煤礦井下采煤機自動拖纜裝置的應用研究

劉探明

（山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司，山西 柳林 033300）

引言

采煤機在井下進行綜采作業(yè)期間，需要通過電纜從變電站處獲取動力源，由于煤礦井下地質條件復雜，粗重的電纜在運動過程中極易出現(xiàn)損壞，因此通常在電纜上設置電纜夾，然后由拖纜系統(tǒng)拖動電纜運行，以減少采煤機在運動過程中電纜所受的傷害。但由于現(xiàn)有的拖纜控制系統(tǒng)控制邏輯差，電纜夾和采煤機配合位置也不存在聯(lián)動邏輯鎖，因此缺乏在不同方向和負荷上的配合，當采煤機換向或者調整時經常出現(xiàn)電纜夾的多重疊加現(xiàn)象，導致電纜折損嚴重，故障率高，給井下綜采作業(yè)帶來嚴重的影響[1]。

本文提出了一種新的煤礦井下采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)，其能夠自動調整采煤機運行時的牽引速度，保證電纜夾實現(xiàn)跟機自動調整，在整個過程中始終處于兩層疊加狀態(tài)，保證了在高強度運行情況下電纜的可靠性，根據(jù)實際應用表明，新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠將電纜故障率降低93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。

1 拖纜系統(tǒng)問題分析

采煤機在截割作業(yè)過程中，電纜需要隨著采煤機的運行而反復調整長度，在長期拖動的過程中會導致電纜出現(xiàn)嚴重的磨損，甚至在反復折彎的情況下出現(xiàn)斷裂。當采煤機在傾斜的綜采面工作時電纜以及夾板的受力極大，特別是采煤機在反復截割的過程中，由于拖纜控制系統(tǒng)無法根據(jù)自身受力情況及時控制采煤機的運行速度，因此導致電纜夾出現(xiàn)多層折疊，使其變形、脫出電纜槽，進而影響到采煤機在井下的正常運行，電纜夾夾板運行和拖纜過程如圖1 所示。

圖1 電纜夾板及拖纜示意圖

2 拖纜控制系統(tǒng)總體結構

根據(jù)現(xiàn)有拖纜控制系統(tǒng)的不足，結合采煤機在井下綜采作業(yè)時的實際需求，本文所提出的采煤機智能化拖纜控制系統(tǒng)將跟隨采煤機運行的部分設計為導向輪，然后在導向輪上設置電纜夾回轉輪，將電纜跨過導向輪鋪設到電流槽內，電纜夾在電纜槽內包括上、下兩個部分，上部分需要隨著采煤機一起運動，而下部分電纜夾則保持靜止狀態(tài)，能夠有效解決電纜夾在運行過程中的卡阻異常。新的拖纜控制系統(tǒng)整體結構如圖2 所示[2]。

圖2 智能拖纜控制系統(tǒng)

由圖2 可知，采煤機在運行時導向輪會帶動鏈條在采煤機驅動機頭和回轉機尾之間進行運轉，采煤機正向割煤時，導向輪帶動鏈條向著拖拽裝置機頭的位置進行運轉，拖到電纜夾在采煤機前側隨著采煤機截割作業(yè)運行，當采煤機反向割煤時，導向輪帶動鏈條向著拖拽裝置機尾的位置進行運轉，拖到電纜夾在采煤機后側隨著采煤機截割作業(yè)運行。

采煤機電纜夾在運行過程中會承受較大的力，導致其容易受到損壞，因此新的傳動系統(tǒng)中選擇了獨立的傳動部分，以鏈傳動為基礎，通過鏈輪和鏈條的嚙合來產生一個牽引傳動力，從而帶動采煤機的拖纜裝置實現(xiàn)執(zhí)行運動，該獨立傳動系統(tǒng)的優(yōu)點在于每個鏈環(huán)都是一個剛性體，能夠纏繞在鏈輪上，鏈條在電纜槽的下側，電纜槽內有一個鋼板，將電纜槽分為上部和下部，這樣鏈條可以處在一個密閉的通道內，避免受惡劣環(huán)境的影響，提高使用壽命。該獨立傳動裝置結構如圖3 所示[3]。

圖3 獨立傳動裝置結構示意圖

該系統(tǒng)中，圓環(huán)鏈傳動的主動鏈輪需要安裝在刮板輸送機端部的線纜槽中，而將傳動裝置從動鏈輪設置到輸送機尾部的線纜槽內，使傳動鏈條能夠從傳動裝置的主驅動鏈輪和從動鏈輪上繞過，進而形成一個完整的封閉鏈環(huán)，同時將鏈環(huán)和拖纜裝置的導向輪進行連接，當鏈條運行的時候就會拖動導向輪的運轉，進而實現(xiàn)對電纜的拖動。該固定方式能夠更好地保護在拖拽過程中電纜的安全性。鏈傳動安裝結構如圖4所示[4]。

圖4 傳動鏈安裝結構示意圖

3 智能控制系統(tǒng)

為了滿足煤礦井下采煤機運行時的自動跟機布線需求，提出了一種新的拖纜自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括電氣控制元件、顯示器、變頻器、編碼器等，電氣控制元件主要是對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行控制，變頻器主要用于對拖纜速度進行調控，編碼器主要用于對拖纜裝置的運行狀態(tài)進行判斷，該控制系統(tǒng)具有結構簡單、可靠性好、反饋速度快的優(yōu)點，極大地提升了對拖纜裝置控制的有效性，該拖纜控制系統(tǒng)結構如圖5所示。

由圖5 可知，在系統(tǒng)運行過程中采煤機的運行控制系統(tǒng)和拖纜控制系統(tǒng)進行實時信號交互[7]，將采煤機運行時的速度、牽引力等傳輸給采煤機的拖纜控制系統(tǒng)，拖纜控制系統(tǒng)根據(jù)采煤機運行狀態(tài)信號實現(xiàn)和采煤機運行速度的同步，并根據(jù)監(jiān)測傳感器所反饋回來的拖纜夾的負載狀態(tài)對拖纜速度進行微調，同時通過雙芯控制電纜將控制數(shù)據(jù)實時傳遞給采煤機的運行控制系統(tǒng)，確保兩個系統(tǒng)控制的協(xié)調性，同時當拖纜裝置在運行過程中的負載大于極限負載后，系統(tǒng)將發(fā)出預警指令并傳遞給采煤機，由采煤機運行控制系統(tǒng)控制采煤機的運行速度。

圖5 拖纜控制系統(tǒng)結構示意圖

通過對采煤機拖纜控制系統(tǒng)進行優(yōu)化后，對采煤機拖纜裝置運行情況進行分析，結果表明，新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠將電纜故障由最初的7.2次/月降低到了目前的0.46 次/ 月，故障率降低了93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。

4 結論

針對采煤機拖纜裝置在運行過程中存在多層疊加、易脫出電纜槽、卡斷嚴重的現(xiàn)象，提出了一種新的煤礦井下采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)采煤機的運行情況自動調整拖纜裝置的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對拖纜裝置的自動調整，根據(jù)實際應用表明：

1）采煤機智能化拖纜控制系統(tǒng)將跟隨采煤機運行的部分設計為導向輪，能夠有效解決電纜夾在運行過程中的卡阻異常；

2）獨立傳動系統(tǒng)的優(yōu)點在于每個鏈環(huán)都是一個剛性體，電纜槽內有一個鋼板，將電纜槽分為上部和下部，這樣鏈條可以處在一個密閉的通道內，避免受惡劣環(huán)境的影響，提高使用壽命；

3）鏈條通過導向輪帶動電纜運行的方式，能夠更好地保護在拖拽過程中電纜的安全性，提高電纜的使用壽命；

4）新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠將電纜故障由最初的7.2 次/月降低到目前的0.46 次/月，故障率降低了93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。