大采高采煤機破碎機構(gòu)機械保護裝置的優(yōu)化改進設(shè)計

張沁鋒

（山西沁和能源集團南凹寺煤業(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，可采儲量2928 萬t，設(shè)計生產(chǎn)能力為60 萬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 號煤層位于山西組底部，主要開采3 號、9 號、15 號煤層，混合開拓方式。南凹寺煤業(yè)30407 工作面位于三盤區(qū)中部400 采區(qū)，上下巷走向長度1715 m，切眼沿傾向布置，長度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 號煤基本頂為24 m 的細砂巖，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、SGZ-1000/2×855 刮板運輸機、SZZ-1200/525 轉(zhuǎn)載機、SSJ80/40/2×40 帶式輸送機，采用全部跨落法處理采空區(qū)[1-3]。在30407 工作面的開采實踐過程中，發(fā)現(xiàn)MG750/1940-GWD 型大采高采煤機破碎機構(gòu)機械保護裝置以往維修更換作業(yè)過程較為復(fù)雜，需要投入大量人力和物力，同時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，因此有必要對該大采高采煤機破碎機構(gòu)機械保護裝置進行優(yōu)化改進調(diào)整。

2 機械保護裝置的工作原理及安全隱患分析

2.1 保護裝置的工作原理

30407 工作面使用的MG750/1940-GWD 型大采高交流電牽引采煤機是由西安煤礦機械有限公司生產(chǎn)的。對該采煤機內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析可知，在該采煤機破碎機構(gòu)內(nèi)部，通過一級行星機構(gòu)傳遞扭矩，當(dāng)破碎機構(gòu)作業(yè)過程中如對大塊原煤及矸石進行破碎時易造成設(shè)備負載過大，傳動系統(tǒng)發(fā)生過載而被損壞，故障率較高。從該采煤機破碎機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析可知，其破碎機構(gòu)在行星機構(gòu)太陽輪部件中間位置設(shè)置一處剪切槽，太陽輪外花鍵部分與破碎機構(gòu)工作電機連接。

如設(shè)備傳動系統(tǒng)發(fā)生過載，行星機構(gòu)太陽輪部件將沿剪切槽處發(fā)生斷裂故障，須實施對傳動系統(tǒng)的安全保護[4-5]。行星機構(gòu)機械保護裝置的安裝情況如圖1 所示。

圖1 采煤機破碎機構(gòu)機械保護裝置安裝示意圖

2.2 安全隱患分析

當(dāng)傳動系統(tǒng)過載時，太陽輪將沿剪切槽位置發(fā)生斷裂，從而對破碎機構(gòu)的傳動系統(tǒng)進行保護。當(dāng)太陽輪剪切槽位置發(fā)生斷裂后，采煤機需停止開采作業(yè)，針對性地進行檢修。采煤機檢修工人對設(shè)備故障進行全面排查確定故障情況并設(shè)定維修更換方案后，拆開采煤機破碎裝置蓋板，取出行星減速機，并對太陽輪裝置進行更換。該維修更換處置過程較為煩瑣，需要多名工人相互之間進行配合，維修更換作業(yè)花費時間較長，同時該維修更換過程作業(yè)位置位于巷道內(nèi)煤壁側(cè)，工人維修更換作業(yè)時存在嚴(yán)重的安全隱患，會對工人造成人身傷害，因此有必要進行優(yōu)化改進設(shè)計。

3 機械保護裝置的優(yōu)化改進設(shè)計

3.1 優(yōu)化改進設(shè)計技術(shù)方案分析

在MG750/1940-GWD 型大采高采煤機破碎機構(gòu)太陽輪原機械保護裝置結(jié)構(gòu)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合以往破碎機構(gòu)太陽輪原機械保護裝置更換維修存在的安全問題及隱患，從維修更換安全性和經(jīng)濟性兩方面著手設(shè)計新型的破碎機構(gòu)太陽輪機械保護裝置[6]。

3.1.1 拆裝位置的改進設(shè)計

MG750/1940-GWD 型破碎機構(gòu)最初機械保護裝置與行星減速器直接相連，在更換時，需要拆開破碎裝置蓋板，這是導(dǎo)致機械保護裝置更換費時費力的關(guān)鍵因素。針對這一情況，設(shè)計將機械保護裝置拆裝位置進行調(diào)整，安裝在采煤機老塘側(cè)位置區(qū)域。該改進設(shè)計后，機械保護裝置的拆裝過程不需要對破碎機構(gòu)的蓋板進行拆裝，也不再需要將行星減速器全部取出，更換過程可節(jié)省大量的人力和物力。

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

3.1.2 太陽輪裝置的改進設(shè)計

MG750/1940-GWD 型破碎機構(gòu)最初機械保護裝置設(shè)計在太陽輪上，一旦太陽輪出現(xiàn)過載斷裂故障就需要對太陽輪進行整體更換，設(shè)備及維護更換成本較高。針對這一情況，設(shè)計將之前的太陽輪零件拆分為新太陽輪和扭矩軸兩個零件，如圖2 所示。

圖2 新太陽輪及扭矩軸結(jié)構(gòu)示意圖

新太陽輪和扭矩軸采用內(nèi)、外花鍵連接，原太陽輪剪切槽部件設(shè)計在扭矩軸。此時如果傳動系統(tǒng)發(fā)生過載，扭矩軸從剪切槽處發(fā)生斷裂，更換維修時僅需要對扭矩軸進行更換，新太陽輪得到保護沒有被破壞可以繼續(xù)使用。而扭矩軸零件對比太陽輪的成本來講，采購成本是較小的，因此該優(yōu)化改進設(shè)計可以大幅度降低設(shè)備進行更換維修的成本。

對MG750/1940-GWD 型采煤機破碎機構(gòu)最初機械保護裝置進行了拆裝位置的改進設(shè)計和太陽輪裝置的改進設(shè)計后，破碎機構(gòu)機械保護裝置安裝情況如圖3 所示。

圖3 改進后破碎機構(gòu)機械保護裝置安裝示意圖

3.2 應(yīng)用效果分析

MG750/1940-GWD 型采煤機破碎機構(gòu)于2021 年10 月完成了對機械保護裝置的優(yōu)化改進設(shè)計，優(yōu)化改進設(shè)計完成后的采煤機在南凹寺煤業(yè)30407 工作面進行了實踐應(yīng)用，設(shè)備整體運行穩(wěn)定，有效地保障了工作面開采的安全性和可靠性。

采煤機破碎機構(gòu)機械保護裝置優(yōu)化改進后，機械保護裝置拆裝時間從之前的2.5 h 縮短為0.5 h，作業(yè)時間大幅度降低；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1 起機械保護裝置拆裝工人的安全事故發(fā)生。

優(yōu)化改進后機械保護裝置的應(yīng)用，不僅解決了保護裝置自身問題，同時有效地提高了30407 工作面采煤機的工作時間及工作效率。此次破碎機構(gòu)機械保護裝置的優(yōu)化改進項目是成功和合理的，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全、經(jīng)濟效益。

4 結(jié)語

以南凹寺煤業(yè)30407 工作面MG750/1940-GWD型采煤機為研究對象，對其破碎機構(gòu)機械保護裝置進行了優(yōu)化改進設(shè)計，有效解決機械保護裝置的問題。優(yōu)化改進后，機械保護裝置拆裝時間從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1 起拆裝工人安全事故發(fā)生，實現(xiàn)了預(yù)期的改進目標(biāo)。該破碎機構(gòu)機械保護裝置的優(yōu)化改進設(shè)計還可推廣應(yīng)用于其他大采高機型破碎機構(gòu)中，具有較好的市場推廣應(yīng)用前景。