綜采工作面刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

于聚旺

(河南大有能源股份有限公司機(jī)電設(shè)備租賃站，河南省義馬市，472300)

★ 煤炭科技·機(jī)電與信息化 ★

綜采工作面刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究

于聚旺

(河南大有能源股份有限公司機(jī)電設(shè)備租賃站，河南省義馬市，472300)

針對(duì)切眼較長綜采工作面刮板輸送機(jī)出現(xiàn)的運(yùn)力不足和啟動(dòng)困難等問題，分析了刮板輸送機(jī)受力情況以及刮板輸送機(jī)平直段和彎曲段的負(fù)載情況，并對(duì)緊鏈力造成的刮板與中部槽之間的側(cè)向摩擦力進(jìn)行了深入探討，詳細(xì)闡述了利用多種群遺傳算法優(yōu)化刮板輸送機(jī)彎曲段溜槽數(shù)，使彎曲段相鄰溜槽間轉(zhuǎn)角由之前的1°改為40′。實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)化后的刮板輸送機(jī)在不改變溜槽寬度的前提下不僅提高了運(yùn)輸能力，而且在設(shè)備投入、掘進(jìn)成本、耗電量以及設(shè)備故障率等方面的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

綜采工作面 刮板輸送機(jī) 優(yōu)化設(shè)計(jì) 多種群遺傳算法

AbstractAiming at the insufficient transport capacity and difficult start of scraper conveyer in full-mechanized working face with longer open-off cut, stress condition of the scraper conveyer and loading condition of its straight section and curve section were analyzed, and the side friction between scraper and middle trough caused by chain-stretching force was discussed deeply, chute number at curve section of scraper conveyer was optimized by using multi-population genetic algorithm, and the rotation angle of curve section between adjacent chute adopted 40′ instead of 1°. The practical application showed that optimized scraper conveyer with fixed chute width not only improved transportation capability, but also achieved good economic benefits in terms of equipment invest, tunneling cost, power consumption and equipment failure rate.

Keywordsfully mechanized working face, scarper conveyor, optimization design, multiple population genetic algorithm

1 21220綜采工作面概況

河南大有能源股份有限公司常村礦(以下簡稱常村礦)21220綜采工作面位于21采區(qū)三條下山西翼，為自上而下第10個(gè)綜采工作面，上部為已采畢的21200綜采工作面，下部為未開掘的21240綜采工作面，西部與躍進(jìn)井田相鄰。工作面可采走向長為689 m，傾斜長為268 m、面積為229810 m2、可采儲(chǔ)量約為295萬t，下巷和切眼局部地段煤層節(jié)理發(fā)育，易片幫和冒頂。煤層老頂上部有厚度為690 m左右的砂礫巖層，在回采中將產(chǎn)生該層垮落，易引起沖擊地壓。煤層切眼剩余區(qū)段長度為270 m，設(shè)計(jì)階段確定2個(gè)綜采工作面，如果布置2個(gè)綜采工作面(平均每個(gè)綜采工作面切眼長為135 m)，則相對(duì)切眼較短，需要掘進(jìn)至少3條巷道(采用沿空留巷技術(shù))，掘進(jìn)成本較高，且在掘進(jìn)及回采時(shí)增加了作業(yè)人員數(shù)量，安全性也大大降低。因此，為了減少巷道萬噸掘進(jìn)率、降低巷道掘進(jìn)成本投入、提高煤炭回采率、降低沖擊地壓區(qū)域綜采工作面作業(yè)人員數(shù)量以及提高作業(yè)的安全性，經(jīng)過多方研究確定將該區(qū)段設(shè)計(jì)為1個(gè)切眼長為270 m的綜采工作面，這對(duì)運(yùn)輸設(shè)備的性能提出了較高的要求。

常村礦21220綜采工作面采用放頂煤工藝，是河南大有能源股份有限公司目前第1個(gè)切眼長度為270 m的綜采工作面，根據(jù)正常設(shè)備選型要求，綜采工作面長度為270 m時(shí)選用的刮板輸送機(jī)中部槽內(nèi)槽寬應(yīng)該在1 m以上，刮板輸送機(jī)總裝機(jī)功率在1000 kW以上，與刮板輸送機(jī)專業(yè)生產(chǎn)廠家溝通后，廠家建議使用SGZ1000/1400或SGZ1000/1050型前后部刮板輸送機(jī)。如果按照廠家建議進(jìn)行選型，則與刮板機(jī)配套的液壓支架和采煤機(jī)型號(hào)都相應(yīng)加大，這將造成設(shè)備成本投入大大增加，同樣造成備件和配件投入大大增加。因此，河南大有能源股份有限公司相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)經(jīng)過多次技術(shù)論證，確定常村礦21220綜采工作面采用SGZ800/800型窄槽寬刮板輸送機(jī)作為工作面運(yùn)輸設(shè)備，但現(xiàn)有的SGZ800/800型刮板輸送機(jī)不能滿足使用要求，主要存在的問題為：一是刮板輸送機(jī)運(yùn)力不足，功率配置不能滿足綜采工作面輸送量要求；二是刮板輸送機(jī)運(yùn)行阻力較大，效率較低；三是刮板輸送機(jī)啟動(dòng)困難，易壓溜；四是刮板輸送機(jī)運(yùn)行沖擊明顯，易導(dǎo)致斷鏈，鏈條使用壽命降低；五是刮板輸送機(jī)電機(jī)、減速器處于過載運(yùn)行狀態(tài)，運(yùn)行溫度較高，故障率較高，使用壽命降低。

以上問題的影響可能會(huì)帶來的后果為：一是刮板輸送機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，頻繁停機(jī)保護(hù)，不能正常開采；二是減速器、電機(jī)因頻繁過載而損壞；三是鏈條、刮板等備件消耗量大；四是影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。為了解決以上問題，本文將對(duì)沖擊地壓礦井厚煤層綜采放頂煤超長工作面窄槽寬刮板輸送機(jī)研究與應(yīng)用進(jìn)行深入研究，探討一條有效的解決路徑。

2 刮板輸送機(jī)受力分析

為了保證選型設(shè)備能夠正常使用，綜采工作面刮板輸送機(jī)的空載功率消耗約占總功率的30%，刮板輸送機(jī)在工作中應(yīng)克服的阻力為：一是貨載和刮板鏈在重載段上的移動(dòng)阻力；二是傾斜運(yùn)輸時(shí)貨載的自重分力；三是刮板鏈在回空段上的移動(dòng)阻力；四是刮板鏈繞過機(jī)頭和機(jī)尾鏈輪與鏈條的彎曲阻力；五是傳動(dòng)裝置的阻力；六是水平彎曲段刮板產(chǎn)生的側(cè)向摩擦力。

分析以上阻力發(fā)現(xiàn)，刮板輸送機(jī)的功率消耗主要用于貨載和刮板鏈運(yùn)行阻力的克服，刮板輸送機(jī)的可彎曲性造成附加阻力增大，在此根據(jù)刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)對(duì)其分別進(jìn)行分析。設(shè)刮板鏈在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)為f1，貨載在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)為W′，刮板鏈重為q0，貨載重為q，鋪設(shè)傾斜角度為β，鋪設(shè)長度為L，刮板鏈與溜槽摩擦系數(shù)由摩擦副材料及滑動(dòng)表面狀況確定, 貨載與溜槽的摩擦系數(shù)同樣取決于溜槽表面光潔度、硬度和貨載的性質(zhì)，則刮板輸送機(jī)平直重載段的運(yùn)行阻力F1p見式(1)：

F1p=(qW′+q0f1)Lcosβ±(q+q0)Lsinβ

(1)

式中：F1p——平直重載段的運(yùn)行阻力，N；

q——貨載重，kg/m；

W′——貨載在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

q0——刮板鏈重，kg/m；

f1——刮板鏈在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

L——鋪設(shè)長度，m；

β——鋪設(shè)傾斜角度，(°)。

平直空載段的運(yùn)行阻力F1n見式(2)：

F1n=q0L(f1cosβ?sinβ)

(2)

式中：F1n——平直空載段的運(yùn)行阻力，N；

q0——刮板鏈重，kg/m；

L——鋪設(shè)長度，m；

f1——刮板鏈在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

β——鋪設(shè)傾斜角度，(°)。

在式(1)和式(2)中，“+”和“-”號(hào)確定原則為：當(dāng)刮板鏈和貨載沿刮板輸送機(jī)運(yùn)行方向分力與移動(dòng)阻力方向相同取“+”號(hào)，相反取“-”號(hào)。

當(dāng)可彎曲刮板輸送機(jī)工作時(shí)，水平面上會(huì)有彎曲。刮板輸送機(jī)在水平面上的彎曲狀態(tài)示意圖如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)在水平面上的彎曲狀態(tài)示意圖

由圖1可以看出，隨著綜采工作面采煤機(jī)前進(jìn)截割煤壁，其后面的刮板輸送機(jī)溜槽在支架推力作用下推向煤壁的截深為a，刮板輸送機(jī)在水平面上形成了水平彎曲，這時(shí)刮板與槽幫產(chǎn)生了附加摩擦阻力。裝煤點(diǎn)可近似看做在彎曲處，距機(jī)頭的距離為L1，彎曲段對(duì)刮板輸送機(jī)長度L影響不計(jì)，則刮板輸送機(jī)水平彎曲重載段的運(yùn)行阻力F2p見式(3)：

式中：F2p——水平彎曲重載段的運(yùn)行阻力，N；

q0——刮板鏈重，kg/m；

L——鋪設(shè)長度，m；

f1——刮板鏈在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

β——鋪設(shè)傾斜角度，(°)。

q——貨載重，kg/m；

L1——距機(jī)頭的距離，m；

W′——貨載在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

f——刮板鏈與鏈輪之間的摩擦系數(shù)；

S3——刮板輸送機(jī)在機(jī)尾的張力，N；

α′——刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角，(°)。

彎曲空載段的運(yùn)行阻力F2n見式(4)：

(4)

式中：F2n——彎曲空載段的運(yùn)行阻力，N；

q0——刮板鏈重，kg/m；

L——鋪設(shè)長度，m；

f1——刮板鏈在溜槽中移動(dòng)阻力系數(shù)；

β——鋪設(shè)傾斜角度，(°)。

f——刮板鏈與鏈輪之間的摩擦系數(shù)；

L1——距機(jī)頭的距離，m；

S1——刮板輸送機(jī)在機(jī)頭的張力，N；

α′——刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角，(°)。

刮板輸送機(jī)在水平面上的彎曲段會(huì)形成彎曲角度，刮板輸送機(jī)彎曲部分示意圖如圖2所示。

圖2 刮板輸送機(jī)彎曲部分示意圖

彎曲段半徑R可由式(5)計(jì)算得出：

(5)

式中：R——彎曲段半徑，m；

l——每節(jié)刮板長度，m；

α′——刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角，(°)。

彎曲段長度Lkp可由式(6)計(jì)算得出：

(6)

式中：Lkp——彎曲段長度，m；

a——截深，m；

R——彎曲段半徑，m。

彎曲段扇形中心角α可由式(7)計(jì)算得出：

(7)

式中：α——彎曲段扇形中心角，(°)；

Lkp——彎曲段長度，m；

a——截深，m。

彎曲段溜槽數(shù)n可由式(8)計(jì)算得出：

(8)

式中：n——彎曲段溜槽數(shù)；

R——彎曲段半徑，m；

α——彎曲段扇形中心角，(°)。

由式(1)～式(4)對(duì)比分析可知，當(dāng)刮板輸送機(jī)處于水平彎曲時(shí)產(chǎn)生的阻力Fwp最大，見式(9)：

Fwq=F2p+F2n

(9)

式中：Fwq——水平彎曲最大阻力，N；

F2p——彎曲重載段的運(yùn)行阻力，N；

F2n——彎曲空載段的運(yùn)行阻力，N。

由式(8)可知，在外界工況不變的情況下，刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′越大，則刮板輸送機(jī)在水平彎曲段產(chǎn)生的阻力越大，同時(shí)彎曲段長度越短，所需的溜槽數(shù)越少；若刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′越小，則刮板輸送機(jī)在水平彎曲段產(chǎn)生的阻力越小，同時(shí)彎曲段長度越長，所需的溜槽數(shù)越多。

此外，為了使刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行，必須給刮板鏈提供合適的緊鏈力，來保證刮板鏈與鏈輪的有效嚙合。設(shè)張緊裝置提供的緊鏈力為Fzj，則緊鏈力在彎曲段產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩Tzj見式(10)：

Tzj=Fzj·a

(10)

式中：Tzj——緊鏈力在彎曲段產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，N·m；

Fzj——緊鏈力，N；

a——截深，m。

緊鏈力根據(jù)刮板輸送機(jī)受力情況確定，在其他條件相同的情況下，刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′越大，則需要的緊鏈力越大，反之則越小。為了使刮板輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，刮板輸送機(jī)中部槽會(huì)給刮板提供相應(yīng)的反作用力，產(chǎn)生與緊鏈轉(zhuǎn)矩大小相等、方向相反的轉(zhuǎn)矩，緊鏈力對(duì)彎曲段的作用示意圖如圖3所示。

圖3 緊鏈力對(duì)彎曲段的作用示意圖

由于緊鏈力的作用，刮板與刮板輸送機(jī)中部槽產(chǎn)生的側(cè)向摩擦力Fcx見式(11):

(11)

式中：Fcx——側(cè)向摩擦力，N；

n——彎曲段溜槽數(shù)；

Fi——第i節(jié)中部槽對(duì)刮板產(chǎn)生的反作用力，N;

r——為刮板與中部槽側(cè)向摩擦系數(shù)。

由式(11)可以看出，隨著α′的減小，緊鏈力減小，側(cè)向摩擦力也減小。此外，α′的減小會(huì)使彎曲段長度變長，進(jìn)一步分散側(cè)向摩擦力。

綜合式(1)、式(2)、式(9)和式(11)，刮板輸送機(jī)的總負(fù)載力F由平直重載段負(fù)載、平直輕載段負(fù)載、彎曲重載段負(fù)載、彎曲輕載段負(fù)載以及彎曲段側(cè)向摩擦力構(gòu)成，見式(12):

F=F1p+F1n+F2p+F2n+Fcx

(12)

式中：F——刮板輸送機(jī)總負(fù)載力，N；

F1p——平直重載段的運(yùn)行阻力，N；

F1n——平直空載段的運(yùn)行阻力，N；

F2p——彎曲重載段的運(yùn)行阻力，N；

F2n——彎曲空載段的運(yùn)行阻力，N；

Fcx——側(cè)向摩擦力，N。

通過上述分析可知，在負(fù)載情況及摩擦系數(shù)確定的條件下，刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′是影響刮板輸送機(jī)負(fù)載的關(guān)鍵因素，選擇合適的相鄰槽間轉(zhuǎn)角是降低刮板輸送機(jī)負(fù)載和減小磨損的關(guān)鍵因素。

3 基于多種群遺傳算法的刮板輸送機(jī)彎曲段溜槽數(shù)優(yōu)化

為了使刮板輸送機(jī)的總負(fù)載力F最小，本文采用多種群遺傳算法對(duì)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′進(jìn)行優(yōu)化。遺傳算法(Genetic Algorithm)是根據(jù)達(dá)爾文生物進(jìn)化理論中的基因遺傳和自然選擇為模型的一種智能算法，能夠通過模擬生物在自然環(huán)境中進(jìn)化過程尋求最優(yōu)解的方法。遺傳算法的計(jì)算過程包括種群初始化、適應(yīng)度計(jì)算、選擇操作及變異操作。適應(yīng)度函數(shù)是根據(jù)遺傳進(jìn)化目標(biāo)而編寫的個(gè)體適應(yīng)度函數(shù)，通過適應(yīng)度函數(shù)的計(jì)算，為遺傳過程中個(gè)體的選擇提供依據(jù)。

選擇操作是從上一代群體里選擇一定數(shù)量的個(gè)體進(jìn)入到新群體中，每個(gè)個(gè)體被選中的概率跟個(gè)體的適應(yīng)度值有關(guān)，適應(yīng)度值越好，證明該個(gè)體具有更好的遺傳優(yōu)勢(shì)，被選中遺傳到下一代的幾率更大。遺傳算法選擇操作有錦標(biāo)賽法、輪盤賭法等，本文選擇輪盤賭法，每個(gè)個(gè)體i的選擇概率pi見式(13)：

(13)

式中：pi——第i個(gè)個(gè)體被選擇的概率；

fi——第i個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值；

k——系數(shù)；

N——種群個(gè)體數(shù)目。

交叉操作是指從群體里面隨機(jī)選擇兩個(gè)個(gè)體，進(jìn)行染色體的相互交換組合，從而產(chǎn)生優(yōu)秀的新個(gè)體，其交叉操作如圖4所示。

圖4 交叉操作

第

k

個(gè)染色體

a

k

和第

l

個(gè)染色體

a

l

在

j

位的交叉操作方法見式(14)：

(14)

式中：aki——第k個(gè)染色體的第j個(gè)位置；

alj——第l個(gè)染色體的第j個(gè)位置；

b——[0, 1]間的隨機(jī)數(shù)。

變異操作是在群體里隨機(jī)選擇一個(gè)個(gè)體，在遺傳過程中此個(gè)體基因出現(xiàn)基因突變從而產(chǎn)生優(yōu)秀個(gè)體的過程，變異操作如圖5所示。

圖5 變異操作

假設(shè)第

i

個(gè)個(gè)體的第

j

個(gè)基因進(jìn)行變異，變異操作方法見式(15)：

(15)

式中：aij——第i個(gè)個(gè)體的第j個(gè)基因；

amax——基因的上界值；

amin——基因的下界值；

g——當(dāng)前迭代次數(shù)；

Gmax——最大進(jìn)化次數(shù)；

r——[0, 1]間的隨機(jī)數(shù)。

隨著遺傳算法的廣泛使用與研究，其早熟收斂等問題也逐漸凸顯出來，主要表現(xiàn)為所有個(gè)體都趨于同一狀態(tài)而停止進(jìn)化，最終得到的結(jié)果不理想。根據(jù)遺傳算法的特點(diǎn)，本文采用多種群的遺傳算法(Multiple Population GA, MPGA)代替標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法(SGA)來進(jìn)行刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′的優(yōu)化。多種群遺傳算法原理如圖6所示。

圖6 多種群遺傳算法流程圖

MPGA與SGA的差別主要有以下幾點(diǎn)：

(1)引用多個(gè)遺傳種群同時(shí)進(jìn)行搜索，并讓不同的種群分別控制不同的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)的搜索；

(2)各個(gè)種群之間利用移民算子進(jìn)行聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)協(xié)同尋優(yōu)目的，使求得的最優(yōu)解為不同種群之間的協(xié)同進(jìn)化結(jié)果；

(3)通過適應(yīng)度函數(shù)選取最優(yōu)解，并最為算法的收斂依據(jù)。

在此，分別用SGA與MPGA兩種不同方法對(duì)二元函數(shù)進(jìn)行求值和對(duì)比, 二元函數(shù)見式(16)：

maxf(x,y)=21.5+xsin(4πx)+ysin(20xy)

(16)

用SGA和MPGA對(duì)該函數(shù)分別進(jìn)行5次求解，統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見表1和表2。

表1 SGA求解結(jié)果

表2 MPGA求解結(jié)果

由表1和表2對(duì)比可知，MPGA具有更穩(wěn)定的求值結(jié)果，克服了標(biāo)準(zhǔn)遺傳算法早熟的問題，在此利用MPGA對(duì)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′進(jìn)行優(yōu)化，最終確定相鄰槽間轉(zhuǎn)角為40′。刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角優(yōu)化如圖7所示。

圖7 刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角優(yōu)化

4 實(shí)際應(yīng)用分析

4.1 使用情況

刮板輸送機(jī)水平彎曲度改為40′后，在21220綜采工作面投入使用，于2015年11月開始正式生產(chǎn)，截止2016年10月底已經(jīng)回采12個(gè)月。按照每天工作12 h和每月工作23 d計(jì)算，SGZ800/800型刮板輸送機(jī)在常村礦21220綜采工作面平均月產(chǎn)量為69500 t，平均日產(chǎn)量為3021.7 t，平均每月進(jìn)尺為29.2 m，平均每日進(jìn)尺為1.27 m。

設(shè)備運(yùn)行期間狀況良好，中部槽、機(jī)頭架和機(jī)尾架鏈道平滑且無異常磨損；鏈條和刮板無異常損傷，情況良好；鏈輪組件磨損量較小，密封良好；電機(jī)和減速器運(yùn)轉(zhuǎn)正常，推移部和電纜槽等結(jié)構(gòu)件無變形，結(jié)構(gòu)完整。由于重新設(shè)計(jì)了刮板輸送機(jī)水平彎曲角度，設(shè)備在運(yùn)行過程中工作阻力明顯減小，節(jié)電效果達(dá)到預(yù)期，采煤機(jī)未出現(xiàn)滾筒割鏟板現(xiàn)象，生產(chǎn)期間刮板輸送機(jī)配件更換量較少?？傮w來看，改造后的SGZ800/800型刮板輸送機(jī)能夠滿足常村礦21220綜采工作面的運(yùn)輸需要，設(shè)備運(yùn)行情況良好。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

刮板輸送機(jī)相鄰槽間轉(zhuǎn)角α′由原來的1°改為40′后，在經(jīng)濟(jì)效益方面取得的成績?nèi)缦拢?/p>

(1)設(shè)備投入大大降低。按常規(guī)設(shè)備選型，按270 m出廠長度配置計(jì)算，前后部刮板輸送機(jī)選用SGZ1000/1050型，預(yù)計(jì)資金約為2043萬元；若選用SGZ1000/1400型刮板輸送機(jī)，預(yù)計(jì)資金約為2087萬元；而使用SGZ800/800型刮板輸送機(jī)投入資金約為1337萬元，較SGZ1000/1400型刮板機(jī)節(jié)約購置資金750萬元，較SGZ1000/1050型刮板輸送機(jī)節(jié)約購置資金約為706萬元；同時(shí)，使用800系列的刮板輸送機(jī)也可有效地避免在備件、配件方面投入大量的資金。

(2)掘進(jìn)成本有效降低。按照最初設(shè)計(jì)分為兩個(gè)綜采工作面(每個(gè)切眼長135 m)，則需要掘進(jìn)至少3條1100 m長的巷道(采用沿空留巷技術(shù))，則掘進(jìn)率為11.19 m/萬t；兩個(gè)綜采工作面合為一個(gè)綜采工作面(切眼長為270 m)，則只需掘進(jìn)2條1100 m長的巷道，掘進(jìn)率為7.46 m/萬t。根據(jù)實(shí)際情況，掘進(jìn)所需資金約為2.2萬元/ m，則可節(jié)約掘進(jìn)成本約為2420萬元。

(3)耗電量有效降低。和常村礦21220綜采工作面同時(shí)生產(chǎn)的21000綜采工作面使用的刮板輸送機(jī)為未改造的普通刮板輸送機(jī)，水平彎曲和摩擦負(fù)荷較大。根據(jù)前期實(shí)地到常村礦21000綜采工作面(切眼長為145.5 m)和21220綜采工作面(切眼長為270 m)對(duì)前部刮板輸送機(jī)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)中得出21220綜采工作面前部刮板輸送機(jī)平均電流為98.1 A，21000綜采工作面前部刮板輸送機(jī)平均電流為107.5 A。

(4)設(shè)備故障率大大降低。綜采工作面水平彎曲度過大容易造成鏈輪組件、鏈條、刮板及內(nèi)槽幫磨損嚴(yán)重，進(jìn)而容易造成跳鏈、漂鏈甚至斷鏈情況，尤其是中后期配件更換頻繁，嚴(yán)重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。針對(duì)鏈輪組件一項(xiàng)經(jīng)過調(diào)研得出以下結(jié)論：在水平彎曲度較大的情況下，鏈輪組件正常使用情況下需要使用3個(gè)月后進(jìn)行調(diào)向，使用6個(gè)月需更換1套鏈輪組件，一套鏈輪組件所需費(fèi)用約為12.2萬元。根據(jù)實(shí)際情況，常村礦1個(gè)綜采工作面生產(chǎn)周期為2 a，則每個(gè)綜采工作面至少更換鏈輪組件8套/a，費(fèi)用約為97.6萬元。根據(jù)實(shí)際使用情況，截止2016年10月底，21220綜采工作面刮板輸送機(jī)共生產(chǎn)12個(gè)月，刮板消耗量為0，鏈條消耗量為0，未出現(xiàn)刮板螺栓松動(dòng)現(xiàn)象。鏈輪組件磨損僅為3 mm(磨損20 mm失效需調(diào)向或更換)，根據(jù)磨損情況，在鏈輪組件不調(diào)向情況下，可以繼續(xù)使用12個(gè)月。截止2016年10月底，共節(jié)省鏈輪組件投入約為97.6萬元，預(yù)計(jì)整個(gè)綜采工作面生產(chǎn)結(jié)束可節(jié)省鏈輪組件投入約為195.2萬元。每次更換或調(diào)向耗時(shí)約為8 h，前后溜4個(gè)鏈輪組件更換或調(diào)向共耗時(shí)約為32 h。截止2016年10底，21220綜采工作面刮板輸送機(jī)節(jié)省檢修時(shí)間約為128 h，按照每小時(shí)生產(chǎn)原煤約為251.8 t計(jì)算，若檢修時(shí)間投入生產(chǎn)，則可多生產(chǎn)原煤約為32230.4 t，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

[1] 吳濤. 綜采工作面大功率刮板輸送機(jī)選型及起動(dòng)特性分析[J]. 煤礦機(jī)械, 2013(6)

[2] 曲乃銳. 運(yùn)行阻力系數(shù)對(duì)刮板輸送機(jī)系統(tǒng)影響的分析與研究[J]. 煤炭工程, 2012(9)

[3] 毛君. 刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)行為分析與控制理論研究[D]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2006

[4] 洪曉華.礦井運(yùn)輸提升[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2005

[5] 梁傳建, 楊國來, 王曉鋒. 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法的火炮結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化[J]. 兵工學(xué)報(bào), 2015(5)

[6] 黃小僑, 李娜, 李軍等. 基于遺傳算法的常減壓裝置多目標(biāo)優(yōu)化[J]. 中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016(2)

[7] 張國新.不同工作面傾角下的刮板輸送機(jī)特性分析與研究[J].中國煤炭，2012(2)

(責(zé)任編輯 路 強(qiáng))

Keytechnologyresearchonoptimizationdesignofscraperconveyeratfull-mechanizedworkingface

Yu Juwang

(Electromechanical Equipment Lease Station, Henan Dayou Energy Co., Ltd., Yima, Henan 472300, China)

TD528.3

A

于聚旺.綜采工作面刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].中國煤炭，2017，43(9)：73-78. Yu Juwang.Key technology research on optimization design of scraper conveyer at full-mechanized working face [J].China Coal，2017，43(9)：73-78.

于聚旺(1965-)，男，河南義馬人，工程師，現(xiàn)任職于河南大有能源股份有限公司機(jī)電設(shè)備租賃站總經(jīng)理，長期從事煤礦機(jī)電裝備優(yōu)化設(shè)計(jì)與智能控制領(lǐng)域工作。