薄煤層采煤工作面中刮板輸送機的主要問題及應(yīng)對策略

熊 雷，蘇 暢，鄭小魁

（安徽理工大學機械工程學院， 安徽淮南 232001）

0 引言

在煤礦采煤過程中，刮板輸送機作為運輸?shù)牟豢商娲栽O(shè)備，對煤礦開采、運輸?shù)墓ぷ餍视兄卮蟮挠绊懽饔?，其是一種以撓性體為牽引機構(gòu)的連續(xù)輸送機械，既可用于水平運輸，也可用于傾斜運輸，是目前長壁式采煤工作面唯一的運輸設(shè)備[1]。我國將煤層厚度分布在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，具有著高度的復雜性，在薄煤層開采應(yīng)用過程中，對于普通中厚煤層開采技術(shù)來說，其適應(yīng)性嚴重缺失[2]。現(xiàn)在我國刮板輸送機的總體設(shè)計、制造水平已接近國外同期制造工藝，因此技術(shù)的進步能在確保刮板輸送機持久、穩(wěn)定運行的同時，解決刮板輸送機在薄煤層工作面的各種問題也成為當務(wù)之急，以確保煤礦開采的效率和經(jīng)濟效益。

1 我國薄煤層刮板輸送機的發(fā)展歷程

我國對薄煤層的刮板輸送機進行了很長時間的探索，發(fā)展歷史如下。

從20世紀50年代初，我國就開始了薄煤層刮板輸送機的研究制造，研發(fā)的輸送機以軋焊刮板輸送機為主，且總裝功率在30 kW 以下，但當時薄煤層礦區(qū)的開采能力有限，已滿足生產(chǎn)需求，代表型號為SGB420/20型。

至20 世紀70年代，由于原有軋焊刮板輸送機總裝功率小、承載能力差，已滿足不了當時薄煤層開采量的需求，需要研發(fā)以大功率、大承載力為主的刮板輸送機。20 世紀70年代中期研制的新型刮板輸送機裝機功率增至2×40 kW及2×75 kW，槽體寬度增加[3]，煤炭輸送量也顯著提高，代表型號有SGB620/40(80)和SGB630/150型。改進后的軋焊刮板輸送機功率、承載力也基本滿足當時薄煤層工作面開采運輸?shù)男枨螅珜τ诠ぷ髅娴娜珯C械化卻沒有廣泛推進。

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

2 薄煤層采煤工作面中刮板輸送機存在的主要問題

刮板輸送機是高效綜采工作面必不可少的連續(xù)運輸機械設(shè)備，與采煤機緊密連接，承擔煤料運送工作。刮板輸送機運行過程中，主要承載運輸結(jié)構(gòu)有中部槽，由啞鈴銷連接，且中部槽在推溜過程時會產(chǎn)生縱向位移，相鄰中部槽在多方向上有局部偏轉(zhuǎn)。在刮板輸送機橫移過程中，開始由一節(jié)中部槽構(gòu)成小“S” 彎，隨后發(fā)展擴大到由推移步距和輸送機自身結(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，采煤機割下的煤料落到中部槽上，經(jīng)鏈條的帶動從中部槽12 至1 的方向運輸出去。

圖1 推溜時刮板輸送機的彎曲示意圖

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

2.1 高產(chǎn)方面

目前，國內(nèi)外薄煤層采煤工作面使用的刮板輸送機多為中厚煤層用刮板輸送機的改良產(chǎn)品，機頭、機尾的高度易造成采煤機在此處采煤臥底量不夠，產(chǎn)生“三角煤” 等問題，需人工處理，生產(chǎn)效率較低[7]。相較于中厚煤層中高采高、超長工作面等高效綜采工作面使用的刮板輸送機，大多數(shù)薄煤層惡劣的開采環(huán)境對刮板機高產(chǎn)量的運輸問題需求多方面的改進，此前的薄煤層開采高產(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。為保障刮板輸送機在薄煤層工作面的高產(chǎn)，要求刮板機和采煤機成套系統(tǒng)高度集成，安全可靠，以達到高度自動化、常態(tài)化運行，提高生產(chǎn)效率目標。

2.2 超長工作面

薄煤層具有斷層構(gòu)造較多的特點，但也存在部分賦存條件好、工作面回采范圍內(nèi)幾乎沒有斷層等復雜地質(zhì)構(gòu)造的優(yōu)質(zhì)薄煤層，可以實現(xiàn)超長工作面開采。隨著采煤工作面的加長，采煤機循環(huán)割煤的出煤量也會有一定程度的增加，此時若刮板輸送機達不到運輸要求，容易導致刮板輸送機鏈條松弛、斷鏈停車，甚至導致刮板輸送機壓車過載、無法啟動的問題。相對于普通長度薄煤層工作面，超長工作面可能會造成采礦場新的破壞和運動，對開采機械設(shè)備造成更大的負載和壓力。在實際工作中，刮板輸送機的鏈條張緊力會隨著載荷大小及運行時間不斷變化，使鏈條整段或局部松緊程度超出設(shè)計值[8]，因此薄煤層工作面的加長，對刮板輸送機的運輸能力是一項重要考驗，影響超長工作面在薄煤層上的應(yīng)用。

2.3 低采高工作面

從20世紀以來，我國薄煤層的開采工作進行的并不是太順利，薄煤層因為沒有很高的生產(chǎn)能力及多種其他因素的干擾，開采工作難以順利進行，有時會把這部分資源丟棄，這是對資源的浪費[9]。薄煤層0.8～1.3 m 的煤層厚度采用低采高的工作面，刮板輸送機也常因此出現(xiàn)過煤空間小、生產(chǎn)效率低和運煤能力差的問題?？紤]到煤層厚度的變化、頂板下沉和浮煤等問題，其工作面高度會發(fā)生變化，且煤層開采時需要切割頂板、底板，因此煤層厚度不宜小于采煤機最小采高的110%～120%。薄煤層在開采過程中受其所在環(huán)境與空間的制約，相關(guān)設(shè)備安裝操作難度大，工作人員活動范圍狹小[10]，因此盡可能減小刮板機和采煤機配套工作后的采高，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存在問題的應(yīng)對策略

3.1 高產(chǎn)方面

對于薄煤層采煤工作面中刮板輸送機的高產(chǎn)問題有以下幾點應(yīng)對措施：實現(xiàn)三機一架及自動化系統(tǒng)高度集成，要求系統(tǒng)各種接口和通訊無縫鏈接，建立高度自動化運轉(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；對于刮板機內(nèi)部設(shè)計優(yōu)化，改換大功率減速器，專為刮板機應(yīng)用設(shè)計制造，提高性能穩(wěn)定性；采用的鏈輪抽組壽命為國產(chǎn)同類產(chǎn)品兩倍以上，減少配件更換頻率；使用加強型椎頭加工型中部槽，提高蛇形彎曲過程中的槽間對齊能力，板和壓板采用粗牙型安全鎖緊螺母固定，使用過程中免維護，減少故障；刮板機采用變頻調(diào)速技術(shù)使鏈速動態(tài)可調(diào)，以實現(xiàn)恒定煤流運輸，優(yōu)化生產(chǎn)能力；智能化服務(wù)實時監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，提供故障預測和生產(chǎn)力分析。

隨著第五代移動通信技術(shù)（5G）的發(fā)展，其高傳輸速度、低時延、低功耗、大規(guī)模數(shù)據(jù)連接等優(yōu)勢，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)備之間的實時互聯(lián)互通等提供了可能[11]。通過5G技術(shù)生態(tài)，可以實現(xiàn)地面對工作面地質(zhì)多維數(shù)據(jù)、工作面環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、高清視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)進行及時處理反饋，可實現(xiàn)刮板機在工作面的自動找直，通過獲取采煤機、刮板輸送機、液壓支架等信息，構(gòu)建面向5G的井下一體化定位系統(tǒng)，降低刮板輸送機運行誤差范圍，實現(xiàn)刮板輸送機運行高效穩(wěn)定。

3.2 超長工作面

薄煤層對超長工作面應(yīng)用的關(guān)鍵是刮板輸送機的運輸效率，對刮板輸送機改良可以參考以下策略：世界現(xiàn)有超過400 m超長高產(chǎn)工作面的薄煤層刮板輸送機均采用高強度、高壽命的材料部件，既能延長刮板機使用壽命，較普通刮板輸送機使用年限更久，又無需頻繁更換零件以降低故障率；對刮板輸送機的電機功率和鏈條拉力進行計算，提供最佳設(shè)備配置，加入刮板輸送機卓越的鏈條管理和鏈條自動張緊技術(shù)，解決薄煤層超長工作面刮板輸送機容易鏈條松弛和振蕩問題；刮板機系統(tǒng)集成的傳動部件包括智能限矩器和高強度寬帶鏈技術(shù)進行更新迭代，能提供最大壓車啟動能力；刮板輸送機和采煤機聯(lián)動，鏈速動態(tài)控制，反饋采煤機減速，避免超長工作面的煤流過大導致壓車故障。

針對超長工作面長度大、刮板運輸機負荷較大的特點，減少刮板機的彎曲段的彎度，避免出現(xiàn)急彎，同時可以控制推溜距離，適當加大刮板機的彎曲段長度，減少刮板機的機械運轉(zhuǎn)阻力。薄煤層工作面長度的增加，提高工作面的有效開機率，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。由于開采高度低，在選用采煤機和刮板輸送機配套使用時，還要留有足夠的操作空間給相關(guān)操作人員。采煤機矮機身結(jié)構(gòu)和刮板機低斷面溜槽配套，刮板輸送機采用寬帶鏈低斷面結(jié)構(gòu)，降低中部槽的高度，提高過煤空間。在刮板輸送機上做出優(yōu)化，刮板機中部槽低高度裝煤鏟板，彌補低采高采煤機滾筒小的不足，提高裝煤能力；刮板機機尾采用低高度結(jié)構(gòu)，提高采煤機對機尾底板和煤壁割透能力；刮板機機頭采用球形啞鈴銷與過渡槽連接，適應(yīng)機頭區(qū)域坡底起伏；對刮板機和轉(zhuǎn)載機卸載口采用煤流仿真設(shè)計，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煤能力差的問題。

4 結(jié)束語

本文通過對薄煤層采煤工作面中出現(xiàn)高產(chǎn)、超長工作面、低采高等方面的問題，提出應(yīng)對策略。刮板輸送機通過優(yōu)化刮板機內(nèi)部設(shè)計、形成高度集成的自動化、開發(fā)實時監(jiān)控反饋技術(shù)、提高采煤機和刮板輸送機的配套使用等應(yīng)對策略來解決。

針對薄煤層刮板輸送機工作面開采技術(shù)問題的相關(guān)研究，進一步豐富了薄煤層綜采機械裝備工藝，應(yīng)對策略的提出，為我國薄煤層高產(chǎn)高效開采技術(shù)提供可參考意見。