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。

刮板输送机技术发展历程(四)——智能化成套装备

采煤工作面机器人群包括智能刮板输送机,它不仅要自适高效输送煤流而且要引导智能采煤机沿着工作面截割煤炭、牵引智能液压支架安全支护岩层顶板,因此刮板输送机智能性直接影响采煤机组智能性。认为,断链监测与保护技术、链张力实时感控技术、煤流量在线监测技术和机身自动调直技术是智能刮板输送机的关键感控要素,目前这些技术已达到成熟应用,为刮板输送机无人化运行提供了重要保障。自2010年起,我国刮板输送机智能化技术创新加速,研发成功超大功率、超长运距智能刮板输送机,以此构建了超级智采工作面。指出,未来刮板输送机永磁电机智能驱动、智能力感刮板链、全耐磨整体成型中部槽、数字孪生控制系统将成为新一代高级智能刮板输送机的发展方向,进而推进煤矿智采工作面进入高级智能化层次。

综采工作面刮板输送机煤流时空分布研究

基于传感器的煤流特征研究受传感器监测范围有限的影响,无法对刮板输送机整机煤流特征进行研究;基于模型仿真的煤流特征研究缺乏对开采工艺的考虑,不能预测刮板输送机整机的煤流时空分布。针对综采工作面刮板输送机整机运载煤流特征难以监测的问题,结合综采工作面开采工艺,通过分析采煤机截割装载和刮板输送机运载煤流过程,建立了各工艺段下不同装载方式的刮板输送机瞬时装载体积、截面积的数学模型;将刮板输送机运载煤流过程划分为煤流平移和装载煤流叠加,基于有限元方法构建了综采工作面刮板输送机煤流时空分布预测模型。利用该模型仿真分析了开采工艺周期内刮板输送机的煤流时空分布特征:相比于中部正常截割阶段,端头截割阶段的煤流时空分布较为复杂;中部槽装载煤流的最大截面积出现在调换滚筒位置阶段;刮板输送机运载煤流体积在采煤机上行和下行过程中变化趋势相反,变化趋势由采煤机牵引方向决定。利用某矿工作面采煤机和刮板输送机实际运行数据作为模型的输入参数,根据预测的煤流时空分布计算过煤量,结果表明:过煤量预测结果与现场实测的变化趋势一致,累计过煤量预测误差为9.24%,在采煤机进刀过程和上行阶段的固定时间段内过煤量预测误差分别为13.19%和13.78%,证明了煤流时空分布预测模型的正确性。

基于数组的刮板输送机运载模型及煤量计算算法研究

目前针对煤量检测的研究大多侧重于煤矿井下带式输送机的煤量检测和识别,对综采(放)工作面刮板输送机的煤量检测仅停留在转载机处安装红外扫描装置,检测技术单一,且由于转载机位于刮板输送机卸煤处,红外扫描装置检测的是转载机的载煤量,不能直接反映刮板输送机上的实时载煤量,存在较大滞后性。针对上述问题,提出一种基于数组的刮板输送机运载模型及煤量计算算法。该算法将刮板输送机设定为连续装煤的载体,通过连续数组建立刮板输送机运载模型,并表征单位长度的装煤量,结合综采(放)工作面采煤机运行速度、滚筒高度、截割深度、位置及刮板输送机运行速度与装煤系数等参数,通过多参数数学建模的方法,实现对刮板输送机单位煤量的实时模拟,进而直观反映煤矿井下采煤工艺并准确计算出刮板输送机的实时载煤量。井下工业性试验结果表明,该算法连续可靠,可以精确计算出刮板输送机实时载煤量,载煤量分布接近于理想状态,具有较高的收敛性和鲁棒性。

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。

综采工作面输送机横向推移漂溜啃底分析与措施

煤矿采矿工作面中刮板输送机漂溜啃底,甚至造成无法正常采煤;有时会出现中部槽铲煤板往底板下扎,即啃底现象,增加了支架的推移阻力,严重时中部槽无法推进,在支架推力作用下有被推翻之势。通过分析漂溜啃底问题,采取解决措施,优化配套设计制造,保证采煤工作面正常推进。

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。

综采工作面刮板输送机故障原因及处理措施

旨在研究综采工作面刮板输送机的故障原因及处理措施,以提高采煤生产的效率和安全性。通过对电机故障、输送带故障和刮板输送机结构故障进行分析,提出了相应的处理措施。为综采工作面刮板输送机的维护和管理提供了有力支持。

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。

超长工作面刮板输送机关键技术研究

井工煤矿布置超长工作面能够提高工作面单产、降低巷道掘进率、减少工作面搬家倒面次数、减少资源损失,降低开采成本。通过调研分析国内外超长工作面使用情况,归纳总结实际使用过程中存在的问题,开展刮板减磨降阻、链条张力动态管理、多电机功率协同控制等关键技术研究,显著提升了超长工作面刮板输送机的适应性和可靠性。

具备多角度自适应性的新型重叠侧卸刮板输送机研究

现有重叠侧卸式刮板输送机与转载机多采用刚性联接结构,对于缓倾斜、倾斜工作面适应性较差。借鉴端卸式大倾角中厚偏薄煤层工作面高效开采输送装备,提出了一种新型具有多角度自适应性的重叠侧卸刮板输送机。该装备能够适应掘底巷道高低起伏变化、工作面倾角变化、顺槽设备推斜使用的要求,并通过系列优化改进解决了输送机机头拉回煤、输送机下链道刮板运行阻力大等问题,能够更好地适配薄煤层掘底巷道工作面高效开采需求。

煤矿综采刮板输送机智能化发展趋势

智能运输系统是智慧矿山的重要组成部分,其核心在于综采工作面刮板输送机智能化.对刮板输送机的作用和现状进行介绍,着重对智能化启动控制、动力监测、煤量监测等进行分析.根据煤层储采现状、行业发展形势及国家指导和要求,推广采煤装备自动化和远程监控技术,提高煤矿井下自动化装备水平,实现煤矿综采工作面自动化、无人或少人化开采.

超长工作面刮板输送机技术参数选型研究

超长工作面刮板输送机链条长度增长、负载增加,容易出现链条断链和功率不足等问题。以国内首个中厚煤层450 m超长工作面刮板输送机为研究对象,对槽宽与运量、消耗功率及链条选型进行了详细研究,确定了超长工作面刮板输送机技术参数,为煤矿井下超长工作面刮板输送机的可靠和高效运行提供理论支撑。

综采工作面三机数字孪生及协同建模方法

针对现有煤矿设备数字孪生建模方法主要侧重对单一设备进行建模,缺少三机耦合协同关系分析的问题,提出了综采工作面三机数字孪生及协同建模方法。采用智能体建模方法构建包含感知单元、控制单元和执行单元的采煤机、液压支架、刮板输送机智能体模型,依据三维建模流程构建对应的可视化模型,以智能体模型驱动三维模型运动,二者结合构成三机数字孪生模型;采用离散事件建模方法构建涵盖三机数字孪生模型交互过程的协同工艺模型,按照时序梳理三机开采工艺,形成三机协同工艺时序表。数字孪生模型用于描述综采三机的状态与行为,进行个体层面的仿真计算;协同工艺模型用于表征数字孪生模型之间的时序动作转换,实现对三机协同过程整体的推演。采煤机数字孪生模型的摇臂升降仿真实验结果表明,与真实设备测量数据对比,模型误差小,摇臂倾角平均误差为2.3°;液压支架数字孪生模型的连续升柱动作仿真实验结果表明,模型与真实设备的一致性好,与真实设备测量数据对比,角度平均误差为0.14°,行程平均误差为6.3 mm;结合煤矿实际生产日志对构建的三机协同模型进行虚实仿真实验,结果表明,所构建的综采工作面三机数字孪生模型与真实设备实现了相互映射,仿真结果与真实记录接近,三机协同模型可以较为准确地反映协同开采过程。综采工作面三机数字孪生及协同建模方法为综采设备及其协同关系的数字孪生建模提供了新思路。

某煤矿综采工作面刮板输送机监控及故障诊断系统的应用研究

本文以神达金山煤矿13102综采工作面SGZ800/2×400型刮板输送机为研究对象,从硬件与软件两方面入手,设计并实现了刮板输送机监控及故障诊断系统。经现场实测,该诊断系统的应用效果显著。

综放工作面刮板运输机上窜下滑控制探讨

以某煤矿东二采区1421综放工作面为研究对象,在概述工作面刮板运输机运行情况及窜滑危害的基础上,分析了窜滑的原因,并对刮板运输机窜滑的判断方法及防治措施进行了探讨。

综采工作面刮板输送机断链保护装置应用

基于华阳煤矿15101工作面回采期间SGZ764/320型刮板输送机频繁出现断链事故,导致工作面运输效率低、设备维修费用高等问题,机电科通过技术研究,对工作面刮板输送机安装了一套断链保护装置。分析该装置结构及工作原理,实际应用效果证明,该装置安装后刮板输送机断链事故率由原来的18%降低为4%,维修费用减少了25余万元,取得了显著应用成效。

综采工作面采煤机与刮板输送机协同调速技术应用

为解决戊8-22310综采工作面刮板输送机功率过大、能耗高及与采煤机功率不匹配的问题,降低设备能耗及回采成本,对基于S6-400PLC、变频器及KXJ0.2-1120集控箱的采煤机及刮板输送机协同调速系统进行研究,系统对刮板输送机负载率进行分析,通过变频器发出指令调节刮板输送机运输速度。现场应用后,工作面每季度有效生产时间增加25%,单班产量提升700 t,节省电费25万元。

综采工作面刮板输送机监控及故障诊断系统设计研究

由于煤矿井下环境恶劣,为了防止刮板输送机产生故障,分析了刮板输送机的工作原理和常见的故障发生原因,设计了一套刮板输送机状态监控和故障诊断系统。该系统能够较好地实现自动控制、状态分析和故障诊断,能够有效地提升刮板输送机的开机率,减少刮板输送机的故障情况,有助于推动煤矿机械设备的自动化和智能化,促进煤矿产业的不断革新。

综采工作面刮板输送机漂溜原因分析及对策

针对伯方煤矿3503工作面煤层底板松软、沿走向方向坡度起伏较大,造成工作面推进过程中刮板输送机出现严重飘溜,影响工作面正常生产的问题,结合工作面生产实际情况及“三机”设备受力状态,分析了工作面刮板输送机飘溜原因,并制定了临时性生产工艺调整措施及设备结构优化改造方案。应用效果表明,设备结构改造后,从根本上解决了刮板输送机飘溜问题,工作面实现了正常开采。