承受浮煤所形成的阻力。

圖5 滑槽式擋料機(jī)構(gòu)展開狀態(tài)

圖6所示為收回部位。在該擋料機(jī)構(gòu)進(jìn)行收回時(shí)，將其看作后滾筒，并加以運(yùn)用。在該背景下，復(fù)合擋板的橫豎板、支撐桿都處于搖臂的上端及其內(nèi)側(cè)，只有主擋板處于滾筒與搖臂兩個(gè)端面的中間位置，同時(shí)在其左、右方仍然要與滾筒的末端截齒保持足夠的安全距離［7］。

圖6 收回位置剖視圖

2.2 主要特點(diǎn)

2.2.1 已有的配套關(guān)系保持不變

根據(jù)滑槽式擋料機(jī)構(gòu)的收回過程可知，將主擋板設(shè)置在搖臂殼體的外側(cè)，因?yàn)楦∶核a(chǎn)生的影響，該主擋板將會(huì)與搖臂殼體的端面相貼合。由于主擋板所遇到的阻力大多源自于浮煤，其本身并不有較大的厚度，大多位于搖臂殼體與滾筒之間的間隙k1中，并且與煤壁之間存在過大的理論間隙k4；同時(shí)，該擋料機(jī)構(gòu)與滾筒端面、支架頂梁之間分別保持k2和k5的間隙，確保開采作業(yè)可以彎曲進(jìn)行；主擋板的外側(cè)與滾筒之間存在的距離為k3，在滾筒進(jìn)行裝載作業(yè)時(shí)不會(huì)對(duì)搖臂甩出的煤流產(chǎn)生影響。該擋料機(jī)構(gòu)的展開狀態(tài)如圖5 所示，支撐桿、復(fù)合擋料板等部件所處部位為前滾筒結(jié)束截割作業(yè)之后的通道中，同時(shí)也位于下煤臺(tái)與頂板的上下方，并留有足夠的間隙，可以對(duì)浮煤進(jìn)行有效阻擋。因此，對(duì)于已有的配套關(guān)系，滑槽式擋料機(jī)構(gòu)并不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。

2.2.2 適用于采高更大的煤層

圖7所示為較薄煤層采高開采的上限，復(fù)合擋料板所處部位為主擋板下方的A處，在搖擺最大采高上擺時(shí)，不僅可以對(duì)前滾筒的浮煤進(jìn)行有效阻擋，而且可以避免與前滾筒下方的煤臺(tái)相互影響。同時(shí)，復(fù)合擋料板中安裝的主擋板與滾筒相接近一側(cè)具有的弧形與滾筒形成對(duì)應(yīng)，使復(fù)合擋料板可以接近于滾筒，從而可以開采更大采高的煤層。就算滾筒具備較小的直徑，也可以使復(fù)合擋料板與下煤臺(tái)之間具備足夠的間隙。與鏈板式相比，這種擋料機(jī)構(gòu)所采用的復(fù)合擋料板要比平板連接板更加接近于滾筒，具有更好的適應(yīng)性。

圖7 較薄煤層采高上限開采狀態(tài)

2.2.3 輔助檔板提升各個(gè)煤層厚度裝載效果

圖8所示為輔助檔板展開狀態(tài)的示意圖?；凼綋趿蠙C(jī)構(gòu)安裝的復(fù)合擋板下方及上方所設(shè)置的主擋板與豎板均設(shè)置了連接孔，可以安裝上下輔助擋板。其中，上輔助擋板所發(fā)揮的作用在于對(duì)更大的采高進(jìn)行開采時(shí)，可以有效擋住前滾筒甩到后部的浮煤，促使裝載作業(yè)取得較好效果。由于主擋板下部是基于搖臂在開采最大采高時(shí)所設(shè)計(jì)的，針對(duì)的是采高較低時(shí)出現(xiàn)浮煤經(jīng)過主擋板下方而進(jìn)到前滾筒的后部，因此根據(jù)采高的實(shí)際情況可以加設(shè)高度不同的下輔助擋板，以提升裝載的效果［8］。

圖8 展開狀態(tài)剖視圖

3 試驗(yàn)優(yōu)化及改進(jìn)

3.1 泥巖煤層開采狀況

滑槽式擋料機(jī)構(gòu)在泥巖煤層的開采過程中首次應(yīng)用，作業(yè)面厚度為1.6 ～2.6 m；滾筒直徑為1 500 mm；單側(cè)截割功率為400 kW。為了使裝載作業(yè)取得較好效果，該擋料機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)置上輔助擋板。在煤層中，泥巖層所占比例為30%～60%，同時(shí)還存在遇水泥化的特征，在收回時(shí)，泥料極易堆積在回轉(zhuǎn)銷的鉸接處，若長(zhǎng)期不清理就會(huì)形成一塊堅(jiān)固的塊料，導(dǎo)致復(fù)合擋板無法徹底收回。

3.2 改進(jìn)措施

（1）優(yōu)化改良復(fù)合擋料板。對(duì)于復(fù)合擋料板，應(yīng)當(dāng)在主擋板與回轉(zhuǎn)銷相接近的部位來設(shè)置排料孔，促使擋料機(jī)構(gòu)在收回時(shí)可以徹底排出聚集的礦料，具體如圖9所示。

（2）增強(qiáng)管理與完善操作。根據(jù)運(yùn)行的實(shí)際狀況，采用間隔時(shí)間點(diǎn)的方法來處理黏結(jié)料；在轉(zhuǎn)換方向時(shí)，滑槽式擋料板必須完全展開與收回，之后再慢慢啟動(dòng)采煤機(jī)，促使夾料完全落下，避免因存在大量的夾料而無法完全收回。

（3）嚴(yán)格處理異常的礦料。對(duì)于滾筒與擋料機(jī)構(gòu)之間存在的較大礦料，應(yīng)當(dāng)及時(shí)清理，特別是換向時(shí)應(yīng)重視復(fù)合擋料板的開合過程，嚴(yán)禁強(qiáng)制操作。

圖9 主擋板漏料排孔示意圖

3.3 綜合效果

滑槽式擋料板在經(jīng)過改良后，與上輔助擋板相結(jié)合使用，取得了較好的裝載效果，如圖10所示。針對(duì)厚度為2.6 m的作業(yè)面，其滾筒的直徑應(yīng)當(dāng)設(shè)為1 500 mm，前滾筒與前滑槽式擋料板的后方僅僅保留了約200 mm 的浮煤；后滾筒與底板之間有400 ～600 mm的浮煤，其余浮煤并不會(huì)對(duì)刮板輸送機(jī)推溜槽的使用造成影響?；凼綋趿蠙C(jī)在經(jīng)過一系列的改良之后，技術(shù)人員經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)際操作，積累了大量經(jīng)驗(yàn)，提高了操作能力及現(xiàn)場(chǎng)管理水平，工作穩(wěn)定高效。

圖10 滑槽式擋料板裝煤情況圖

4 結(jié)束語

通過對(duì)較薄煤層采煤機(jī)所使用擋煤機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及裝載問題進(jìn)行分析，提出了一種有效的解決思路，設(shè)計(jì)出一種全新的擋煤機(jī)構(gòu)。本文針對(duì)目前所使用的滑槽式擋料機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、技術(shù)等進(jìn)行詳細(xì)介紹，以有效處理裝載問題；具體闡述了改良方案與注意事項(xiàng)等，以推動(dòng)滑槽式擋料機(jī)構(gòu)在該采煤機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。