薄煤層采煤工作面中刮板輸送機的主要問題及應對策略

熊 雷，蘇 暢，鄭小魁

（安徽理工大學機械工程學院， 安徽淮南 232001）

0 引言

在煤礦采煤過程中，刮板輸送機作為運輸的不可替代性設備，對煤礦開采、運輸的工作效率有著重大的影響作用，其是一種以撓性體為牽引機構的連續輸送機械，既可用于水平運輸，也可用于傾斜運輸，是目前長壁式采煤工作面唯一的運輸設備[1]。我國將煤層厚度分布在0.8～1.3 m 的煤層劃為薄煤層，薄煤層地質條件和賦予情況，具有著高度的復雜性，在薄煤層開采應用過程中，對于普通中厚煤層開采技術來說，其適應性嚴重缺失[2]。現在我國刮板輸送機的總體設計、制造水平已接近國外同期制造工藝，因此技術的進步能在確保刮板輸送機持久、穩定運行的同時，解決刮板輸送機在薄煤層工作面的各種問題也成為當務之急，以確保煤礦開采的效率和經濟效益。

1 我國薄煤層刮板輸送機的發展歷程

我國對薄煤層的刮板輸送機進行了很長時間的探索，發展歷史如下。

從20世紀50年代初，我國就開始了薄煤層刮板輸送機的研究制造，研發的輸送機以軋焊刮板輸送機為主，且總裝功率在30 kW 以下，但當時薄煤層礦區的開采能力有限，已滿足生產需求，代表型號為SGB420/20型。

至20 世紀70年代，由于原有軋焊刮板輸送機總裝功率小、承載能力差，已滿足不了當時薄煤層開采量的需求，需要研發以大功率、大承載力為主的刮板輸送機。20 世紀70年代中期研制的新型刮板輸送機裝機功率增至2×40 kW及2×75 kW，槽體寬度增加[3]，煤炭輸送量也顯著提高，代表型號有SGB620/40(80)和SGB630/150型。改進后的軋焊刮板輸送機功率、承載力也基本滿足當時薄煤層工作面開采運輸的需求，但對于工作面的全機械化卻沒有廣泛推進。

20世紀80年代，采煤技術不斷更新換代，先進的采煤工藝帶動工作面產量持續升高，薄煤層工作面的產量也得以增長，原先的軋焊刮板輸送機已不能滿足生產的需求。20 世紀80年代后期，我國研制配套的刮板輸送機由軋焊刮板輸送機轉變為鑄焊型刮板輸送機[4]，代表型號有SGZ620/40(80)型，配套的采煤機和液壓支架也不斷改進，三機配套基本上實現了真正意義上的綜采機械化[5]。雖然20 世紀80年代后期薄煤層刮板輸送機得到巨大的發展，但當時國內煤礦開采重心全部投入中厚煤層的開采中，薄煤層的刮板輸送機等機械裝備發展趨于緩慢。

2 薄煤層采煤工作面中刮板輸送機存在的主要問題

刮板輸送機是高效綜采工作面必不可少的連續運輸機械設備，與采煤機緊密連接，承擔煤料運送工作。刮板輸送機運行過程中，主要承載運輸結構有中部槽，由啞鈴銷連接，且中部槽在推溜過程時會產生縱向位移，相鄰中部槽在多方向上有局部偏轉。在刮板輸送機橫移過程中，開始由一節中部槽構成小“S” 彎，隨后發展擴大到由推移步距和輸送機自身結構確定的一定節數的中部槽構成的大“S” 彎，形成彎曲段[6]。如圖1所示，1～12為中部槽的推溜順序，采煤機割下的煤料落到中部槽上，經鏈條的帶動從中部槽12 至1 的方向運輸出去。

圖1 推溜時刮板輸送機的彎曲示意圖

刮板輸送機在薄煤層工作面的技術要求相比其他煤層要更高，輸送機由于煤層采高的原因體積更小，質量減少，機身高度也低得多，但強度不能降低，壽命可靠性也有嚴格要求。因此刮板輸送機在薄煤層采煤工作面中有許多問題需要優化解決，以提高采煤效率和經濟效益。以下是刮板輸送機在薄煤層采煤工作面上存在問題的幾個方面。

2.1 高產方面

目前，國內外薄煤層采煤工作面使用的刮板輸送機多為中厚煤層用刮板輸送機的改良產品，機頭、機尾的高度易造成采煤機在此處采煤臥底量不夠，產生“三角煤” 等問題，需人工處理，生產效率較低[7]。相較于中厚煤層中高采高、超長工作面等高效綜采工作面使用的刮板輸送機，大多數薄煤層惡劣的開采環境對刮板機高產量的運輸問題需求多方面的改進，此前的薄煤層開采高產、高效受到很大限制，使得煤產出量較低，一般只有中厚煤層的1/3。為保障刮板輸送機在薄煤層工作面的高產，要求刮板機和采煤機成套系統高度集成，安全可靠，以達到高度自動化、常態化運行，提高生產效率目標。

2.2 超長工作面

薄煤層具有斷層構造較多的特點，但也存在部分賦存條件好、工作面回采范圍內幾乎沒有斷層等復雜地質構造的優質薄煤層，可以實現超長工作面開采。隨著采煤工作面的加長，采煤機循環割煤的出煤量也會有一定程度的增加，此時若刮板輸送機達不到運輸要求，容易導致刮板輸送機鏈條松弛、斷鏈停車，甚至導致刮板輸送機壓車過載、無法啟動的問題。相對于普通長度薄煤層工作面，超長工作面可能會造成采礦場新的破壞和運動，對開采機械設備造成更大的負載和壓力。在實際工作中，刮板輸送機的鏈條張緊力會隨著載荷大小及運行時間不斷變化，使鏈條整段或局部松緊程度超出設計值[8]，因此薄煤層工作面的加長，對刮板輸送機的運輸能力是一項重要考驗，影響超長工作面在薄煤層上的應用。

2.3 低采高工作面

從20世紀以來，我國薄煤層的開采工作進行的并不是太順利，薄煤層因為沒有很高的生產能力及多種其他因素的干擾，開采工作難以順利進行，有時會把這部分資源丟棄，這是對資源的浪費[9]。薄煤層0.8～1.3 m 的煤層厚度采用低采高的工作面，刮板輸送機也常因此出現過煤空間小、生產效率低和運煤能力差的問題。考慮到煤層厚度的變化、頂板下沉和浮煤等問題，其工作面高度會發生變化，且煤層開采時需要切割頂板、底板，因此煤層厚度不宜小于采煤機最小采高的110%～120%。薄煤層在開采過程中受其所在環境與空間的制約，相關設備安裝操作難度大，工作人員活動范圍狹小[10]，因此盡可能減小刮板機和采煤機配套工作后的采高，從而滿足低采高工作面的高度需求。

3 薄煤層采煤工作面中刮板輸送機存在問題的應對策略

3.1 高產方面

對于薄煤層采煤工作面中刮板輸送機的高產問題有以下幾點應對措施：實現三機一架及自動化系統高度集成，要求系統各種接口和通訊無縫鏈接，建立高度自動化運轉常態化工作，使整套采煤系統高度集成，提高生產效率；對于刮板機內部設計優化，改換大功率減速器，專為刮板機應用設計制造，提高性能穩定性；采用的鏈輪抽組壽命為國產同類產品兩倍以上，減少配件更換頻率；使用加強型椎頭加工型中部槽，提高蛇形彎曲過程中的槽間對齊能力，板和壓板采用粗牙型安全鎖緊螺母固定，使用過程中免維護，減少故障；刮板機采用變頻調速技術使鏈速動態可調，以實現恒定煤流運輸，優化生產能力；智能化服務實時監控設備運行狀態，提供故障預測和生產力分析。

隨著第五代移動通信技術（5G）的發展，其高傳輸速度、低時延、低功耗、大規模數據連接等優勢，為井下海量數據的高速傳輸、大規模設備連接、不同設備之間的實時互聯互通等提供了可能[11]。通過5G技術生態，可以實現地面對工作面地質多維數據、工作面環境監測數據、高清視頻監控數據等海量數據進行及時處理反饋，可實現刮板機在工作面的自動找直，通過獲取采煤機、刮板輸送機、液壓支架等信息，構建面向5G的井下一體化定位系統，降低刮板輸送機運行誤差范圍，實現刮板輸送機運行高效穩定。

3.2 超長工作面

薄煤層對超長工作面應用的關鍵是刮板輸送機的運輸效率，對刮板輸送機改良可以參考以下策略：世界現有超過400 m超長高產工作面的薄煤層刮板輸送機均采用高強度、高壽命的材料部件，既能延長刮板機使用壽命，較普通刮板輸送機使用年限更久，又無需頻繁更換零件以降低故障率；對刮板輸送機的電機功率和鏈條拉力進行計算，提供最佳設備配置，加入刮板輸送機卓越的鏈條管理和鏈條自動張緊技術，解決薄煤層超長工作面刮板輸送機容易鏈條松弛和振蕩問題；刮板機系統集成的傳動部件包括智能限矩器和高強度寬帶鏈技術進行更新迭代，能提供最大壓車啟動能力；刮板輸送機和采煤機聯動，鏈速動態控制，反饋采煤機減速，避免超長工作面的煤流過大導致壓車故障。

針對超長工作面長度大、刮板運輸機負荷較大的特點，減少刮板機的彎曲段的彎度，避免出現急彎，同時可以控制推溜距離，適當加大刮板機的彎曲段長度，減少刮板機的機械運轉阻力。薄煤層工作面長度的增加，提高工作面的有效開機率，提高工作面的單產水平，薄煤層煤礦每噸煤產煤成本得以降低，經濟效益顯著提升。

3.3 低采高工作面

薄煤層煤礦煤層厚度處于0.8～1.3 m，采用低采高的工作面。由于開采高度低，在選用采煤機和刮板輸送機配套使用時，還要留有足夠的操作空間給相關操作人員。采煤機矮機身結構和刮板機低斷面溜槽配套，刮板輸送機采用寬帶鏈低斷面結構，降低中部槽的高度，提高過煤空間。在刮板輸送機上做出優化，刮板機中部槽低高度裝煤鏟板，彌補低采高采煤機滾筒小的不足，提高裝煤能力；刮板機機尾采用低高度結構，提高采煤機對機尾底板和煤壁割透能力；刮板機機頭采用球形啞鈴銷與過渡槽連接，適應機頭區域坡底起伏；對刮板機和轉載機卸載口采用煤流仿真設計，減少回頭煤，提高卸載能力，這有利于提高生產效率，改變低采高工作面運煤能力差的問題。

4 結束語

本文通過對薄煤層采煤工作面中出現高產、超長工作面、低采高等方面的問題，提出應對策略。刮板輸送機通過優化刮板機內部設計、形成高度集成的自動化、開發實時監控反饋技術、提高采煤機和刮板輸送機的配套使用等應對策略來解決。

針對薄煤層刮板輸送機工作面開采技術問題的相關研究，進一步豐富了薄煤層綜采機械裝備工藝，應對策略的提出，為我國薄煤層高產高效開采技術提供可參考意見。