運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

席恒飛

（中煤華晉能源集團(tuán)有限責(zé)任公司王家?guī)X煤礦，山西 河津 043300）

1 工程概況

王家?guī)X礦實(shí)施“一井二面”生產(chǎn)格局，在回采過程中工作面與兩順會(huì)出現(xiàn)一定的高低落差，通過調(diào)整工作面角度采用采煤機(jī)截割作業(yè)進(jìn)行清除。但是從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)來看，運(yùn)輸機(jī)尾處會(huì)有一段距離采煤機(jī)滾筒達(dá)不到，無法截割清理。這段巷道如果不能夠及時(shí)清理將直接影響綜采工作面的回采速度。原有的方法是利用人工進(jìn)行清理，作業(yè)強(qiáng)度大，清理效率低，且安全系數(shù)小。針對(duì)這一情況，王家?guī)X礦技術(shù)科設(shè)計(jì)了一種運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置[1-6]，依靠機(jī)械設(shè)備上的各種千斤頂動(dòng)作帶動(dòng)鏟斗將煤炭輕松快速地清理干凈并轉(zhuǎn)到其他位置。

2 運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置的設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)分析

設(shè)計(jì)的綜采工作面運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置結(jié)構(gòu)如圖1，主要包括鏟斗、連桿、鏟斗千斤頂、翻轉(zhuǎn)千斤頂、翻轉(zhuǎn)臂、主臂、支撐千斤頂、回轉(zhuǎn)千斤頂、底座、回轉(zhuǎn)臺(tái)、副臂等部件。綜采工作面運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置采用乳化液泵站供液，將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。

圖1 綜采工作面運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置

2.2 工作原理

綜采工作面運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置安裝在超前支護(hù)巷道的替棚支架底座上，利用替棚支架的移動(dòng)帶動(dòng)裝置整體移動(dòng)，通過操作操縱閥使安設(shè)在各處的液壓千斤頂動(dòng)作，完成煤炭清理工作。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)分析

工作面生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)切割到運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾時(shí)，采煤機(jī)滾筒截割不到巷道硬幫側(cè)，留有1 m 左右寬的底煤。隨著運(yùn)輸機(jī)的推移，留下的底煤如果不能及時(shí)清走，將影響工作面回采推進(jìn)速度。為了不影響回采速度，工作人員操作運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置回轉(zhuǎn)千斤頂使挖掘臂旋轉(zhuǎn)，降主升降臂，伸翻轉(zhuǎn)臂千斤頂、鏟斗千斤頂推動(dòng)鏟斗挖掘底板煤炭，挖滿一斗煤炭，升主臂再旋轉(zhuǎn)到預(yù)定位置把挖掘的煤炭卸掉，完成一個(gè)循環(huán)。隨著工作面的推進(jìn)周而復(fù)始地進(jìn)行煤炭清理。需要移動(dòng)時(shí)，拉移替棚支架即可完成前移。運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置工作流程如圖2。

圖2 運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置工作流程圖

2.4 操作步驟

（1）固定清煤裝置底座。首先將強(qiáng)力清煤裝置底座固定在替棚支架底座上，通過替棚支架移動(dòng)將強(qiáng)力清煤裝置移動(dòng)到合適位置。

（2）鏟煤。動(dòng)作支撐千斤頂帶動(dòng)主臂動(dòng)作調(diào)整到合適位置，動(dòng)作翻轉(zhuǎn)千斤頂將翻轉(zhuǎn)臂向下，鏟斗到達(dá)煤炭處，動(dòng)作鏟斗千斤頂通過連桿動(dòng)作將鏟斗向下翻轉(zhuǎn)挖掘煤炭，挖完后，動(dòng)作翻轉(zhuǎn)千斤頂將鏟斗抬起后動(dòng)作支撐千斤頂進(jìn)一步將鏟斗抬起到一定高度。

（3）卸煤。動(dòng)作回轉(zhuǎn)千斤頂帶動(dòng)回轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)將鏟斗旋轉(zhuǎn)到采煤機(jī)滾筒能夠到達(dá)的位置，動(dòng)作翻轉(zhuǎn)千斤頂將鏟斗抬起，將鏟斗內(nèi)煤炭翻倒在此處，完成一次清理作業(yè)，然后動(dòng)作回轉(zhuǎn)千斤頂使鏟斗重新回到煤炭清理處，重復(fù)以上作業(yè)進(jìn)行煤炭清理作業(yè)。

2.5 先進(jìn)性及創(chuàng)新性分析

（1）利用替棚支架底座為載體安設(shè)運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置，可以實(shí)現(xiàn)使用的互換性。

（2）利用乳化液泵站提供的液體為動(dòng)力源，將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能工作。

（3）采用液壓原理，具有運(yùn)行平穩(wěn)、操作簡(jiǎn)單、挖煤能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

（4）各工作臂采用箱體焊接結(jié)構(gòu)，結(jié)實(shí)耐用，強(qiáng)度高。

3 重要構(gòu)件受力測(cè)算及強(qiáng)度校核

運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置采用乳化液泵站作為動(dòng)力源，乳化額定壓力31.5 MPa，乳化液泵站調(diào)定壓力30 MPa。經(jīng)計(jì)算，運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置每鏟斗裝滿煤炭總質(zhì)量G總為0.285 t。

3.1 支撐千斤頂推力、回縮力的測(cè)算

經(jīng)計(jì)算，運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置支撐千斤頂推力F推為23.55 t，支撐千斤頂回縮力F縮為12 t，F(xiàn)推和F縮都遠(yuǎn)大于鏟斗裝滿煤炭后G總總質(zhì)量0.285 t，支撐千斤頂?shù)倪x擇滿足清煤作業(yè)要求。

3.2 鏟斗滿載期間的耳座焊縫強(qiáng)度校核

運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置各構(gòu)件均采用厚度為16 mmQ235 鋼板進(jìn)行焊接，其中各個(gè)千斤頂支撐連接耳座焊縫強(qiáng)度最弱，對(duì)耳座焊縫強(qiáng)度進(jìn)行校核，如強(qiáng)度滿足要求，則可以說明該裝置所有構(gòu)件強(qiáng)度都符合要求。

圖3 中，P為耳座焊縫受拉力，N；L為焊縫總長(zhǎng)度，m；hf為貼腳焊縫厚度，m；n-n為破壞面。

圖3 耳座焊縫受力分析示意圖

側(cè)焊縫的剪切應(yīng)力τ可采用下列公式計(jì)算：

其中：P取2793 N；hf為貼腳焊縫厚度，取0.016 m；L為焊縫總長(zhǎng)度，取0.120 m。計(jì)算得到τ為2.06 MPa。

焊縫承受拉應(yīng)力計(jì)算公式為：

計(jì)算得到σ為1.45 MPa。

綜上所述，側(cè)焊縫的剪切應(yīng)力τ和焊縫承受拉應(yīng)力σ都遠(yuǎn)小于Q235 鋼板許用剪切強(qiáng)度160 MPa、許用抗拉強(qiáng)度235 MPa。運(yùn)輸機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置各構(gòu)件焊縫滿足安全要求，安全系數(shù)大。

4 實(shí)踐應(yīng)用效果及效益分析

4.1 應(yīng)用效果分析

綜采工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置完成設(shè)計(jì)后，在中煤華晉能源集團(tuán)王家?guī)X礦12303、12315兩個(gè)工作面進(jìn)行了使用。從2021 年12 月至今，運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置整體運(yùn)行穩(wěn)定，操作平穩(wěn)、簡(jiǎn)單、可靠，1 人即可完成原來2 人的工作量，30 min 時(shí)間即可完成以往2 人1 個(gè)班的工作量，大大減輕了機(jī)尾人員清貨的作業(yè)強(qiáng)度。運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置具有提高工作效率、操作簡(jiǎn)單方便、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。

4.2 效益分析

綜采工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置總費(fèi)用為21 000.86 元，其中：使用千斤頂8 件，每件1137 元，共9096元；ZHC操縱閥2組2 000.86元；雙向鎖8件，每件133 元，共1064 元；KJ10×1 m 膠管16 根，K10×3 m膠管4根，K10×2 m膠管8根，共2080元；人工2 人，加工14 d，每個(gè)工時(shí)150 元，共4200 元；16 mm 鐵板800 kg，每千克3.2 元，共計(jì)2560 元。合計(jì)使用了21 000.86 元。

綜采工作面運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾強(qiáng)力清煤裝置安裝后與未安裝前相比，每班可減少2 名工人清貨，每名工人工資按照每日150 元，每班可節(jié)約300 元，圓班可節(jié)約900 元，兩個(gè)工作面10 個(gè)月可回采完，每個(gè)工作面每月按照25 d 時(shí)間生產(chǎn)，每個(gè)工作面月可節(jié)約2.25 萬元，兩個(gè)工作面生產(chǎn)完年可節(jié)約45 萬余元。