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。

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。

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。

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。

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。

500m超长工作面刮板智能输送技术研究

在中厚煤层开采领域,超长工作面智能开采是煤炭开采技术的发展趋势,而智能运输是其重要组成部分。在总结现阶段国内400~450 m工作面智能开采中刮板运输系统问题的基础上,探索了500 m超长工作面智能刮板输送系统装机功率与运量合理匹配的方法,提出了解决500 m超长工作面刮板运输技术难题的可行性方案。基于综采三机选型配套技术方案及2000 kW以上高端传动系统的应用实践,研制了国产2500 kW大功率变频一体智能传动系统,包括变频一体电机、减速器、限矩器等,关键技术、关键部件均实现了国产化。为解决因传动装置重心位置后移、中部槽槽宽参数不变,不利于端头设备顺利推移的技术难题,研究了中等槽宽配置大功率传动装置的防偏沉技术,建立了机头(尾)推移部多工况推移模型,并对推移部进行了结构优化,解决了因传动装置偏沉造成机头整体失衡、漂溜严重、推移难度加剧的问题。针对刮板链断链后,中部槽内煤量负荷较大时,液压马达难以带动、断链事故处理较为困难的问题,选用了大扭矩数字液压马达并研制了数字马达控制系统,减小了维护刮板链的工作强度。基于刮板运输设备安全运行对链条进行实时变形补偿的需求,提出了500 m运距链条张紧控制策略,开发了运行过程中链条张紧度随负荷梯度智能调节技术,解决了500 m运距链条弹性变形的动态补偿问题,并通过在机尾架盖板上端加装AI高清摄像仪来实现对链条运行状态的实时检测,为工作人员对链条运行状态的实时掌控提供了便利。此外,为了提高伸缩机尾对多种复杂工况的适应性,确保其在使用周期内能够伸缩自如,提出了从结构、材料、制造工艺三方面来提高伸缩机尾的强度和刚度的技术方案,并研制了液压缸防护罩、伸缩机尾滑道自动冲洗系统,进一步提升了伸缩机尾的可靠性。井下现场工业性试验表明:该设备运量与装机功率匹配合理,2500 kW变频一体智能传动系统占用空间较小、传递扭矩精准,斜推式机头(尾)推移部稳定可靠,数字液压马达处理断链问题方便省力,伸缩机尾按负荷分梯度自动张紧时未出现卡滞,保障了煤炭的安全、高效运输,为500 m超长工作面智能开采提供了技术保障。

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。

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。

基于负载预测的刮板输送机智能调速控制研究

为提升刮板输送机智能化控制水平及运行效率、降低能耗,以9302综采工作面SGZ 1000/2×525型刮板输送机为研究对象,针对性构建智能调速控制系统并进行工程应用。通过对SGZ 1000/2×525型刮板输送机驱动系统进行改造,实现智能驱动。综合采煤机、运输机电流变化实现割煤量、片帮煤量预测,结合AI摄像仪监测数据实现刮板输送机负载预测,并依据负载变化智能调节运行速度。现场应用证明,基于负载预测的刮板输送机智能调速控制不但可满足9302综采工作面煤炭高效运输需要,而且刮板输送机运行能耗降幅达到36.90%,实现了预期构建目标。研究成果可为其他矿井刮板输送机智能控制提供借鉴。

矿用刮板运输机链轮有限元接触分析及优化

基于矿用刮板运输机工作原理与基本结构,介绍一种矿用挂板运输机链轮结构优化方案。根据刮板运输机链轮结构构建有限元仿真模型,结合有限元接触分析理论,实施刮板运输机链轮有限元接触分析,根据分析结果介绍矿用刮板运输机链轮结构优化方案。为验证链轮结构优化方案可行性,将优化方案应用于某煤矿生产实践。最终确认此矿用刮板运输机链轮结构优化方案具有较强可行性。

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。

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。

井下铲运机无人驾驶系统发展及5G应用

铲运机无人驾驶是智能矿山建设的重要组成部分,为了实现高海拔高寒地区井下无人采矿,通过梳理国内外铲运机无人驾驶系统发展现状,分析铲运机自主行驶系统相关理论和关键技术,从地下铲运机轨迹偏差预测技术、自主行驶多偏差控制技术和防碰撞预测与控制技术等方面进行了归纳总结。以西藏华泰龙矿为例,采用最新网络通信技术5G,建设了5G+铲运机无人驾驶系统。对铲运机无人驾驶系统在高海拔高寒地区的发展具有重要意义。

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。

矿用刮板链条装配装置的设计研究

针对矿用刮板链条人工装配效率低、劳动强度大等问题,通过分析刮板链条装配工艺,以链条作为工艺装配方法的运动部件,设计了一种刮板链自动装配装置。该装置分为链条清洗整理部分、刮板装配部分及刮板链收集部分。对各部分进行了运动设计,同时通过仿真验证其可行性,为矿用刮板链条装配提供了一种更高效的方法。

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。

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。

采煤机与刮板输送机联动控制研究

采面瓦斯涌出量与采面推进速度密切相关,为降低瓦斯给煤炭回采影响并实现采面煤炭不间断开采、提高采煤机与刮板输送机联动控制效果,基于采面瓦斯浓度构建采煤机与刮板输送机联动控制系统,通过理论分析对采煤机、刮板输送机对采煤机瓦斯涌出影响进行分析并构建采煤机、刮板输送机与瓦斯联动控制方案;随后基于瓦斯涌出控制为核心构建采煤机与刮板输送机联动控制方案,具体结合瓦斯浓度变化情况调整采煤机与刮板输送机运行,同时依据刮板输送机负载调节采煤机牵引速度。在3705综采工作面工程应用后,构建的联动控制系统运行平稳,可实现采煤煤炭连续开采,避免采面瓦斯超限。

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。