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★煤炭科技机电与信息化★ 薄煤层刨煤机工作面关键设备适应性改造技术研究＊ 王东攀１ 娄金福１ 李国君２ 李春睿１ （ １．天地科技股份有限公司，北京市朝阳区，１ ０ ０ ０ １ ３； ２． 铁法能源 （ 集团）有限责任公司，辽宁省调兵山市，１ １ ２ ７ ０ ０） 摘 要 根据刨煤机工作面原配套设备在生产中出现的端头支架移架速度慢、基本支架 扎底严重、对顶板适应性差、刨煤机断链频繁、刮板输送机重载启动烧电机等诸多问题，分 别对液压支架、刨煤机的结构和控制进行了一系列适应性技术改造。 关键词 薄煤层 刨煤机 液压支架 刮板输送机 适应性改造 中图分类号 Ｔ Ｄ ４ ． ６ ２ 文献标识码 Ｂ ＊基金项目 “ 十二五”国家科技支撑计划资助项目 （２ ０ １ ２ Ｂ ＡＫ ０ ４ Ｂ ０ ８） Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ａ ｄ ａ ｐ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｅ ｎ ｈ ａ ｎ ｃ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｃ ｏ ａ ｌ－ｐ ｌ ｏ ｕ ｇ ｈ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｎ ｓ ｅ ａ ｍ Ｗ ａ ｎ ｇ Ｄ ｏ ｎ ｇ ｐ ａ ｎ １， Ｌ ｏ ｕ Ｊ ｉ ｎ ｆ ｕ １， Ｌ ｉ Ｇ ｕ ｏ ｊ ｕ ｎ ２， Ｌ ｉ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｒ ｕ ｉ １ （ １． Ｔ ｉ ａ ｎ ｄ ｉ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ，Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｃ ｈ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ｇ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ １ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ； ２． Ｔ ｉ ｅ ｆ ａ Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ（Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ）Ｌ ｉ ｍ ｉ ｔ ｅ ｄ Ｌ ｉ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｃ ｏ ｍ ｐ ａ ｎ ｙ，Ｄ ｉ ａ ｏ ｂ ｉ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ｎ，Ｌ ｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ １ １ ２ ７ ０ ０，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ａ ｉ ｍ ｅ ｄ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｓ ｏ ｆ ｏ ｒ ｉ ｇ ｉ ｎ ａ ｌ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ａ ｌ－ｐ ｌ ｏ ｕ ｇ ｈ ｍ ｉ 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１年通过引进德国刨煤机核 心装备与国产设备相配套的方式，在小青矿装备了 我国首套薄煤层刨煤机无人工作面，取得了显著的 技术经济效益，但回采过程中存在一些适应性不足 问题。小青矿根据刨煤机在使用过程中遇到的问 题，结合矿区待采煤层的赋存条件，对配套液压支 架、刨煤机关键设备进行了一系列适应性改进。 １ 液压支架适应性改造 １ ． １ 端头支架适应性改造 首套刨煤机工作面机头端头支架 Ｚ Ｔ ９ ９ ０ ０／１ ７／ ３ ０采用２架１组 （ １主１副） ，由固定在转载机上 的悬臂梁交替拉架。为了实现端头支架自动化定量 推移，在端头支架上安设一个 ＰＭ ４支架控制器， 此控制器同时控制１架基本支架。该控制器与基本 支架上的ＰＭ ４控制器连接在一起，受ＭＣ Ｕ控制。 端头支架上的推移行程与１号基本支架上的推移行 程设定一样，当刨头向机尾运行时，ＰＭ ４向端头 支架和１号基本支架发出推移命令，电液控制阀组 动作，端头支架推移千斤顶按设定值向前推移机头 架，基本支架向前推移刮板输送机，ＰＭ ４同时不 断检测推移行程，当达到给定值时立即停止。刨煤 机工作面机头端头支架结构及布置如图１所示。 首套刨煤机端头支架使用初期并不理想，拉架 时间偏长，经分析后主要原因为端头支架２架１组 ４６ 中国煤炭第３ ７卷第１ ２期２ ０ １ １年１ ２月 （ 自重分别为４ ２ｔ和３ ８ｔ）自重过大，转载机尾、 刨煤机和刮板输送机驱动电机均骑坐在推移底座上 造成拉架阻力过大，且刨煤机电机位于主副端头支 架两根立柱之间 （ 间隙仅有１ ５ ０ｍｍ） ，容易发生 干涉。 针对以上原因，提出如下改造方案将原来的 ２架１组布置形式改进为３架１组 （ １主、１副、 １ 调节） ，将转载机尾、主副架底梁、刮板输送机机 头底座、调节架设计为直接落地，大大降低拉移支 架的阻力，增大刨煤机驱动电机与端头支架前立柱 的空间，提高移架速度。改造后刨煤机工作面机头 端头支架结构及布置如图２所示。 ５６ 薄煤层刨煤机工作面关键设备适应性改造技术研究＊ １ ． ２ 基本支架适应性改造 １ ． ２ ． １ 存在的问题 首套刨煤 机 配 套 基 本 支 架 选 用 Ｚ Ｙ ６ ４ ０ ０／０ ９／ ２ ０ Ｄ两柱掩护式液压支架，通过生产实践，发现该 支架主要存在以下问题 （ １）支 架 调 架 范 围 小。支 架 最 低 支 护 高 度 ０ ． ９ｍ，工作面局部地段煤层厚度仅０ ． ８ｍ，为了 保证支架通过时不被压死，刨煤机需要破顶或卧 底，刨刀磨损严重。 （ ２）支架前端底板比压大，扎底严重，造成移 架困难。 （ ３）支架平衡千斤顶控制采用手动操作，未与 立柱升降建立自动化联动，造成支架自移时对顶板 的适应性差，需要人工介入调整支架顶梁状态。 （ ４）刮板输送机发生上窜下滑时，支架推移框 架与底座相互卡咬，造成推移困难和推拉框架损 坏。 （ ５）支架高度变化时，顶梁与掩护梁之间存在 较大空隙，造成支架架内漏矸严重，时常砸坏液压 管路或液压元件，使支架失去自动控制功能。 １ ． ２ ． ２ 改造方案 根据以上原因分析，结合铁能集团待采煤层赋 存情况和现用设备的工况状况，就基本支架的结构 参数和电液控制系统提出如下改造方案 （ １）开发极薄煤层Ｚ Ｙ ４ ８ ０ ０／０ ６／１ ６ ． ５ Ｄ两柱掩 护式液压支架。支架调高范围０ ． ６～１ ． ６ ５ｍ，伸缩 比２ ． ７ ５，满足了最低采高０ ． ８ｍ 的要求，在满足 顶板支护要求的前提下，适当降低支架支护强度， 支架工作阻力由６ ４ ０ ０ｋ Ｎ降至４ ８ ０ ０ｋ Ｎ，重量由原 来的１ ５ ． ６ｔ降至１ １ ． ６ｔ，重量减轻２ ５ ． ６％，底座 前端底板比压值显著降低，改善底座扎底情况。 （ ２）为使支架的结构高度满足支架最小高度和 伸缩比的要求，设计中采用超薄煤层支架设计技 术，采用高强板焊接新工艺、新型焊接材料 （ 药芯 焊丝）进行制造。支架在高工作阻力下，为满足薄 和极薄煤层支架结构件所要求的高可靠性和高安全 系数， 同 时 在 最 低 状 态 下 有 足 够 的 过 人 空 间 （ ７ ０ ０ｍｍ４ ０ ０ｍｍ）的要求，结构件设计采用超 薄型 结 构，见 图 ３。设 计 选 用 国 内 高 强 度 等 级 （ ７ ０ ０～１ ０ ０ ０ＭＰ ａ）的钢材。 （ ３）为进一步改善液压支架底座扎底现象，经 过研究分析，对支架立柱控制系统进行改进。在液 压支架电液控制阀上分设２个降柱阀和１个升柱 图３ 超薄型顶梁结构示意图 阀，左右两根立柱可分别在ＰＭＣ Ｒ电液控制单元 控制降柱时将架脚提起。当发生支架扎底时，采取 手动操作将２根立柱依次提起，实现迈步式前进。 正常情况下，采用 ＰＭＣ－Ｒ 电液系统自动控制， 通过编程使２个降柱阀同时动作，实现自动移架。 液压支架迈步移架示意图如图４所示。 图４ 液压支架迈步移架示意图 （ ４）增强支架对顶板变化的适应能力。液压支 架平衡千斤顶由人工操作改为电液控制，避免支架 低头或平衡千斤顶安全阀损坏，增强支架对工作面 顶板的适应能力，在生产中更有利于操作人员对液 压支架的支撑状态进行合理调整。 （ ５）增强液压支架的调斜能力。由３组支架１ 个调斜油缸改为２组支架１个调斜油缸，进一步增 强对底板起伏的适应能力。 （ ６）改进支架底座前脚，将直角改变成倒角。 （ ７）在支架顶梁与掩护梁铰接处增设挡矸帘， 解决向架内漏矸的问题。 ２ 刨煤机适应性改造 刨煤机为德国进口，使用过程中也进行了一些 适应性改造，主要体现在以下３个方面 （ １）完善过载保护装置，提高生产能力。首套 刨煤机的型号为 ＧＨ ９－３ ４ Ｖ ｅ／４ ． ７滑行刨，总装机 功率２３ １ ５ｋＷ，上行刨速为 （ 下转第７ ２页） ６６ 中国煤炭第３ ７卷第１ ２期２ ０ １ １年１ ２月 质量与内容。 ４ 结语及展望 Ｃ Ｓ Ｒ评价系统拓展了煤炭企业社会责任评价 及管理新模式。通过 Ｇ Ｉ Ｓ平台的可视化和查询分 析功能，利用 Ｒ Ｆ Ｉ Ｄ、传感器、视频、地理编码等 手段对Ｃ Ｓ Ｒ活动发生地进行统一标识，进一步明 确企业社会责任活动的实时性，实现了企业社会责 任数据收集和处理的智能化，提高了管理效率，降 低对人为评价的依赖程度，提高问题发现能力，提 升企业社会责任整体管理水平。 目前，我国的企业社会责任信息化工作才刚刚 开始，基于Ｇ Ｉ Ｓ的煤炭企业社会责任评价平台搭 建起了企业社会责任评价信息化的技术体系，构建 了企业社会责任评价解决方案。随着该领域信息化 的不断推进，动态更新与资源共享机制将会逐步健 全，相关的技术也将会进一步完善、提高和发展， 应用功能也将进一步扩展。 参考文献 ［１］ 徐德金，胡宝林．基于Ｇ Ｉ Ｓ技术的瓦斯涌出量预测 ［Ｊ］． 中国煤炭，２ ０ ０ ９（５） ［２］ 常江，李亚博，温海燕 ．基于 Ｇ Ｉ Ｓ的采煤塌陷地建 设适宜性评价 ［Ｊ］．中国煤炭，２ ０ １ ０（ １ ２） ［３］ 孙键．企 业 社 会 责 任 指 数 研 究 ［Ｊ］．政 府 法 制， ２ ０ １ ０（２ ３） ［４］ 孙键，赵红，赵宇彤，胡锋 ． 基于多维尺度分析的 企业社会责任重叠测评实证研究 ［Ｊ］．数学的实践 与认识，２ ０ １ １（ ９） 作者简介孙键 （１ ９ ８ ３－） ，男，汉族，山西大同人， 中国石化石油工程技术研究院研究员、博士，研究方向 战略规划、企业社会责任及信息系统。 （ 责任编辑 路 强 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 ） （ 上接第６ ６页） １ ． ７ ６ｍ／ｓ，下行刨速０ ． ８ ８ｍ／ｓ， 配置具有过载保护作用的Ｓ－１ ５ Ｌ Ｋ型正齿轮减速 箱。为了进一步提高刨煤机的割硬煤能力和可靠 性，刨煤机总装机功率进一步加大，选用ＧＨ ９－ ３ ８ Ｖ ｅ／５ ． ７滑行刨，总功率达到２４ ０ ０ｋＷ，上行 刨速１ ． ９ ２ ｍ／ｓ，下 行 刨 速０ ． ９ ６ ｍ／ｓ，配 置Ｐ－ ３ ０ Ｕ Ｅ Ｌ型摩擦式过载保护减速器，一旦卡刨，离 合器立即打滑，液压控制系统在电动机停止前立即 使离合器设定压力降低，以保护离合器。 （ ２）刮板输送机电流监测装置的应用。首套刨 煤机无人工作面 ＭＣ Ｕ 控制台只能看到刨煤机负荷 电流大小，看不到刮板输送机负荷电流变化，控制 室操作员在切换刮板输送机高低速时完全凭经验操 作，易使刮板输送机过负荷运行，频繁启动后易烧 坏电机。经分析改进为在控制室增加刮板输送机电 流监测装置，以保证操作员及时掌握刨煤机电机、 刮板输送机电机运行状况，及时发现隐患，处理故 障。 （ ３）开发机尾自动清煤装置。由于刨煤机机尾 装煤效果差，造成机尾堆煤过多，不仅增加了工人 劳动强度，而且给工作面通风安全、刨煤机电机散 热、推移运输机机尾等带来隐患，为此开发了机尾 自动清煤装置，通过８ ０ ０ｍｍ 行程的千斤顶往返将 煤推至刮板输送机机尾弯板处，实现机尾自动装 煤，解决堆煤问题。 ３ 改进效果评价 经过改造后的液压支架和刨煤机用于小青矿 Ｗ ２ ７ １ ４工作面，通过对该工作面设备的开机率和 可靠性观测，工作面液压支架全部实现自动化，端 头支架移架速度大大提高，基本支架较少出现问 题，刨煤机断链频率大大降低，生产系统开机率由 原来的６ ４％提高至８ ０％，工作面单产水平由１ １ ． ８ 万ｔ／ａ提高至１ ４ ． ７万ｔ／ａ，取得了良好的使用效 果，这表明适应性改造是可行的，具有良好的推广 应用价值。 参考文献 ［１］ 赵士华，孙军．全自动刨煤机工作面生产管理经验 浅谈 ［Ｊ］．煤矿安全，２ ０ ０ ３（ １） ［２］ 张守祥．薄煤层全自动化配刨煤机工作面端头支架 设计研究 ［Ｊ］．煤矿机械，２ ０ ０ ８（ １） ［３］ 邵柏库．应用刨煤机技术实现薄煤层的高产高效 ［Ｊ］．煤矿机电，２ ０ ０ ５（１） ［４］ 阎海鹏 ．高效无人刨煤机工作面的开采技术研究 ［Ｊ］．辽宁工程技术大学学报，２ ０ ０ ４（６） 作者简介王东攀 （１ ９ ７ ８－） ，男，河南南阳人，工程 师，主要从事煤矿安全高效开采、矿山压力与岩层控制技 术等方面研究工作。 （ 责任编辑 路 强） ２７ 中国煤炭第３ ７卷第１ ２期２ ０ １ １年１ ２月
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