蒲海峰，王國清，樊成向

(1.四川華鎣山廣能集團(tuán) 嘉華機械有限責(zé)任公司， 四川 廣安 638600；2.四川華鎣山廣能(集團(tuán))有限責(zé)任公司， 四川 廣安 638600)

0 引言

薄煤層(0.8～1.3 m)由于空間狹小，設(shè)備配套和頂板管理困難、地質(zhì)條件變化大，是國內(nèi)外公認(rèn)的復(fù)雜難采煤層[1]。因受到開采技術(shù)和裝備的制約，薄煤層的開采成本高、資源回收率差、安全狀況差，造成多數(shù)地區(qū)礦井采取棄薄采厚的做法，但面對煤炭資源的日益枯竭，以及我國《防治煤與瓦斯突出規(guī)定》明確規(guī)定，在突出礦井開采煤層時，“必須首先開采保護(hù)層”，沒有條件的，也應(yīng)創(chuàng)造條件開采薄煤層或突出危險性較小的煤層作為強突出煤層的保護(hù)層開采[2-3]。因此，進(jìn)一步優(yōu)化完善薄煤層的安全高效開采技術(shù)和裝備，對實現(xiàn)國家能源可持續(xù)發(fā)展有重要意義。

薄煤層三機配套首先考慮“三大空間”，即過機空間、過煤空間、行人空間，其次再考慮各配套設(shè)備的技術(shù)功能。以現(xiàn)今廣泛采用的薄煤層電牽引采煤機為例，需具有小機身、大截割功率的技術(shù)特點；多數(shù)薄煤層的煤炭分布呈傾斜走向，因此，采煤機的設(shè)計與配套需要同時兼顧適應(yīng)大傾角、薄煤層地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點。

薄煤層電牽引采煤機牽引方式主要分為內(nèi)牽引和外牽引兩種[4]。內(nèi)牽引(又稱無鏈牽引)方式是將采煤機牽引部布置在機身上，采煤機以電牽引方式行走。該布置方式對煤層頂?shù)装迤鸱?、工作面彎曲、煤層厚度和傾角變化等的適應(yīng)性較強，采煤機使用壽命長，工作安全可靠。但牽引部體積較大，增大了采煤機外形尺寸，機面高度一般較高，且一旦出現(xiàn)機械故障檢修困難。外牽引方式是將采煤機牽引部布置在工作面輸送機的機頭、機尾處，類似于拖鉤刨煤機，由采空區(qū)側(cè)的圓環(huán)鏈牽引,其優(yōu)點是采煤機體積小，功率大，工作可靠，方便維修。但由于圓環(huán)鏈存在彈性伸長，在采煤機移動時易產(chǎn)生振動，牽引、截割動載荷都較大，存在斷鏈、彈鏈傷人的事故隱患。

通過分析對比，解決采煤機圓環(huán)鏈牽引方式下的斷鏈和斷鏈防滑問題是實現(xiàn)采煤機在大傾角薄煤層安全可靠開采的最優(yōu)途徑之一。

1 采煤機整機布局及主要技術(shù)參數(shù)

1.1 整機結(jié)構(gòu)布局

MG 2X160/T45-BFD大傾角薄煤層鏈牽引采煤機平面布置如圖1所示,配套斷面如圖2所示。

1-刮板輸送機;2-截割滾筒;3-截割部;4-電控部;5-牽引部;6-牽引鏈;7-主動防滑裝置;8-過橋。圖1 MG2×160/745-BFD采煤機平面布置

1-采煤機;2-刮板輸送機;3-液壓支架。圖2 MG2×160/745-BFD采煤機配套斷面

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

采煤機主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)表

1.3 主要技術(shù)特征

1) 懸臂布置方式。采煤機采用懸臂式布置，搖臂和機身均懸在機道內(nèi)，呈懸臂狀,如圖3所示。這種布置方式下，結(jié)構(gòu)體積最大的搖臂和電控部全部被優(yōu)化至煤壁的煤道中，優(yōu)點是機面高度低，過煤高度大。同時搖臂采用U型結(jié)構(gòu),如圖4所示、雙電動機(2×160 kW)驅(qū)動，可實現(xiàn)采煤機在薄煤層條件下煤、巖混采，并有效解決了薄煤層收煤困難的技術(shù)難題。采煤機工作時，一般采用前滾筒割底煤開機道、后滾筒割頂煤的割煤方式。

圖4 懸臂式搖臂

2) 騎溜布置方式。采煤機支撐采用騎溜布置方式(如圖3所示)，支承和導(dǎo)向方式與騎溜槽采煤機相同，機身采空側(cè)的過橋設(shè)計具有機身平衡裝置的功能，有效保證了運行狀態(tài)下采煤機機身的平衡與穩(wěn)定，且此布置方式更適應(yīng)軟底板的工況條件。

3) 外牽引布置方式。采煤機采用外牽引方式驅(qū)動采煤機，將牽引部(如圖5所示)分別布置在機、風(fēng)巷的輸送機的機頭機尾架上，通過圓環(huán)鏈連接采煤機與牽引部，最終實現(xiàn)采煤機的牽引行走。牽引部采用外置式后，減小了采煤機機身體積，縮短了采煤機機身的長度，降低了采煤機機身高度，增加了過煤空間。同時，牽引部為雙驅(qū)動(2×45 kW)布置，牽引力403.9 kN，高速軸設(shè)置有液壓制動器，提供了大傾角煤層下雙向割煤所需的動力。

圖5 外牽引布置

4) 斷鏈保護(hù)裝置。為了避免斷鏈、彈鏈傷人事故，選用破斷拉力為1 450 kN，φ34×126-C規(guī)格的圓環(huán)鏈進(jìn)行牽引，并設(shè)置牽引鏈斷鏈保護(hù)裝置(如圖6所示)予以人員的防護(hù)，設(shè)置主動防滑裝置予以防護(hù)。

圖6 斷鏈保護(hù)裝置

2 主動防滑技術(shù)

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，當(dāng)煤層傾角大于15°以上，使用采煤機采煤時，采煤機必須有可靠防滑裝置(俗稱防跑車裝置)，以防止采煤機在采煤過程中發(fā)生下滑跑車事故[5]。

2.1 傳統(tǒng)的被動防滑技術(shù)

目前，國內(nèi)所使用的鏈牽引采煤機的防滑裝置，主要采用一臺與采煤機運轉(zhuǎn)速度相同的同步絞車作牽引，將同步絞車的鋼絲繩與采煤機連接在一起，由于同步絞車運轉(zhuǎn)速度與采煤機割煤速度同步，不會影響采煤機的正常運行割煤。當(dāng)采煤機下行或上行割煤時，同步絞車的鋼絲繩將隨采煤機作同步放繩或收繩運動，可防止采煤機牽引鏈斷鏈后采煤機的下滑跑車事故。但此種被動防滑裝置存在以下幾種缺陷：1) 當(dāng)同步絞車鋼絲繩也會發(fā)生斷繩故障，保險系數(shù)低；2) 同步絞車的牽引鋼絲繩在下放工作過程中，鋼絲繩彈動弧度較大，作業(yè)區(qū)內(nèi)的操作人員安全得不到有效保障；3) 同步絞車和絞車鋼絲繩需專業(yè)人員經(jīng)常進(jìn)行維護(hù)，增加了維護(hù)工作量。因此，采用同步絞車仍未解決鏈牽引采煤機在大傾角煤層的防滑問題。

2.2 改進(jìn)后的主動防滑技術(shù)

主動防滑技術(shù)，是在采煤機的過橋或機身上設(shè)置一套防滑裝置，當(dāng)采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈后，通過張力傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)，采煤機主控器進(jìn)行采煤機和刮板輸送機的斷電，采煤機在初始下滑中，防滑拉鉤的鉤頭會自動掛在刮板運輸機的刮板上，能有效防止采煤機的失控下滑運動，解決了鏈牽引采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈后發(fā)生下滑跑車事故。

主動防滑技術(shù)的工作原理：由于采煤機的割煤或行走速度(最大牽引速度5.87 m/min)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于刮板運輸機的運轉(zhuǎn)速度(鏈速70.2 m/min)，當(dāng)采煤機進(jìn)行下行或上行割煤時，刮板運輸機的運行方向始終為向下運行，當(dāng)刮板運輸機內(nèi)的刮板向下運行到防滑拉鉤的鉤頭位置時，防滑掛鉤的鉤頭在刮板向下運動的沖擊力作用下，使防滑掛鉤的鉤頭沿銷軸向上自動抬高，讓刮板運輸機的刮板能夠自由通過，不會影響刮板運輸機的正常運煤工作，如圖7所示。當(dāng)采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈造成采煤機失控下滑時，采煤機在瞬間的失控下滑速度會超過刮板運輸機的運轉(zhuǎn)速度，由于刮板運輸機的刮板間距較小，一般為900 mm，同時安裝在牽引鏈側(cè)的張力傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)會立即傳輸給采煤機主控器，對采煤機和刮板輸送機進(jìn)行斷電。因此，防滑拉鉤的鉤頭會在瞬時內(nèi)將采煤機鉤掛在刮板運輸機的刮板上，使采煤機的牽引鏈發(fā)生斷鏈時，不會發(fā)生采煤機下滑跑車事故，如圖8所示。

圖7 采煤機正常割煤狀態(tài)

圖8 采煤機斷鏈防滑狀態(tài)

3 應(yīng)用效果

主動防滑技術(shù)在四川華鎣山廣能集團(tuán)李子埡煤礦11021工作面的MG150/421-PFD薄煤層鏈牽引采煤機技術(shù)改造項目中得到了實踐運用，成功解決了大傾角薄煤層鏈牽引采煤機斷鏈下滑飛車的技術(shù)難題，應(yīng)用期間斷鏈下滑飛車零事故，效果顯著，有效實現(xiàn)了薄煤層安全、高效開采。主動防滑裝置結(jié)構(gòu)簡明、安裝方便、制作成本低、強度可靠，除適用于鏈牽引采煤機外，也可以作為二級防滑裝置推廣運用至大傾角煤層電牽引采煤機中，具有一定的推廣前景。

4 結(jié)論

MG2×160/745-BFD大傾角薄煤層懸臂式鏈牽引采煤機是在廣能嘉華機械公司MG150/421-PFD薄煤層鏈牽引采煤機基礎(chǔ)上優(yōu)化、衍生出口機型，融合了大傾角、薄煤層采煤機的技術(shù)特點，采煤機具有機身結(jié)構(gòu)小，截割功率大、牽引力大、機面高度小、過煤空間大、防滑制動可靠等技術(shù)特點，可實現(xiàn)傾角35°以下的0.8～1.3 m薄煤層工作面的煤、巖混采，設(shè)備安全、可靠、高效。