工作面刮板输送机技术现状与发展趋势研究

2022-09-10

现如今，各地煤矿开采难度越来越大，长年煤矿开采导致煤层发生沉积变化，亟需利用高新技术来提高采煤效率、安全性、可靠性。“一矿、一井、一面”是十数年来我国各地煤矿主要探索的生产模式，而刮板输送机作为煤矿生产中的主要设备，其运作效率、运作模式直接决定了煤矿生产能力。近年来，我国诸多科研单位和煤矿企业联合攻关，在我国青海、新疆、甘肃、安徽、河南、黑龙江等矿区都进行了试验、应用，取得了阶段性成果，为未来一段时间我国煤矿生产技术发展奠定了坚实基础。

1. 工【面刮板输送机技术发展回顾

自上世纪八十年代起，国内就开始研究大功率、高强度、高运载量、长使用寿命、高安全性的刮板运输机技术。进入21世纪以来，国内逐步开始普及运量6000t/g、装机功率4×800kW、运输距离450m的刮板运输机，多数煤矿已经全面应用运量3500t/h、装机功率3×700k W、运输距离300m的刮板运输机。目前，各地开始集中研究大倾角煤层机械化开采，试图用刮板运输机技术解决大倾角煤层开采劳动强度高、生产效率低、技术水平低、岩层控制水平低等诸多技术问题，并实现长壁综合机械化开采。如，我国四川地区部分矿区就已经在大倾角煤层成功应用了SGB-730/260型刮板运输机，奠定了刮板运输机技术在大倾角煤层应用的基础，SGB-730/260型刮板运输机采用的结构为“双链结构”，通过液压支架之间的推杆防滑装置，抵消刮板运输机刮板链在刮板运输机运作过程中的阻力，同时减小刮板运输机在运作过程中底板受到的直接压力[1]。但是SGB-730/260型刮板运输机在实际应用过程中，仍旧存在刮板运输机异常下滑等情况，该技术在应用过程中仍旧需要人为干预，且链条一旦磨损，更换极为繁琐，对生产效率的影响较大。刮板运输机的运输长度和设备的实际使用寿命之间有着一定关系，若输送机的长度过长，必然会导致输送机在使用过程中受到较大的磨损，从而影响设备运输效率以及设备使用寿命。因此，当下刮板运输机技术的研究中心，在于高性能元部件开发、大型高效率设备开发，同时工况检测、远程控制、软启动技术、运行状态控制等高新技术的整合应用也成为日后刮板运输机技术发展的主要标志[2]。

2. 工【面刮板输送机元部件技术发展现状

(1)刮板输送机机头

综采生产效率的提升和刮板运输机技术的发展相辅相成，目前国内外煤矿生产使用的交叉侧卸机构经过多代改革后，设备使用效率、使用寿命、运输能力、卸载能力都已经有了较大程度的变化，为综采配套设施的应用奠定了基础。

(2)刮板输送机机尾

各地矿区使用的高功率、长运输距离刮板运输机，应使用过程中的应力作用，导致链条需要有较大的伸缩行程来应对“应力变化”，国内外目前使用的刮板输送机机尾多为“可伸缩结构”，根据使用需求又可分为自动、手动两种类型。手动系统结构相对简单，主要依靠人工定时测量的方式来控制链条。自动系统如图1所示，自动系统在刮板输送机机头、刮板输送机链条处设置有传感器，传感器负责监测链条的实际情况，控制系统根据传感器的反馈来调整张紧油缸。该种自动化控制系统，能够让刮板输送机在使用过程中，链条始终保持在最合适的张紧状态，链条的使用寿命得到有效保障，停机时长也可得到有效控制[3,4]。

(3)刮板输送机链轮

链轮是刮板运输机中的核心部件，链轮的加工精度决定了刮板运输机的运作可靠性、使用寿命。目前，各矿区刮板运输机链轮多采用“双列圆锥棍子轴承结构”，刮板运输机机头、刮板运输机机尾使用的链轮结构相似，主要通过减速器、联轴器连接，在工作面使用过程中，无需拆卸减速器。链轮材料普遍采用高强度合金钢，淬火后链轮表面硬度可达HRC55，硬化层厚度通常在大于10mm，使用寿命约在450wt过煤量左右。另外，少数科研机构对目前通用的刮板输送机链轮进行了改进，如“GR”型刮板运输机链轮，在齿形上和一般的刮板运输机链轮就有着一定区别，“GR”型刮板运输机链轮本身有着3个轮齿来带动设备运作，而一般的刮板运输机链轮只有1个轮齿带动设备运作，这种增加轮齿的设计方法，必然能够显著降低链条磨损程度、链轮磨损程度，从而让链条、链轮的使用寿命得到延长，让刮板运输机的传输效率得到提升[5,6]。

(4)刮板运输机软启动装置

国内外各矿区刮板运输机已经普遍使用软启动装置，如CST启动系统、阀控充液式液力耦合器、交流电机调速器等，国内目前对这些装置的独立开发能力相对较差，多数大功率刮板运输机仍旧需要使用进口部件。不同的软启动装置，在实际使用中体现出不同的优势，阀控充液式液力耦合器可实现空载启动、过载保护、频繁启动、顺序启动、慢速验链，结构可靠、稳定;CST可控启动传输系统可实现加减速随意调节、可控停车、功率协调、过载保护、慢速验链、在线调试等;交流电机变频调速技术可实现软启动控制、负载自动调节、平稳启动、启动电流合理优化控制等。

(5)刮板运输机中部槽

在刮板运输系统中，中部槽是整个系统的躯干结构，中部槽的使用寿命直接决定了刮板运输机的使用寿命，目前各矿区已经普及∑断面槽帮，∑断面槽帮的使用寿命约为1000Wt过煤量。∑断面槽帮的材料、外形、结构也在不断优化、改进，多数科研机构证明，相较于∑断面槽帮，弧形断面槽帮的结构更为合理，在使用过程中，弧形断面槽帮受到的磨损更小，中部槽的使用寿命更长。如图2所示，弧形断面槽帮在使用过程中的接触面更大，所以摩擦力分布更加均匀，更符合“长寿命”的使用需求。

中部槽槽帮多采用轧制材料，相较于一般铸造钢槽，轧制钢材表面的粗糙度更小，在使用过程中不易磨损，且轧制材料的使用能够合理控制槽帮的厚度。轧制槽帮厚度得到控制，可保证哑铃座的设计更加合理。如，目前各矿区广泛应用的SGZ880/2×400型双链交叉侧卸刮板运输机就采用上下槽分体轧制中部槽，该结构能够根据实际生产需求进行调整，整机的结构合理，使用寿命较长。

3. 刮板运输机技术在大倾角厚煤层中的应用

大倾角厚煤层开采难度较大，刮板运输机技术的应用在国内最早可追溯至2011年，SGZ800/2×400刮板运输机在我国新疆地区40°左右的大倾角走向长壁4.5m大采高综采工作面的应用为典型成功案例。SGZ800/2×400刮板运输机本身采用成熟的框架封底结构，在使用过程中，刮板运输机的底板压力受压程度较小，运输机中部槽底受力可得到有效缓解[7]。另外，SGB-730/160边双链刮板运输机、SGZ730/160准边双链刮板运输机也在大倾角厚煤层开采中得到了应用(不同刮板运输机的参数可见表1)。

4. 刮板运输机技术发展趋势

一是制动有效性的提升，随着煤矿开采难度的增加，在生产过程中，采煤机的下滑力度也有可能会增加，尤其是在上行采煤、割煤的过程中，下滑温度发生几率较大;二是装煤效率的提高，在大倾角工作面，在装煤过程中，落煤情况更为复杂，落煤有可能会无法正常装入中部槽中，未来刮板运输机技术需要着重改进煤板翻转不畅问题，提高装煤效率;三是可靠遥控的实现，通过可靠的遥控操作，进一步降低劳动强度，保障生产人员的人身安全。