隨著礦井開(kāi)采深度的不斷增加，煤與瓦斯突出和沖擊地壓有逐年增加的趨勢(shì)，礦井開(kāi)采難度日益加大，而刨煤機(jī)作為一種矮機(jī)身、淺截深、多循環(huán)的采煤設(shè)備，對(duì)薄煤層、高瓦斯礦井具有特有的優(yōu)勢(shì)。鐵能集團(tuán)曾于2001年通過(guò)引進(jìn)德國(guó)刨煤機(jī)核心裝備與國(guó)產(chǎn)設(shè)備相配套的方式，在小青礦裝備了我國(guó)首套薄煤層刨煤機(jī)無(wú)人工作面，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，但回采過(guò)程中存在一些適應(yīng)性不足問(wèn)題。小青礦根據(jù)刨煤機(jī)在使用過(guò)程中遇到的問(wèn)題，結(jié)合礦區(qū)待采煤層的賦存條件，對(duì)配套液壓支架、刨煤機(jī)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行了一系列適應(yīng)性改進(jìn)。
1、液壓支架適應(yīng)性改造
1.1 端頭支架適應(yīng)性改造
首套刨煤機(jī)工作面機(jī)頭端頭支架ZT9900／17/30采用2架1組（1主1副），由固定在轉(zhuǎn)載機(jī)上的懸臂梁交替拉架。為了實(shí)現(xiàn)端頭支架自動(dòng)化定量推移，在端頭支架上安設(shè)一個(gè)PM4支架控制器，此控制器同時(shí)控制1架基本支架。該控制器與基本支架上的PM4控制器連接在一起，受MCU控制。端頭支架上的推移行程與1號(hào)基本支架上的推移行程設(shè)定一樣，當(dāng)刨頭向機(jī)尾運(yùn)行時(shí)，PM4向端頭支架和1號(hào)基本支架發(fā)出推移命令，電液控制閥組動(dòng)作，端頭支架推移千斤頂按設(shè)定值向前推移機(jī)頭架，基本支架向前推移
刮板輸送機(jī)，PM4同時(shí)不斷檢測(cè)推移行程，當(dāng)達(dá)到給定值時(shí)立即停止。刨煤機(jī)工作面機(jī)頭端頭支架結(jié)構(gòu)及布置如圖1所示。
首套刨煤機(jī)端頭支架使用初期并不理想，拉架時(shí)間偏長(zhǎng)，經(jīng)分析后主要原因?yàn)槎祟^支架2架1組（自重分別為42 t和38 t）自重過(guò)大，轉(zhuǎn)載機(jī)尾、刨煤機(jī)和刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)均騎坐在推移底座上造成拉架阻力過(guò)大，且刨煤機(jī)電機(jī)位于主副端頭支架兩根立柱之間（間隙僅有150 mm），容易發(fā)生干涉。
針對(duì)以上原因，提出如下改造方案：將原來(lái)的2架1組布置形式改進(jìn)為3架1組（1主、1副、1調(diào)節(jié)），將轉(zhuǎn)載機(jī)尾、主副架底梁、刮板輸送機(jī)機(jī)頭底座、調(diào)節(jié)架設(shè)計(jì)為直接落地，大大降低拉移支架的阻力，增大刨煤機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)與端頭支架前立柱的空間，提高移架速度。改造后刨煤機(jī)工作面機(jī)頭端頭支架結(jié)構(gòu)及布置如圖2所示。
1.2基本支架適應(yīng)性改造
1. 2.1 存在的問(wèn)題
首套刨煤機(jī)配套基本支架選用ZY6400/09/20D兩柱掩護(hù)式液壓支架，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)該支架主要存在以下問(wèn)題：
(1)支架調(diào)架范圍小。支架最低支護(hù)高度0.9m．工作面局部地段煤層厚度僅0.8m，為了保證支架通過(guò)時(shí)不被壓死，刨煤機(jī)需要破頂或臥底，刨刀磨損嚴(yán)重。
(2)支架前端底板比壓大，扎底嚴(yán)重，造成移架困難。
(3)支架平衡千斤頂控制采用手動(dòng)操作，未與立柱升降建立自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)，造成支架自移時(shí)對(duì)頂板的適應(yīng)性差，需要人工介入調(diào)整支架頂梁狀態(tài)。
(4)刮板輸送機(jī)發(fā)生上竄下滑時(shí)，支架推移框架與底座相互卡咬，造成推移困難和推拉框架損壞。
(5)支架高度變化時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁之間存在較大空隙，造成支架架內(nèi)漏矸嚴(yán)重，時(shí)常砸壞液壓管路或液壓元件，使支架失去自動(dòng)控制功能。
1.2.2 改造方案
根據(jù)以上原因分析，結(jié)合鐵能集團(tuán)待采煤層賦存情況和現(xiàn)用設(shè)備的工況狀況，就基本支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)和電液控制系統(tǒng)提出如下改造方案：
(1)開(kāi)發(fā)極薄煤層ZY4800/06／16. 5D兩柱掩護(hù)式液壓支架。支架調(diào)高范圍0. 6～1.65 m，伸縮比2. 75，滿足了最低采高0.8 m的要求，在滿足頂板支護(hù)要求的前提下，適當(dāng)降低支架支護(hù)強(qiáng)度，支架工作阻力由6400 kN降至4800 kN，重量由原來(lái)的15.6 t降至11. 6 t，重量減輕25. 6%，底座前端底板比壓值顯著降低，改善底座扎底情況。
(2)為使支架的結(jié)構(gòu)高度滿足支架最小高度和伸縮比的要求，設(shè)計(jì)中采用超薄煤層支架設(shè)計(jì)技術(shù)，采用高強(qiáng)板焊接新工藝、新型焊接材料（藥芯焊絲）進(jìn)行制造。支架在高工作阻力下，為滿足薄和極薄煤層支架結(jié)構(gòu)件所要求的高可靠性和高安全系數(shù)，同時(shí)在最低狀態(tài)下有足夠的過(guò)人空間(700 mm×400 mm)的要求，結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)采用超薄型結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖3。設(shè)計(jì)選用國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度等級(jí)(700—1000 MPa)的鋼材。
(3)為進(jìn)一步改善液壓支架底座扎底現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)研究分析，對(duì)支架立柱控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。在液壓支架電液控制閥上分設(shè)2個(gè)降柱閥和1個(gè)升柱閥，左右兩根立柱可分別在PMCR電液控制單元控制降柱時(shí)將架腳提起。當(dāng)發(fā)生支架扎底時(shí)，采取手動(dòng)操作將2根立柱依次提起，實(shí)現(xiàn)邁步式前進(jìn)。正常情況下，采用PMC-R電液系統(tǒng)自動(dòng)控制，通過(guò)編程使2個(gè)降柱閥同時(shí)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移架。
(4)增強(qiáng)支架對(duì)頂板變化的適應(yīng)能力。液壓支架平衡千斤頂由人工操作改為電液控制，避免支架低頭或平衡千斤頂安全閥損壞，增強(qiáng)支架對(duì)工作面頂板的適應(yīng)能力，在生產(chǎn)中更有利于操作人員對(duì)液壓支架的支撐狀態(tài)進(jìn)行合理調(diào)整。
(5)增強(qiáng)液壓支架的調(diào)斜能力。由3組支架1個(gè)調(diào)斜油缸改為2組支架1個(gè)調(diào)斜油缸，進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)底板起伏的適應(yīng)能力。
(6)改進(jìn)支架底座前腳，將直角改變成倒角。
(7)在支架頂梁與掩護(hù)梁鉸接處增設(shè)擋矸簾，解決向架內(nèi)漏矸的問(wèn)題。
2、刨煤機(jī)適應(yīng)性改造
刨煤機(jī)為德國(guó)進(jìn)口，使用過(guò)程中也進(jìn)行了一些適應(yīng)性改造，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面；
(1)完善過(guò)載保護(hù)裝置，提高生產(chǎn)能力。首套刨煤機(jī)的型號(hào)為GH9-34Ve/4.7滑行刨，總裝機(jī)功率2×315 kW．上行刨速為1. 76 m/s，下行刨速0.88 m/s，配置具有過(guò)載保護(hù)作用的S-15LK型正齒輪減速箱。為了進(jìn)一步提高刨煤機(jī)的割硬煤能力和可靠性，刨煤機(jī)總裝機(jī)功率進(jìn)一步加大，選用GH9 -38Ve/5.7滑行刨，總功率達(dá)到2×400 kW，上行刨速1. 92 m/s，下行刨速0.96 m/s，配置P-30UEL型摩擦式過(guò)載保護(hù)減速器，一旦卡刨，離合器立即打滑，液壓控制系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)停止前立即使離合器設(shè)定壓力降低，以保護(hù)離合器。
(2)刮板輸送機(jī)電流監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用。首套刨煤機(jī)無(wú)人工作面MCU控制臺(tái)只能看到刨煤機(jī)負(fù)荷電流大小，看不到刮板輸送機(jī)負(fù)荷電流變化，控制室操作員在切換刮板輸送機(jī)高低速時(shí)完全憑經(jīng)驗(yàn)操作，易使刮板輸送機(jī)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行，頻繁啟動(dòng)后易燒壞電機(jī)。經(jīng)分析改進(jìn)為在控制室增加刮板輸送機(jī)電流監(jiān)測(cè)裝置，以保證操作員及時(shí)掌握刨煤機(jī)電機(jī)、刮板輸送機(jī)電機(jī)運(yùn)行狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，處理故障。
(3)開(kāi)發(fā)機(jī)尾自動(dòng)清煤裝置。由于刨煤機(jī)機(jī)尾裝煤效果差，造成機(jī)尾堆煤過(guò)多，不僅增加了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，而且給工作面通風(fēng)安全、刨煤機(jī)電機(jī)散熱、推移運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾等帶來(lái)隱患，為此開(kāi)發(fā)了機(jī)尾自動(dòng)清煤裝置，通過(guò)800 mm行程的千斤頂往返將煤推至刮板輸送機(jī)機(jī)尾彎板處，實(shí)現(xiàn)機(jī)尾自動(dòng)裝煤，解決堆煤?jiǎn)栴}。
3、改進(jìn)效果評(píng)價(jià)
經(jīng)過(guò)改造后的液壓支架和刨煤機(jī)用于小青礦W2 714工作面，通過(guò)對(duì)該工作面設(shè)備的開(kāi)機(jī)率和可靠性觀測(cè)，工作面液壓支架全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，端頭支架移架速度大大提高，基本支架較少出現(xiàn)問(wèn)題，刨煤機(jī)斷鏈頻率大大降低，生產(chǎn)系統(tǒng)開(kāi)機(jī)率由原來(lái)的64%提高至80%，工作面單產(chǎn)水平由11.8萬(wàn)t/a提高至14.7萬(wàn)t/a，取得了良好的使用效果，這表明適應(yīng)性改造是可行的，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
