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摘要：针对综采工作面上刮板输送机容量不足和启动困难的问题，分析了刮板输送机的受力和刮板输送机直线部分和弯曲部分上的载荷，并详细说明了链条张力引起的刮板与中心槽之间的横向摩擦。优化刮板输送机弯曲段枝条数，弯曲段相邻枝条间夹角由1°变为40°。实际应用中，优化后的刮板输送机不仅在不改变溜槽宽度的情况下提高了运输能力，而且在资金投入、隧道掘进成本、电力消耗、设备故障率等方面都具有明显的优化，可见其带来的经济效益。

关键词：综采工作面;刮板输送机;优化设计;关键技术

分析了刮板输送机在工作过程中的实际受力和直线和弯曲部件上的载荷，刮板输送机中刮板与中心槽之间的张力。通过传感器的操作对其进行详细研究。遗传算法改变了曲线段的凹槽之间的拐角，有效提高了刮板输送机的输送能力，增加了整体资本投资和采矿成本。

一、刮板输送机存在的故障

一是刮板输送机的环形链条造成的各种障碍。对于长期高负荷工作，环形链条不断受到拉力的影响，同时不断地摩擦中心槽和材料。矿区空气湿度比较高，都加剧了环链。链条会因老化而损坏。在刮板输送链输送过程中，顶部结实的端链张紧，下部节段链比较空旷，而且由于圆链传动过程中的多边形效应和使用双链传动时可能出现气密性不匹配，圆链中容易发生跳链、掉链、卡链等事故。二是刮板输送机环链轮故障。由于环链轮长期磨损老化，链窝变大，不能有效约束环链，造成环链跳脱或坠落。当驱动扭矩和阻力扭矩等各种力以及圆链的挤压力作用时，很可能会发生突然的损坏，造成不可估量的结果。三是刮板输送机中央有凹槽引起的故障。刮板输送机的中心槽与刮板长时间接触和摩擦，长时间的摩擦使刮板和中心槽顶部磨损严重。最终，刮板链条跑出中央凹槽，形成一条浮动链条。另外，如果刮板输送机不直，固定立柱会变得不稳定，溜槽和输送机之间的杂物会导致刮板输送机头尾翻倒。因此，为了使刮板输送机满足煤炭生产的要求，保证顺利进行煤炭生产，借助先进的刮板输送机虚拟、理论分析和刮板输送机运动仿真和疲劳分析原型技术具有重要意义和实用价值。

二、综采工作面概况

本文主要基于对某煤矿公司矿区具体工作方面的分析。该工作面是整个煤矿的第九个综采面。顶部综采面已完成开采，综采面实际长度为冲击方向657m，倾斜方向169m。综采总面积215682平方米，煤炭实际储量286万吨。在这个综采面，露天开采的下巷和部分煤层段出现联合开发，更容易出现崩塌和顶板脱落问题。针对这种情况，我们在设计阶段初步设计了两个工作面，但切口相对较短，至少需要开挖3条道路，增加了道路钻孔的成本和投资，直接开挖也会增加。过程中的工人数量和工作难度也对煤矿安全产生重大影响。为此，优化设计，设置了截割长度为270 m的综采面，进一步提高了运输设备的性能要求。

三、刮板运输机受力分析

在此分析中，刮板输送机在空载情况下消耗了设备总功率的30%左右。设备在运行过程中需要克服的阻力包括货物负载和重型刮板链本身。其次，设备倾斜运输过程中产生的阻力会在运输表面产生重力分量。第三，刮板链本身在空载状态下运动时会产生阻力。第四是刮板链与链条在机头或尾部位置之间的弯曲阻力;第五是设备自身发射器产生的阻力;第六是横向产生的阻力。通过分析上面的刮板阻力，可以看出，主要的动力消耗是刮板输送机克服负载在货物上所消耗的阻力和刮板链条运行产生的阻力。由于刮板输送机可以在弯曲状态下使用，因此在工作状态下产生的附加阻力也相应增加。

当安装综采露天剪板机进行采煤时，采煤机后部刮板输送机的转轮推动支架逐渐向煤壁前进。板坯输送机在水平面上形成水平弯曲，在刮板和刮板输送机的槽之间产生额外的摩擦力。刮板在水平面上形成的具体弯曲角度见下页图2。从其弯曲角度等参数得出，水平段产生的最大弯曲阻力是弯曲坚固段产生的阻力与弯曲空载段产生的运行阻力之和。可见，在采煤具体工况不变的情况下，水平弯曲段刮板输送机的运行阻力随着刮板相邻两槽间夹角α'的增大而增大。输送机越大，曲线越短，刮板输送机斜槽就越少。

四、基于多种群遗传算法的刮板运输机弯曲段溜槽数优化

本文主要采用遗传算法对刮板输送机的射角进行优化。该算法是一种基于达尔文进化论的智能计算方法，主要计算过程是一种模拟自然界生物进化来求解的计算方法。

五、实际的应用情况分析

（一）使用情况

将刮板输送机在水平面的曲率设置为40°后，实际用于煤矿综采工作面。 按传统采煤工作时间表按23个工作小时计算。月采煤量为6.98万吨，日均采煤量为3034.78吨，月钻井量为29.50米，日钻井量为1.28米。刮板输送机实际运行情况良好，机头、机尾、中槽运行过程平稳正常。链条和刮板没有磨损迹象。 密封性能也有所提高。

（二）经济效益分析

槽角优化至40°后，资金投入将明显减少，预计每年可节省公司资金投入成本3052万元。还降低了煤矿开采期间隧道建设的成本。优化后，原来的3条路改为现在的2条路，行车投资减少52500元/m，最终节省行车成本2350万元。此外，运行中设备的功耗和实际故障率得到有效控制。

参考文献

[1]白少鹏. 综采工作面采煤机—刮板输送机耦合运动学与动力学行为研究[D].太原理工大学，2021.

[2]张利民.综采工作面刮板输送机优化设计关键技术研究[J].机械管理开发，2019，34（04）：110-112.

[3]于聚旺.综采工作面刮板输送机优化设计关键技术研究[J].中国煤炭，2017，43（09）：73-78.