综采工作面采煤机智能化拖揽系统的设计及试验研究_陈军龙.pdf

综采工作面采煤机智能化拖揽系统的设计及试验研究陈军龙（山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿，山西古交030200）摘要：为了提高综采工作面采煤机、刮板输送机与液压支架之间的支护协同，达到“三机智能化”的效果，针对一般工况下采煤机拖揽系统出现的线缆以及水管挤裂等问题，提出较为完备的采煤机智能化拖揽系统的设计方案，通过试验验证了该系统的可靠性，达到了较为理想的效果。关键词：综采工作面采煤机智能化拖揽系统中图分类号：TD632.1文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0173-03引言作为现阶段煤矿企业的重要生产设备，采煤机经历了长足的发展。在井下的煤炭生产中，采煤机的电缆都比较长，出于对采煤机电缆的保护，需要将其贯穿到电缆夹中，经由电缆夹来完成对采煤机电缆的拖动工作。但是，在实际工作中，采煤机与电缆根本不会出现互相配合工作的情况，从而也就导致了电缆甩出电缆夹、电缆折断或者电缆漏电危及安全生产等诸多问题，这些问题的存在极大程度地影响了煤炭的高效生产，甚至可能出现危及工作人员人身安全的隐患1，因此本文以某种型号的采煤机为研究平台，设计了一套服务于该采煤机的智能化拖揽系统，在一定程度上改善了电缆与采煤机之间的调节配合，为相关学者提供了理论依据。1采煤机拖揽结构的组成采煤机的结构组成主要包含截割部、牵引部、行走部、拖揽装置以及控制系统等。在综采工作面进行推进时，其与刮板输送机以及液压支架共同作用，完成了割煤、落煤、运煤以及对采空区的支护工作。采煤机拖揽装置具体结构组成如图 1 所示。在井下的煤炭生产环节中，采煤机的拖揽装置其主要的作用就是将采煤机电缆与起冷却作用的水管在工作时保持连接，主要的结构分为 3 个部分，即拖揽部分、连接部分以及电缆夹。电缆夹中装有电缆以及自来水管，拖揽部分起到了对电缆以及冷却水管的拖动作用。将采煤机电缆在生产中出现的问题总结为以下 3 类：1）由于煤层的赋存条件复杂，采煤机在进行割煤时，需要在某个地方反复行走，从而就使得电缆夹之间相互重叠。如果采煤机电缆叠加到了一定的高度，使叠加的高度超出了存放电缆的槽部边缘高度，就会出现电缆夹从装有电缆的槽中外漏的现象。如果工作人员在工作时未能及时发现并处理，就会造成采煤机电缆的损坏，甚至被夹断。2）如果遇到坡度较大的工作面，采煤机在其上沿着坡度上方运行时会出现拖拽电缆阻力较大的情况，因此极有可能会出现由于拉拽电缆的力过大而导致电缆被拉断；此外，在沿着该工作面的坡度向下运行时，电缆自身具有一定的重力，也较为容易出现电缆从电缆夹中脱落划出的现象，给井下的煤炭安全生产带来了严重威胁。3）由于井下的空间固定，在狭窄的空间内设备的维修工作也难以展开，同时也就意味着一旦采煤机的电缆系统出现问题，那么对于其维护工作也变得相对棘手，工人在维修时也面临着危险，可行性很低。2智能拖揽系统的设计本文所研究的采煤机，其主要服务的工作面的推进长度为 700 m，其中综采工作面的倾斜长度为 150m；整个煤层的平均煤层厚度接近 2.0 m。要想通过智能拖揽系统解决前文中提及的采煤机电缆装置挤压、夹断的问题，就需要满足一定的技术要求。首先，就是要使得研制出的智能拖揽系统在采煤机进行割煤时，至多可叠加一次，电缆的夹板要始终夹紧；根据不同的采煤方式，要通过控制电缆夹板的运行速度来使电缆线与用于冷却的自来水管始终保持连接；如果采煤机的拖揽系统遭遇故障，所设计的系统要能及时起到收稿日期：2022-02-11作者简介：陈军龙（1984），男，河北井陉人，本科，毕业于辽宁科技大学，研究方向为机电工程。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.0681拖缆架；2连接螺钉；3回转套；4连接销；5连接耳；6电缆卡；7连接架；8电缆夹板图 1采煤机拖缆装置组成示意图12345678自动化系统设计机械管理开发第 38 卷采煤机的制动作用，从而降低故障损失；另外，为符合生产要求，各个部件要具备防爆性能2。2.1系统的总体设计工作考虑到采煤机的实际生产需要以及上述提及到的智能拖揽系统的技术要求，研制出了一套相匹配的智能拖揽系统，其具体的结构如图 2 所示。从图 2 中可以看出，智能拖揽系统是连接在采煤机上的，该系统是随着采煤机一起运动的，在电缆槽中，设置有电缆夹两层，其中下层的电缆夹是保持不动的，而上层的电缆夹则与采煤机相连接。也就意味着，下层电缆夹在采煤机运行时处于静止状态，而上层电缆夹则跟随采煤机的运动而运动，并经由夹轮的旋转完成对应的收放工作。2.2传动系统关键部件的设计在本文研制的智能拖揽系统中，其传动系统涉及到的关键部件主要囊括了链式回转拖链架以及行走导向轮。2.2.1链式回转拖链架该智能拖揽系统的拖揽工作主要是经由链式回转拖揽架来完成的，但是传统的拖揽器存在着许多技术上的问题，比如在实际的煤炭生产中，电缆会出现被挤压，甚至出现夹断的现象。所以，要在传统拖揽器的基础上对结构进行更新：1）要保证采煤机的机身部分与拖揽器之间的接触面积足够大，同时还要增大拖揽操纵杆的横截面尺寸。2）在拖揽器保持原有功能的基础上，增加翻转功能，这样做的目的是为了使电缆夹可以随着采煤机的运动而顺利贯穿拖揽架。其更新后的链式回转拖链架如图 3 所示。2.2.2行走导线轮该行走导线轮主要起到一个导向作用，也就是说在采煤机运动时，拖动电缆夹随之运动。考虑到导向轮的现实工作要求，将该结构设计成如图 4 所示的情况。2.3电气控制系统的设计要想使得拖揽系统达到智能化的水平，还应设计一个与之配套的智能电气控制系统。在智能电气控制系统的设计方面，要使其与采煤机的控制器始终保持连接3，从而具备实时测温功能，来实现对系统的保护，此外还能对采煤机及其拖揽装置的所处地点以及运行速度实时监测，从而研制出了智能化拖揽系统的控制指令。考虑到智能化拖揽系统涉及到的功能，其具体的电气控制系统如图 5 所示。3智能拖揽系统的模拟试验研究3.1试验模拟过程井下工作面的环境是极其恶劣的，为了保证模拟试验环境与实际尽可能相符，本次试验通过将枕木垫放到刮板输送机的底部的方式，来模拟综采工作面弯曲以及垂直的效果；将枕木插进电缆槽中，来模拟实际生产过程中拖揽系统遇到的障碍。此外，针对拖揽系统中的链条与电缆槽以及行走导向轮与电缆槽之间的协同工作进行了重点试验研究，同时也关注了当拖揽系统遇到障碍时的智能控制效果。其具体的试验模拟图如下页图 6 所示。3.2试验结果分析根据以上的智能拖揽系统模拟试验，归结出了两个方面的结果，一方面，是在智能拖揽系统跟随采煤图 2智能拖揽系统结构示意图图 3链式回转拖链架示意图I导轨；2导向轮；3护罩；4导线轮图 4行走导线轮结构示意图图 5电气控制系统原理图导向轮连接采煤机驱动机头张紧油缸电缆槽链条回转机尾链式回转拖缆器12343控制通信通信通信显示器温度保护煤机控制器位置和速度信息编码器M13B1B2控制器四象限变频器1742023 年第 2 期机运动时，可以实现运行过程中的不卡顿、运行状态平稳的效果；另一方面，如果研制的智能拖揽系统在运行时遇到了障碍，那么通过电气控制系统在极短时间内增大拖揽的阻力，进而实现拖揽装置的牵引电流的变大，一旦牵引电流达到一定值，智能拖揽系统就会通过监测预警功能将信息反馈给施工人员，然后完成采煤机的制动，达到了对电缆系统以及冷却自来水管的保护目的。4结语关于现代煤矿智能化建设工作，尤其是针对煤矿综采工作面的智能化建设一定要循序渐进、逐渐拓展，在扩展的进程中又不能急于求进，技术与设备应该配套发展，尤其要提升作业人员的整体技术水准。综采工作面智能化在全面推进时，还要同时进行井下灾害的治理工作、作业设备的检修与维护工作以及施工人员整体素质的提升。逐步实现从单体的智能化向整体系统的智能化的转变，同时进行作业人员技术培训、综采设备的远程监控和维护工作。只有做好上述相关工作，才能进一步促进综采工作面智能化发展。参考文献1史翔峰.综采工作面采煤机智能化拖缆系统的设计及模拟试验研究J.机械管理开发，2021，36（12）：270-272.2娄伶俐，高宏伟，张腾，等.采煤机用拖缆装置的改进设计J.煤矿机电，2015（3）：67-68.3杨华.采煤机拖缆装置结构优化设计及仿真分析J.机械管理开发，2019，34（8）：26-27；34.（编辑：高伟）6-1水平、垂直方向弯曲的模拟6-2智能化控制的模拟图 6现场试验模拟Design and Experimental Study of Intelligent Dragging System for Coal Mining Machine atHeader Working FaceChen Junlong（Tunlan Mine,Shanxi Coking Coal Group Limited Liability Company,Gujiao Shanxi 030200）Abstract:In order to improve the support synergy between the coal miner,scraper conveyor and hydraulic bracket at the comprehensivemining face and achieve the effect of three intelligent machines,a more complete design of intelligent coal miner dragging system isproposed for the problems of cables and water pipe squeezing and cracking that occur in the dragging system of coal miner under generalworking conditions,and the reliability of the system is verified through tests.The reliability of the system was verified through tests,and amore satisfactory result was achieved.Key words:comprehensive mining face;coal mining machine intelligence;dragging system动器的控制回路发生损坏。最后，如果这两者都无故障，就要对整个皮带输送机中的胶带进行检测，若出现胶带低速打滑现象，就要合理对胶带进行调整。5结语煤矿矿井皮带输送机综合保护装置在整个煤炭运输中都发挥着极其重要的作用，是煤矿运输工作能够顺利进行的重要保障。在煤矿生产研究工作当中，不能忽视对皮带输送机综合保护装置的研究，应不断改进，使其更具自动化、智能化，为煤矿安全生产更好服务。参考文献1褚景倍.试论煤矿井下皮带机中的综合保护装置J.产业与科技论坛，2011，10（13）：88-89.2韩志工，李冠坚.皮带机输送综合保护控制装置的设计J.科技信息（科学教研），2008（19）：429-430.3徐京，王建风，王增军.浅析综合保护装置在煤矿井下皮带机中的应用J.山东煤炭科技，2011（4）：22-23.（编辑：李俊慧）Study of Integrated Protection Device for Belt ConveyorYang Jianbo（Shanxi Coking Coal Xishan Coal Power Xigou Mine,Xingxian Shanxi 033602）Abstract:The belt conveyor in mines has the advantages of high conveying capacity,