煤矿井下采煤机自动拖缆装置的应用研究

刘探明

（山西柳林鑫飞毛家庄煤业有限公司，山西 柳林 033300）

采煤机在井下进行综采作业期间，需要通过电缆从变电站处获取动力源，由于煤矿井下地质条件复杂，粗重的电缆在运动过程中极易出现损坏，因此通常在电缆上设置电缆夹，然后由拖缆系统拖动电缆运行，以减少采煤机在运动过程中电缆所受的伤害。但由于现有的拖缆控制系统控制逻辑差，电缆夹和采煤机配合位置也不存在联动逻辑锁，因此缺乏在不同方向和负荷上的配合，当采煤机换向或者调整时经常出现电缆夹的多重叠加现象，导致电缆折损严重，故障率高，给井下综采作业带来严重的影响[1]。

本文提出了一种新的煤矿井下采煤机自动拖缆控制系统，其能够自动调整采煤机运行时的牵引速度，保证电缆夹实现跟机自动调整，在整个过程中始终处于两层叠加状态，保证了在高强度运行情况下电缆的可靠性，根据实际应用表明，新的采煤机自动拖缆控制系统能够将电缆故障率降低93.6%以上，有效解决了多重叠加导致的电缆折断异常。

采煤机在截割作业过程中，电缆需要随着采煤机的运行而反复调整长度，在长期拖动的过程中会导致电缆出现严重的磨损，甚至在反复折弯的情况下出现断裂。当采煤机在倾斜的综采面工作时电缆以及夹板的受力极大，特别是采煤机在反复截割的过程中，由于拖缆控制系统无法根据自身受力情况及时控制采煤机的运行速度，因此导致电缆夹出现多层折叠，使其变形、脱出电缆槽，进而影响到采煤机在井下的正常运行，电缆夹夹板运行和拖缆过程如图1 所示。

图1 电缆夹板及拖缆示意图

根据现有拖缆控制系统的不足，结合采煤机在井下综采作业时的实际需求，本文所提出的采煤机智能化拖缆控制系统将跟随采煤机运行的部分设计为导向轮，然后在导向轮上设置电缆夹回转轮，将电缆跨过导向轮铺设到电流槽内，电缆夹在电缆槽内包括上、下两个部分，上部分需要随着采煤机一起运动，而下部分电缆夹则保持静止状态，能够有效解决电缆夹在运行过程中的卡阻异常。新的拖缆控制系统整体结构如图2 所示[2]。

图2 智能拖缆控制系统

由图2 可知，采煤机在运行时导向轮会带动链条在采煤机驱动机头和回转机尾之间进行运转，采煤机正向割煤时，导向轮带动链条向着拖拽装置机头的位置进行运转，拖到电缆夹在采煤机前侧随着采煤机截割作业运行，当采煤机反向割煤时，导向轮带动链条向着拖拽装置机尾的位置进行运转，拖到电缆夹在采煤机后侧随着采煤机截割作业运行。

采煤机电缆夹在运行过程中会承受较大的力，导致其容易受到损坏，因此新的传动系统中选择了独立的传动部分，以链传动为基础，通过链轮和链条的啮合来产生一个牵引传动力，从而带动采煤机的拖缆装置实现执行运动，该独立传动系统的优点在于每个链环都是一个刚性体，能够缠绕在链轮上，链条在电缆槽的下侧，电缆槽内有一个钢板，将电缆槽分为上部和下部，这样链条可以处在一个密闭的通道内，避免受恶劣环境的影响，提高使用寿命。该独立传动装置结构如图3 所示[3]。

图3 独立传动装置结构示意图

该系统中，圆环链传动的主动链轮需要安装在刮板输送机端部的线缆槽中，而将传动装置从动链轮设置到输送机尾部的线缆槽内，使传动链条能够从传动装置的主驱动链轮和从动链轮上绕过，进而形成一个完整的封闭链环，同时将链环和拖缆装置的导向轮进行连接，当链条运行的时候就会拖动导向轮的运转，进而实现对电缆的拖动。该固定方式能够更好地保护在拖拽过程中电缆的安全性。链传动安装结构如图4所示[4]。

图4 传动链安装结构示意图

为了满足煤矿井下采煤机运行时的自动跟机布线需求，提出了一种新的拖缆自动控制系统，该系统主要包括电气控制元件、显示器、变频器、编码器等，电气控制元件主要是对系统运行状态进行控制，变频器主要用于对拖缆速度进行调控，编码器主要用于对拖缆装置的运行状态进行判断，该控制系统具有结构简单、可靠性好、反馈速度快的优点，极大地提升了对拖缆装置控制的有效性，该拖缆控制系统结构如图5所示。

由图5 可知，在系统运行过程中采煤机的运行控制系统和拖缆控制系统进行实时信号交互[7]，将采煤机运行时的速度、牵引力等传输给采煤机的拖缆控制系统，拖缆控制系统根据采煤机运行状态信号实现和采煤机运行速度的同步，并根据监测传感器所反馈回来的拖缆夹的负载状态对拖缆速度进行微调，同时通过双芯控制电缆将控制数据实时传递给采煤机的运行控制系统，确保两个系统控制的协调性，同时当拖缆装置在运行过程中的负载大于极限负载后，系统将发出预警指令并传递给采煤机，由采煤机运行控制系统控制采煤机的运行速度。

图5 拖缆控制系统结构示意图

通过对采煤机拖缆控制系统进行优化后，对采煤机拖缆装置运行情况进行分析，结果表明，新的采煤机自动拖缆控制系统能够将电缆故障由最初的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，有效解决了多重叠加导致的电缆折断异常。

针对采煤机拖缆装置在运行过程中存在多层叠加、易脱出电缆槽、卡断严重的现象，提出了一种新的煤矿井下采煤机自动拖缆控制系统，能够根据采煤机的运行情况自动调整拖缆装置的运行状态，实现对拖缆装置的自动调整，根据实际应用表明：

1）采煤机智能化拖缆控制系统将跟随采煤机运行的部分设计为导向轮，能够有效解决电缆夹在运行过程中的卡阻异常；

2）独立传动系统的优点在于每个链环都是一个刚性体，电缆槽内有一个钢板，将电缆槽分为上部和下部，这样链条可以处在一个密闭的通道内，避免受恶劣环境的影响，提高使用寿命；

3）链条通过导向轮带动电缆运行的方式，能够更好地保护在拖拽过程中电缆的安全性，提高电缆的使用寿命；

4）新的采煤机自动拖缆控制系统能够将电缆故障由最初的7.2 次/月降低到目前的0.46 次/月，故障率降低了93.6%以上，有效解决了多重叠加导致的电缆折断异常。

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