薄煤层开采中采煤机及优化设计论文
摘要：基于MG110/130-TPD型电牵引爬底板采煤机，就该采煤机的适用范围、设备组成、主要功能进行了详细的介绍，并将其应用于某矿的实际工作面中，由现场实践表明，该采煤机的装机性能稳定、丢煤少，极大地提高了煤矿工作面的生产水平以及安全性。除此之外，还针对采煤机的防滑、牵引链锚固以及电缆收放等问题提出了一定的优化措施，以期望达到更好的应用效果，为薄煤层的开采提供可借鉴的经验与解决途径。
关键词：薄煤层爬底式采煤机电牵引大倾角
引言
在我国，薄煤层所占的煤炭资源储量十分丰富，在进行开采的过程中，由于煤层厚度都在1.3m以下，其开采难度大大增加，尤其是当煤层倾角较大时，若采用传统炮采的方法，所产生的经济效益与所投入的人力物力严重不符，且工作效率低，因此，大倾角薄煤层的开采一直是一个难点。所以选择合理的采煤方法、使用合适的采煤机、提高回采效率、增强生产的安全性是煤矿企业的重中之重[1]。
1矿井概况
本文研究的矿井煤层厚度非常薄，仅为0.5～0.8m，但煤层倾角极大，最大的倾斜角度为45°。在长期的开采过程中，该矿一直采用传统炮采的方法进行采煤作业，沿走向对工作面进行后退式回采，采用刮板输送机来运送煤炭，单体液压支柱来对顶板进行支撑，机械化程度较低。在2007年，该矿采用了单滚筒爬底板采煤机，使用该采煤机后，虽然提高了煤矿的生产效率，但是由于该采煤机的设计功率较低，一旦遇到较坚硬的煤层或者倾角较大的煤层时，运行起来就极其困难；且滚筒的装煤效果不尽人意，没有设置安全的制动装置，无法在危险发生时及时停止滚筒的运动，从而无法保证采煤司机的人身安全。因此该矿对原先的爬底板采煤机进行了优化与改进，采用了MG110/130-TPD型爬底式采煤机，并通过实际应用取得了良好的效果。
2MG110/130-TPD型电牵引爬底式采煤机
2.1适用范围
MG110/130-TPD型爬底式采煤机可以适应多种地质条件的变化，较大的提高装煤功率，在与刮板输送机、液压支架以及金属顶梁良好配合作业后，可以很好的'实现工作面的落煤与装煤，减少煤炭资源的浪费。同时该采煤机适合在35°以下的工作面进行作业，所采煤层厚度的范围在0.5～0.8m之间，且煤质坚硬程度中等，底板不能有过大的起伏。除此之外，该采煤机的所有设备均采用隔爆型，因此井下工作面中的甲烷、二氧化碳、硫化氢等物质的浓度不能超过相关的规定。
2.2机械部分
该采煤机主要由主机体、装煤部、底托装置以及冷却喷雾装置四部分组成，其中牵引部、截割部以及电控箱、摇臂等都设置在采煤机机壳上。牵引部是用来使采煤机随着工作面的推进而移动的，主要的动力装置是电动机，其牵引速度最大可达到1min行走5.84m。截割部是控制采煤机的减速装置，在其上方设置了一个扭矩离合器，该装置可以在电动机过载时保护电动机不受损伤。而冷却喷雾系统则是主要用来降低煤尘浓度的，并辅助减少采煤机各部件在工作时由于摩擦所产生的热量，对采煤机机身各部分进行冷却，以确保采煤机的正常运行[2]。
2.3电控系统
该爬底板采煤机设置有本安型电控箱，其型号为KXJ24-130/1140(660)C，并且兼具隔爆的作用，同时采用了PWM变频调速技术以及PLC控制技术，通过这些先进技术的使用，该电控箱的调速范围变大、具备较大的牵引力以及较强的防滑能力，并使得采煤机的操作更为简单，更加方便。
2.4主要功能特点
MG110/130-TPD型爬底式采煤机在进行割煤时，具备较大的截割功率，采用单摇臂双电动机进行驱动，机身牢固可靠；所采用的交流变频调速技术，可以很好的实现较大的牵引速度，并且牵引效率较高，具备较大的牵引力，可以实现反向转动的功能；所适应的地质条件较多，可以由矿井的实际情况来进行变速，变速范围较大；在一定程度上减轻了采煤司机的工作强度，可以进行遥控作业，即停即开，其采煤机上的显示器可以实时显示采煤机的运行情况，一旦出现故障可以及时发现并进行处理；设置有冷却喷雾系统以及防滑装置，可以在紧急情况下对采煤机进行制动，防止其出现滑动。
3主要采煤工艺
3.1采煤机进刀方式
使用爬底板采煤机对井下工作面进行割煤时，采取的是双向进刀割煤的方式，一次进刀的深度为0.8m，在工作面的上端头通过人工爆破的方式进行施工，造成一个超前缺口，该缺口沿倾斜方向的长度为6m，超出煤壁1.6m，而对于工作面的下端头来说则不进行超前缺口的施工[3]。
3.2工作面支护作业方式
整个井下工作面采用单体液压支柱来对煤层顶板进行支护，其支柱的密度极高，其中液压支架的控顶范围为3.65～4.45m，放顶步距为0.8m，工作面的循环推进长度为0.8m，而在处理采空区时，采用的是全部垮落法。1）跟机挂梁、支柱：在进行上行割煤作业时，由于煤层倾角较大，每当采煤机向前推进30～50m时，就必须停止采煤机以及刮板输送机的运行，做好防滑措施，拉紧钢丝绳，以便工作人员能快速进入到采煤机机道，设置隔离设施，待隔离设施设置好后，再继续割煤，按照隔离设施的分段来从上到下进行挂梁、支柱作业。而在下行割煤时，挂梁、支柱作业则需要延后采煤机5～15m的距离。2）推移刮板输送机：在跟机挂梁之后，需通过单体液压支柱来推移刮板输送机，在推移过程中，难免会出现弯曲段，此时弯曲段的长度不得超过20m，且每一次推移完成后，必须及时进行支护。3）回柱放顶：在进行回柱放顶作业时，必须从下到上进行，每次回柱的距离不得小于15m。
4现场应用
4.1现场应用概况
通过对该爬底板采煤机的优化与改进，采用上述采煤工艺后，将MG110/130-TPD型电牵引爬底板采煤机应用于实际矿井中，所应用的工作面情况下：进行开采的煤层厚度为0.46～0.77m，沿煤层走向的倾斜角度平均为23.5°，沿煤层倾向的倾斜角度平均为113.5°，煤层倾角的范围为13°～43°，其平均倾角为28°，煤层硬度的普氏系数在1～3之间，而围岩硬度的普氏系数最大为8，最小为6，整个煤层属于中等稳定程度，所采工作面的开采高度为0.75m，整个工作面长550m，工作面推进宽度为112m。
4.2现场应用效果及优化
在现场应用的初期阶段，由于井下作业人员不熟悉该采煤机的性能，所以在一开始的时候出煤效果并不是十分理想，这是由于冷却喷雾系统的内外喷雾同时使用所导致的，在减少了防尘的出水量后，出煤效果就得到了明显的改善，而在应用期间，虽然发现该采煤机的运行效果良好，但仍然存在一些问题：没有选择合适的刮板输送机，导致工作面生产的煤不能及时的运出，从而有大量的浮煤堆积在工作面内，影响采煤工作的正常进行；采煤机在运行过程中，机组底板端头平直，与巷道底板接触，出现啃底现象，增大了采煤机的负荷；牵引链滑动，或者由于过度挤压，链环出现变形，造成断链；由于链轮的保护装置是全封闭的，一旦出现故障时，处理的难度比较大；冷却喷雾系统发生漏水，当水进入减速箱后，使润滑油被稀释变质；由于该类采煤机所开采的煤层厚度都比较薄，在刮板输送机上不能设置电缆槽，因此电缆都是通过人力拖拽进行的，这对于井下作业人员来说，危险性极大，且劳动强度高，工作效率低[4]。
5改进与优化
针对以上问题，我们做出了下述改进与优化：1）根据工作面生产煤炭的能力，重新选择刮板输送机，通过增加运输部的宽度来增大刮板输送机的运输能力，并且优化运煤的路线，提高运煤速度；2）将采煤机的底板制成船形，预防啃底现象的发生；3）为了防止出现牵引链滑动以及因过度挤压，链环变形的问题，采用了压链锚固底座，在该底座上设置有柱窝以及链槽，以防止支柱打滑，并且对牵引链进行固定。在使用过程中，由于链槽的存在，牵引链仅仅受到了拉力，而不会受到压力的作用；同时由于柱窝对支柱起到了约束作用，很好的防止了支柱打滑现象的发生；4）随着工作面的推进以及煤层倾角的增大，在进行上行割煤时，采煤机的牵引链常常会向下发生一定的位移，当位移足够大时，牵引链不足以承受这么大的拉力，就会发生断链，此时采煤机就会向下发生滑动。在这种情况下，我们可以在采煤机的下部安装两个机械防滑叉，或者是设置一排单体液压支柱，当采煤机一旦出现下滑时，保险叉可以插入煤层底板以及巷帮，以阻止采煤机继续下滑；5）重新对冷却喷雾系统的密封装置进行设计，以防由喷雾渗水进入减速箱润滑油中；6）在工作面的顺槽上安装卷缆装置，实现电缆的自动收放，减轻井下作业人员的负担，提高工作效率，使电缆较快较安全的到达指定位置，保障工作面安全生产的进行。
6优化效果
在经过大量的实践探索与优化改进后，爬底板采煤机在进行薄煤层的开采过程中的运行效果得到了明显的改善，各项指标的应用效果均十分显著，主要表现为：应用该爬底板采煤机后，减少了炸药的使用量，提高了开采作业的安全性，减少了炸药伤人事故的发生；日产煤量达到了390t，大大提高了煤矿的生产效率以及出煤量，并降低了井下作业人员的劳动强度；在采煤过程中，减少了矸石的产量，提高了煤的质量；便于采煤机司机对采煤机进行割煤作业，提高了机械化程度，减少了操作步骤，并很好的解决了电缆收放等问题；增强了采煤作业的安全性，提高了矿井的经济效益[5]。
7.结语
MG110/130-TPD型电牵引爬底板采煤机在实际矿井中的应用表明，该采煤机在经过优化改进后，装煤效果理想，性能稳定可靠，不仅提高了矿井的产煤量及工作效率，降低了工人的劳动强度，而且喷雾除尘的效果也非常明显，其紧急制动装置也有效地防止了采煤机的进一步下滑，减少了采煤机下滑伤人事故的发生，增强了矿井生产的安全性，因此该采煤机为薄煤层的开采提供了一种新的采煤方法，为相同类型下的矿井开采提供了宝贵的借鉴经验与解决途径。
参考文献
[1]连青发.爬底板采煤机在夹矸煤层中的应用[J].煤炭科技，2011（3）：52-53.
[2]乔红兵，吴淼，胡登高.薄煤层开采综合机械化技术现状及发展[J].煤炭科学技术，2006，34（2）：1-5.
[3]曲春刚.薄煤层中实现高产高效的技术探讨[J].煤炭技术，2007，26（3）：132-134.
[4]张欣，张枢.薄煤层采煤机的发展状况及趋势[J].煤矿机械，2002（6）：7-8.
[5]王太全.极薄煤层高产高效开采技术实践应用[J].内蒙古煤炭经济，2016（20）：13.
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