刮板输送机技术发展历程(一)——国外技术

刮板输送机是井下采煤工作面的“脊梁”装备,它经历了6次技术变革,持续推动采煤工艺变革及生产效率持续提升。刮板输送机第1次技术变革发生于1900-1940年,诞生了可拆卸刮板输送机,煤矿开启半机械化开采时代;第2次技术变革产生于1940-1950年,创制了可弯曲刮板输送机,煤矿进入机械化开采时代;第3次技术变革形成于1950-1985年,创设了可自移刮板输送机,煤矿跨入综合机械化开采时代;第4次技术变革出现在1985-2000年,已发展成为重型化刮板输送机,煤矿走向高产高效综采时代;第5次技术变革形成于2000-2010年,研发出自动化刮板输送机,煤矿迈向数字化综采时代;第6次技术变革始于2010年,创新推出智能化刮板输送机,煤矿开启少人化智采时代。英国和德国为刮板输送机初创做出巨大贡献,研制出多种早期的刮板输送机机型。苏联对刮板输送机的系列化,以及对机械化采煤机的配套起到重要的创新推动作用。在此基础上,1954年,英国把安德顿滚筒采煤机与垛式支架、可弯曲刮板输送机组合为综合机械化采煤机组,建成世界上第一个综采工作面。21世纪以来,世界煤炭开采的重心逐步转向我国,国外刮板输送机研发与制造影响力逐年衰减,我国逐渐成为刮板输送机的制造强国。

采面刮板输送机与采煤机协同控制技术研究

通过实时监测采煤机牵引速度、负载及刮板输送机负载等实现刮板输送机与采煤机协同控制,具体采煤机牵引速度快时且刮板输送机负载呈增加趋势时适当增大刮板输送机运行速度,反之则适当降低运行速度。对协同控制使用的硬件设备结构及控制方式等进行分析。现场应用后,刮板输送机运行速度可随采煤机牵引速度改变而改变,在一定程度提高了刮板输送机运行效率。

刮板输送机中部槽的设计及优化研究

刮板输送机中部槽运行质量直接关系到刮板输送机的整体工作质效。从刮板输送机中部槽的使用情况来看,中部槽的刚度、强度等因素直接对刮板输送机的工作效率、使用寿命及运量等产生直接的影响。全面对中部槽构成、受力情况等进行对比分析,实现对中部槽的整体优化和提升,能够较好提升刮板输送机的运行质效。本文从刮板输送机运行原理分析入手,研究了刮板输送机中部槽结构组成,并针对性提出了刮板输送机中部槽的设计及优化主要技术措施,结合具体案例,对刮板输送机中部槽的设计进行优化后的效果进行了剖析。

刮板输送机常见故障及改进措施研究

刮板输送机是一种运输设备。由于煤矿地质条件复杂,并且运输强度大,刮板输送机在运行时经常出现各种故障,引起一系列安全事故,给煤矿企业造成一定的损失。重点分析了刮板输送机的常见故障,并针对这些故障提出了有效的改进措施,以降低故障发生概率,提高设备运转效率,并延长设备使用年限,为煤矿创造更好的经济效益。

薄煤层工作面“三机”设备选型及布置

为进一步提升煤矿极近距离煤层的开采效率和安全性,降低煤炭开采成本,以某14号煤层为研究对象,结合相关理论计算公式对液压支架、采煤机以及刮板输送机的核心指标进行核算并完成设备的确定;对所选型的综采设备在现场进行布置并对工程实践应用效果进行评估。

刮板输送机技术发展历程(二)——国内技术

我国生产刮板输送机始于1950年,以仿制苏联刮板输送机为主。1954年开始定型生产SGD-11型、SGB-11、SGB-15型刮板输送机;1958年试制出可弯曲链板输送机。1970年,国产SGW-150型刮板输送机与MLQ1-80型采煤机、TZ140型液压支架组成中国第一个采用自主装备的综采工作面。截至2020年底,我国累计生产煤矿刮板输送机19.43万台,其中张家口煤矿机械公司生产60 360台,宁夏天地奔牛公司生产24 840台。自2010年起,智能化刮板输送机开始起步,2011年研制成功国内首台初级智能化刮板输送机成套设备,2012年研制成功变频一体电机驱动的中双链刮板输送机,2014年研制成功世界首台具有装载量监测和自适应调速的智能控制刮板输送机。2022年研发出500 m长运距智能刮板输送成套装备,输送能力达3 000t/h;2023年研制出世界首套10m超大采高智能刮板输送机成套装备,输送能力为8 000t/h。我国刮板输送机单机平均吨位呈现指数型增长,20世纪50年代的单机平均吨位仅为5.3t,之后40年的刮板输送机处于小型化阶段;2000年单机平均吨位达到45t,进入重型化时期,2010年达到75t;之后进入超重型机型阶段,2020年单机平均吨位达161t。

工作面高效回采智能化调控技术研究

针对采煤机和刮板输送机连续高速运转造成的能源浪费和运输效率低的问题,基于多传感器信息融合技术,选取采煤机摇臂振动信号、截割电机电流信号以及调高油缸压力信号作为表征信号,利用RBF神经网络识别参数得到采煤机的煤岩截割状态。开展采煤机煤岩截割实验,读取采煤机截割煤、岩时的参数信号进行分析,验证预测效果为97.2%.对采煤机双向割煤过程中刮板输送机载煤量的变化进行分析,探究负载与电机电流的关系,为刮板输送机-采煤机协同调速提供依据和控制策略,有效解决采煤机和刮板输送机恒速运行模式下刮板输送机负载变化过大,避免了煤量短时过度累积和卸载。研究结果为加强矿区的安全建设提供一定的技术依据,避免了各种装置及设备的损失,对提高提煤矿的经济效益具有重要意义。

煤矿刮板输送机链传动系统动力学仿真分析

以SGB62040T煤矿刮板输送机为例,介绍一种基于有限元分析的刮板输送机链传动系统动力学仿真分析方法。首先,将链传动系统相关参数录入到UG软件内,构建出整个链传动系统模型图,之后以此为基础,模拟分析链传动系统的动力学特性,以准确寻找出链传动系统中的薄弱点,为链传动系统结构的优化设计提供支持,确保刮板输送机能够安全、稳定地运行。

煤矿刮板运输机关键部位应力分析与结构优化设计

基于轻量化设计思想,介绍了一种适用于煤矿刮板运输机关键部位的结构优化方案。具体结构优化过程主要包括基于有限元模型的关键部位应力分析和关键部位结构优化设计两个环节,其中关键部位应力分析可用于确认煤矿刮板运输机关键部位受力薄弱点,以此为基础开展关键部位结构优化设计。将关键部位结构优化设计应用于工程实践,检验结构优化设计可行性和应用价值。

薄煤层开采用刮板输送机低矮型机头传动部组件设计

针对薄煤层开采用刮板输送机常因机头卧底量较小、下三角煤割透能力较差而增加开采难度的问题,提出了一种可适应薄煤层开采的低矮型机头传动部组件。该机头传动部组件采用标准6齿链轮组件,可适应φ30 mm×108 mm规格圆环链,总功率可适配到400 kW,能满足薄煤层220 m长运距的输送要求,且该机头在工作之中完全能满足巷道自适应的要求。

基于PLC的采煤机与刮板输送机联动控制技术研究

为了解决高瓦斯矿井开采过程中瓦斯突出问题,利用数量化理论建立了瓦斯涌出量模型,并建立了采煤机和刮板输送机的动态联合控制技术,以瓦斯涌出量为基准,实现对采煤机、刮板输送机运行状态的协同调控。根据实际应用表明,新的联动控制系统能够将井下瓦斯超限异常降低91.6%,将刮板输送机运行能耗降低22.6%,有效提升了煤矿井下综采作业的安全性。

刮板输送机与采煤机协同调速技术研究

为实现采面煤炭高效开采及运输,确保刮板输送机与采煤机等协调、经济运行,综合采用S7-300PLC、传感器、Mesh网络以及WinCC构建刮板输送机和采煤机运行速度协同控制系统。对系统架构、传感器类型、Mesh网络布置以及WinCC平台控制方案等进行阐述并在12303综采工作面进行工程应用。结果表明,构建的运行速度协同控制系统可实现刮板输送机链速与采煤机牵引速度间协同,在满足煤炭高效生产的同时降低刮板输送机能耗;同时现场应用期间未出现刮板输送机堆煤情况,现场应用效果较为显著。

刮板输送机机头机尾垫架不同工况的结构设计

介绍了采煤工作面刮板输送机机头、机尾垫架在薄煤层、中厚煤层配套不同的刮板输送机的结构设计。该设备结构简单、强度高,清煤方便,总体尺寸小,适应性强,能有效解决刮板输送机机头、机尾因工作面起伏与两巷底板存在台阶或倾角悬空而容易损坏的问题,降低刮板输送机故障率,稳定采煤效率。

刮板输送机技术发展历程(三)——驱动与智能控制技术

刮板输送机自诞生以来,其控制技术从人工控制发展为集中控制、远程控制、自动控制、智能控制。在综采工作面“大三机”中,刮板输送机是最先实现自动化,也是最早跨入初级智能化的采矿装备,智能刮板输送机支撑了智能化采煤时代的发展。认为,高级智能化刮板输送机至少应具备运行状态、机器姿态和设备状态3种状态,具备自主感知、自主决策、自主调控3种能力,以此形成采煤工作面煤流装载运输智能协作机群。总结了刮板输送机软启动技术发展,介绍了刮板输送机转弯驱动技术。指出,最新研发的永磁电机半直驱刮板输送机取代了传统驱动方式,使刮板输送机在综采工作面端头占用的空间大幅度缩减,提升了输刮板送机的驱动智能性、设备运行的可靠性、井下空间的通畅性和端头顶板的支护性。近年来,国外公司推出的Opti Drive AFC自动控制系统,国内公司推出的采煤工作面远程集中监控驾驶舱和刮板输送机智能控制系统,均具有刮板输送设备工况监测、链条自动张紧、煤量监测、关键零部件健康状态分析、智能启动调速及故障诊断等功能,支撑了综采工作面的全自动化运行。

采煤机与刮板输送机协同控制技术研究

针对矿井使用的MG900/2400-WD型采煤机、SGZ1000/3×1200型刮板输送机的系统控制需求,搭建起采煤机与刮板输送机协同控制系统.测试结果表明:通过协同调速技术的应用,可有效降低刮板输送机20%~30%的无效机械损耗及电能损耗,单台设备年度维护费用可节省约2.5万元,技术经济效益显著,实现了预期的研究目的.

协调调速系统在工作面刮板输送机中的应用

针对晋北煤矿405工作面回采时发现采煤机与刮板输送机存在速度调节滞后、能耗高以及设备联锁控制效果差等问题,通过技术研究决定对刮板输送机与采煤机之间安装一套以变频器为控制器的协调调速系统。实际应用效果表明,该系统投入使用后大大提高了设备开机率,增加单班原煤量达650t,取得了显著应用成效。

基于负载预测实现采煤机的调速控制研究

针对当前采煤机速度控制与刮板输送机负载尚未达到协同控制的现象,经常导致刮板输送机处于超载运行状态的问题,提出了基于对刮板输送机负载预测为基础的采煤机调速控制系统,在系统总体设计和关键硬件选型的基础上,重点对刮板输送机负载预测的算法和采煤机调速控制流程进行分析;最后,将所设计的系统应用实际生产中对其应用效果包括采煤机的速度控制和刮板输送机的负载预测效果进行综合评估,并达到理想效果。

刮板输送机自动调控系统的应用研究

刮板输送机自动调控系统在煤矿综采工作面的应用,可以实现刮板输送机的自动化运行,减少人工操作,提高工作面生产效率。主要对刮板输送机自动调控系统的应用进行了研究,并分析了刮板输送机自动调控系统的组成,阐述了刮板输送机自动调控系统的控制方式和应用效果,以进一步提升刮板输送机运行的安全性。通过对刮板输送机自动调控系统的研究,在保证采煤作业顺利进行的同时,也能有效提升采煤效率。为提高刮板输送机的工作机能,降低煤矿生产成本,提出了一种基于PLC控制的刮板输送机自动调控系统。

刮板输送装备堵塞大块煤的自动破碎控制方法研究

部分刮板输送装备采用摇臂式液压冲击破碎装置实现对大块煤的破碎,但均采用人工现场手动或遥控操作,效率低且存在安全隐患。提出了一种基于红外激光测距的刮板输送装备用大块煤自动破碎控制方法,能够自动开展破碎作业,满足自动、快速、高效破碎大块煤的使用需求。

SGD280/7.5矿用中单链刮板输送机圆环链轮运行特征分析

为进一步探究刮板输送机的动态性能,以小型煤矿企业常用的SGD280/7.5型矿用中单链刮板输送机作为研究对象,首先对其进行虚拟仿真模型的建立,而后应用ADAMS多体动力学分析软件,针对正常工况和非正常工况的接触力数值进行分析和比较,提出相应的改进方法。在此基础上,进一步通过模态分析方法,明确该刮板输送机的固有频率及振型,为圆环链和圆环链轮的设计提供更多参考。