劉探明

（山西柳林鑫飛毛家莊煤業(yè)有限公司，山西 柳林 033300）

引言

采煤機在井下進行綜采作業(yè)期間，需要通過電纜從變電站處獲取動力源，由于煤礦井下地質(zhì)條件復雜，粗重的電纜在運動過程中極易出現(xiàn)損壞，因此通常在電纜上設置電纜夾，然后由拖纜系統(tǒng)拖動電纜運行，以減少采煤機在運動過程中電纜所受的傷害。但由于現(xiàn)有的拖纜控制系統(tǒng)控制邏輯差，電纜夾和采煤機配合位置也不存在聯(lián)動邏輯鎖，因此缺乏在不同方向和負荷上的配合，當采煤機換向或者調(diào)整時經(jīng)常出現(xiàn)電纜夾的多重疊加現(xiàn)象，導致電纜折損嚴重，故障率高，給井下綜采作業(yè)帶來嚴重的影響[1]。

本文提出了一種新的煤礦井下采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)，其能夠自動調(diào)整采煤機運行時的牽引速度，保證電纜夾實現(xiàn)跟機自動調(diào)整，在整個過程中始終處于兩層疊加狀態(tài)，保證了在高強度運行情況下電纜的可靠性，根據(jù)實際應用表明，新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠?qū)㈦娎|故障率降低93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。

1 拖纜系統(tǒng)問題分析

采煤機在截割作業(yè)過程中，電纜需要隨著采煤機的運行而反復調(diào)整長度，在長期拖動的過程中會導致電纜出現(xiàn)嚴重的磨損，甚至在反復折彎的情況下出現(xiàn)斷裂。當采煤機在傾斜的綜采面工作時電纜以及夾板的受力極大，特別是采煤機在反復截割的過程中，由于拖纜控制系統(tǒng)無法根據(jù)自身受力情況及時控制采煤機的運行速度，因此導致電纜夾出現(xiàn)多層折疊，使其變形、脫出電纜槽，進而影響到采煤機在井下的正常運行，電纜夾夾板運行和拖纜過程如圖1 所示。

圖1 電纜夾板及拖纜示意圖

2 拖纜控制系統(tǒng)總體結(jié)構

根據(jù)現(xiàn)有拖纜控制系統(tǒng)的不足，結(jié)合采煤機在井下綜采作業(yè)時的實際需求，本文所提出的采煤機智能化拖纜控制系統(tǒng)將跟隨采煤機運行的部分設計為導向輪，然后在導向輪上設置電纜夾回轉(zhuǎn)輪，將電纜跨過導向輪鋪設到電流槽內(nèi)，電纜夾在電纜槽內(nèi)包括上、下兩個部分，上部分需要隨著采煤機一起運動，而下部分電纜夾則保持靜止狀態(tài)，能夠有效解決電纜夾在運行過程中的卡阻異常。新的拖纜控制系統(tǒng)整體結(jié)構如圖2 所示[2]。

圖2 智能拖纜控制系統(tǒng)

由圖2 可知，采煤機在運行時導向輪會帶動鏈條在采煤機驅(qū)動機頭和回轉(zhuǎn)機尾之間進行運轉(zhuǎn)，采煤機正向割煤時，導向輪帶動鏈條向著拖拽裝置機頭的位置進行運轉(zhuǎn)，拖到電纜夾在采煤機前側(cè)隨著采煤機截割作業(yè)運行，當采煤機反向割煤時，導向輪帶動鏈條向著拖拽裝置機尾的位置進行運轉(zhuǎn)，拖到電纜夾在采煤機后側(cè)隨著采煤機截割作業(yè)運行。

采煤機電纜夾在運行過程中會承受較大的力，導致其容易受到損壞，因此新的傳動系統(tǒng)中選擇了獨立的傳動部分，以鏈傳動為基礎，通過鏈輪和鏈條的嚙合來產(chǎn)生一個牽引傳動力，從而帶動采煤機的拖纜裝置實現(xiàn)執(zhí)行運動，該獨立傳動系統(tǒng)的優(yōu)點在于每個鏈環(huán)都是一個剛性體，能夠纏繞在鏈輪上，鏈條在電纜槽的下側(cè)，電纜槽內(nèi)有一個鋼板，將電纜槽分為上部和下部，這樣鏈條可以處在一個密閉的通道內(nèi)，避免受惡劣環(huán)境的影響，提高使用壽命。該獨立傳動裝置結(jié)構如圖3 所示[3]。

圖3 獨立傳動裝置結(jié)構示意圖

該系統(tǒng)中，圓環(huán)鏈傳動的主動鏈輪需要安裝在刮板輸送機端部的線纜槽中，而將傳動裝置從動鏈輪設置到輸送機尾部的線纜槽內(nèi)，使傳動鏈條能夠從傳動裝置的主驅(qū)動鏈輪和從動鏈輪上繞過，進而形成一個完整的封閉鏈環(huán)，同時將鏈環(huán)和拖纜裝置的導向輪進行連接，當鏈條運行的時候就會拖動導向輪的運轉(zhuǎn)，進而實現(xiàn)對電纜的拖動。該固定方式能夠更好地保護在拖拽過程中電纜的安全性。鏈傳動安裝結(jié)構如圖4所示[4]。

圖4 傳動鏈安裝結(jié)構示意圖

3 智能控制系統(tǒng)

為了滿足煤礦井下采煤機運行時的自動跟機布線需求，提出了一種新的拖纜自動控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括電氣控制元件、顯示器、變頻器、編碼器等，電氣控制元件主要是對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行控制，變頻器主要用于對拖纜速度進行調(diào)控，編碼器主要用于對拖纜裝置的運行狀態(tài)進行判斷，該控制系統(tǒng)具有結(jié)構簡單、可靠性好、反饋速度快的優(yōu)點，極大地提升了對拖纜裝置控制的有效性，該拖纜控制系統(tǒng)結(jié)構如圖5所示。

由圖5 可知，在系統(tǒng)運行過程中采煤機的運行控制系統(tǒng)和拖纜控制系統(tǒng)進行實時信號交互[7]，將采煤機運行時的速度、牽引力等傳輸給采煤機的拖纜控制系統(tǒng)，拖纜控制系統(tǒng)根據(jù)采煤機運行狀態(tài)信號實現(xiàn)和采煤機運行速度的同步，并根據(jù)監(jiān)測傳感器所反饋回來的拖纜夾的負載狀態(tài)對拖纜速度進行微調(diào)，同時通過雙芯控制電纜將控制數(shù)據(jù)實時傳遞給采煤機的運行控制系統(tǒng)，確保兩個系統(tǒng)控制的協(xié)調(diào)性，同時當拖纜裝置在運行過程中的負載大于極限負載后，系統(tǒng)將發(fā)出預警指令并傳遞給采煤機，由采煤機運行控制系統(tǒng)控制采煤機的運行速度。

圖5 拖纜控制系統(tǒng)結(jié)構示意圖

通過對采煤機拖纜控制系統(tǒng)進行優(yōu)化后，對采煤機拖纜裝置運行情況進行分析，結(jié)果表明，新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠?qū)㈦娎|故障由最初的7.2次/月降低到了目前的0.46 次/ 月，故障率降低了93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。

4 結(jié)論

針對采煤機拖纜裝置在運行過程中存在多層疊加、易脫出電纜槽、卡斷嚴重的現(xiàn)象，提出了一種新的煤礦井下采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)，能夠根據(jù)采煤機的運行情況自動調(diào)整拖纜裝置的運行狀態(tài)，實現(xiàn)對拖纜裝置的自動調(diào)整，根據(jù)實際應用表明：

1）采煤機智能化拖纜控制系統(tǒng)將跟隨采煤機運行的部分設計為導向輪，能夠有效解決電纜夾在運行過程中的卡阻異常；

2）獨立傳動系統(tǒng)的優(yōu)點在于每個鏈環(huán)都是一個剛性體，電纜槽內(nèi)有一個鋼板，將電纜槽分為上部和下部，這樣鏈條可以處在一個密閉的通道內(nèi)，避免受惡劣環(huán)境的影響，提高使用壽命；

3）鏈條通過導向輪帶動電纜運行的方式，能夠更好地保護在拖拽過程中電纜的安全性，提高電纜的使用壽命；

4）新的采煤機自動拖纜控制系統(tǒng)能夠?qū)㈦娎|故障由最初的7.2 次/月降低到目前的0.46 次/月，故障率降低了93.6%以上，有效解決了多重疊加導致的電纜折斷異常。