煤矿智能化开采新进展采煤机自动拖缆系统

在年第十八届中国国际煤炭采矿技术交流及设备展览会期间，有幸看到了三款采煤机自动拖缆系统，在此，从专利、论文、应用三个方面，梳理一下国内的研究进展。经过检索，共有相关专利15项，其中发明专利6项（获得授权3项），实用新型专利9项（无权状态3项）。共检索到相关文献11篇，其中硕士论文3篇。相关报道共2篇，分别是山东能源华丰煤矿和国家能源神东煤炭集团榆家梁煤矿。

图1波兰黑龙系统中的自动拖缆系统图

图2中煤能源集团的自动拖缆系统图

图3中国煤炭科工集团的自动拖缆系统图

经过检索，共有相关专利15项，其中发明专利6项（获得授权3项），实用新型专利9项（无权状态3项）。

中煤张家口煤矿机械有限责任公司申请的发明专利《一种用于自动拖缆链牵引采煤机的中部槽及刮板输送机》，本发明涉及煤矿井下综采工作面开采输送领域，具体是提供一种用于自动拖缆链牵引采煤机的中部槽及刮板输送机，包括主槽体、滑架盖、拖缆上链盖、电缆槽盖板、可拆电缆槽；拖缆上链盖与主槽体采用螺栓联接在一起，形成半封闭状态的拖缆上链道，拖缆上链道与拖缆下链道在竖直方向上为上下布置结构。该中部槽适用于薄煤层链牵引采煤机，集煤炭输送、采煤机牵引导向、采煤机线缆拖动导向于一体，自动拖缆系统的两条链道竖直布置在采煤机供电电缆槽外侧，使得链条与驱动链轮更好地啮合，不易掉链，检修维护也更加方便。

图4专利《一种用于自动拖缆链牵引采煤机的中部槽及刮板输送机》附图

尹仟申请的实用新型专利《一种自动拖缆装置》，本实用新型实施例公开了一种自动拖缆装置，其包括本体、联动机构、拖缆臂和电缆张紧装置，本体沿前后方向设置，在本体上侧设置沿前后方向的电缆槽，联动机构固定于电缆槽的槽底外侧，联动机构包括动力输入端和动力输出端，联动机构的动力输入端和动力输出端可沿电缆槽的前后方向移动，且动力输出端被动随动力输入端移动，拖缆臂与联动机构的动力输入端连接，电缆张紧装置与联动机构的动力输出端连接，电缆张紧装置随联动机构的动力输出端同步移动。本实用新型提供的自动拖缆装置，能有效保证电缆剩余在电缆槽外的部分回收至电缆槽内，避免在采煤机往复运动过程中造成的电缆多次馈折，避免电缆脱离电缆槽及折断事故的发生。

图5专利《一种自动拖缆装置》附图

连云港天明装备有限公司申请的发明专利《一种采煤机自动拖缆电气控制装置及其控制方法》，一种采煤机自动拖缆电气控制装置，包括拖拽电缆的行走小车、驱动行走小车行走的驱动执行机构和控制行走小车拖动电缆移动的防爆控制箱。本发明通过防爆控制箱内的PLC控制器采集采煤机的电信号进行精确运算，通过精准控制驱动电机转动的方法，实现拖缆行走小车与采煤机的精准跟随；通过采集位移传感器、压力传感器信息的电信号信息，经PLC控制器进行PID运算后，能够实现实时对驱动链条的张紧度进行调节，通过设定张紧油缸的恒定压力的范围，进而实现张紧油缸的自动伸缩，带动从动链轮和主动链轮的前后移动，确保驱动链条实时保持在一定的张力，从而保证拖缆行走位置控制的精确度，使拖缆装置的适应性更强。

图6专利《一种采煤机自动拖缆电气控制装置及其控制方法》附图

连云港天明装备有限公司申请的实用新型专利《一种采煤机自动拖缆电气控制装置》，一种采煤机自动拖缆电气控制装置，包括拖拽电缆的行走小车、驱动行走小车行走的驱动执行机构和控制行走小车拖动电缆移动的防爆控制箱。本实用新型通过防爆控制箱内的PLC控制器采集采煤机的电信号进行精确运算，通过精准控制驱动电机转动的方法，实现拖缆行走小车与采煤机的精准跟随；通过采集位移传感器、压力传感器信息的电信号信息，经PLC控制器进行PID运算后，能够实现实时对驱动链条的张紧度进行调节，通过设定张紧油缸的恒定压力的范围，进而实现张紧油缸的自动伸缩，带动从动链轮和主动链轮的前后移动，确保驱动链条实时保持在一定的张力，从而保证拖缆行走位置控制的精确度，使拖缆装置的适应性更强。

连云港天明装备有限公司申请的发明专利《采煤机自动拖缆装置》，一种采煤机自动拖缆装置，包括拉动采煤机电缆夹板的拖缆行走机构、带动拖缆行走机构跟随采煤机同向移动的驱动链条和控制驱动链条的驱动装置，所述拖缆行走机构安装在驱动链条上。本发明通过驱动装置、驱动链条、主动链轮和从动链轮之间的配合形成对拖缆行走机构的拖动作用，进而通过拖缆行走机构对采煤机电缆夹板进行拖动，确保拖缆行走部的移动速度为采煤机牵引速度的一半，进而实现采煤机电缆夹板始终位于采煤机的一侧，使采煤机电缆夹板始终只打弯一次，避免电缆夹板过小的打弯半径，能够对采煤机电缆及电缆夹板实现有效的保护。

图7专利《采煤机自动拖缆装置》附图

连云港天明装备有限公司申请的实用新型专利《一种采煤机自动拖缆装置》，一种采煤机自动拖缆装置，包括拉动采煤机电缆夹板的拖缆行走机构、带动拖缆行走机构跟随采煤机同向移动的驱动链条和控制驱动链条的驱动装置，所述拖缆行走机构安装在驱动链条上。本实用新型通过驱动装置、驱动链条、主动链轮和从动链轮之间的配合形成对拖缆行走机构的拖动作用，进而通过拖缆行走机构对采煤机电缆夹板进行拖动，确保拖缆行走部的移动速度为采煤机牵引速度的一半，进而实现采煤机电缆夹板始终位于采煤机的一侧，使采煤机电缆夹板始终只打弯一次，避免电缆夹板过小的打弯半径，能够对采煤机电缆及电缆夹板实现有效的保护。

刘兆义申请的实用新型专利《煤机自动拖缆装置》，煤机自动拖缆装置，采煤机上设有采煤机外挂点，采煤机的电缆槽上沿长度方向间隔设置辅助固定滑轮，牵引钢丝绳一端固定在采煤机外挂点上，依次绕过机尾定滑轮、各个辅助固定滑轮及机头定滑轮，通过电缆牵引架固定在机头外挂点上。本实用新型采煤机在工作面作往复运动，牵引钢丝绳通过电缆牵引架牵引电缆在电缆槽内滑动，实现采煤机电缆的自动拖移，无人值守。不需设置专职看护电缆工，从根本上消除了煤机电缆事故，杜绝伤害工作人员；采煤机电缆运行和牵引速度相互匹配，实现了煤机牵引无阻滞，提高了煤机开机率和开机效率，该装置整体结构简单，加工容易，拆装方便，操作简单，对大倾角综采(放)工作面安全高效回采具有很好的推广价值。

图8专利《煤机自动拖缆装置》附图

西安煤矿机械有限公司申请的发明专利《一种采煤机自动拖缆系统的控制方法和控制装置》，本发明公开了一种采煤机自动拖缆系统的控制方法和控制装置，采煤机自动拖缆系统包括环形链条、动力部和拖缆行走部，运输机上设置从动链轮，动力部动力输出轴上安装主动链轮，主动链轮和从动链轮通过环形链条连接。该自动拖缆系统能确保采煤机在多次反复行走过程中始终使采煤机电缆夹板处于平整状态。本发明的控制方法，通过对动力部动力输出轴的转速进行调节，确保拖缆行走部的移动速度为采煤机移动速度的一半。本发明的控制装置包括动力部测速编码器、变频器和拖缆控制器，能够对驱动电机进行转速调节和换向控制。该控制方法和控制装置，无需工人对采煤机自动拖缆系统跟踪维护，提高设备自动化程度和智能化程度。

图9专利《一种采煤机自动拖缆系统的控制方法和控制装置》附图

西安煤矿机械有限公司申请的实用新型专利《一种采煤机自动拖缆系统》，本实用新型公开了一种采煤机自动拖缆系统，包括环形链条、用于驱动环形链条的动力部和用于随环形链条移动的拖缆行走部，环形链条设置在运输机电缆槽内，拖缆行走部安装在环形链条上，拖缆行走部包括护罩和用于将采煤机电缆夹板引导至采煤机的导向滚筒，导向滚筒设置在护罩内，动力部设置在采煤机的运输机机头或机尾，运输机上远离动力部的一端设置有从动链轮，动力部的动力输出轴上安装主动链轮，主动链轮和从动链轮通过环形链条连接，动力部至少包括驱动电机。该采煤机自动拖缆系统能够确保采煤机在多次反复行走过程中始终使采煤机电缆夹板处于平整状态，同时避免采煤机对采煤机电缆夹板的拖动，能够对采煤机电缆夹板实现有效的保护。

西安科技大学申请的实用新型专利《一种基于链条驱动的采煤机电缆自动拖拽装置》，本实用新型公开了一种基于链条驱动的采煤机电缆自动拖拽装置，包括电缆夹、拖动电缆夹在采煤机运动方向上运动的滑动拖缆小车、电缆槽和链条驱动机构；链条驱动机构包括链条和链条运动动力机构；滑动拖缆小车包括与链条固定连接的牵引板、固定连接在牵引板顶部的滑动底座和固定连接在滑动底座顶部的连接板，连接板一侧固定连接有主连接块，连接板另一侧固定连接有电缆夹轮架，电缆架轮架上转动连接有电缆夹轮，电缆夹绕在电缆夹轮上；电缆槽底部两侧分别设置有两根支撑导轨，牵引板位于两根支撑导轨之间。本实用新型结构简单，采煤机电缆收放及时、连续，避免了挤压、过度拉伸，延长了采煤机电缆的使用寿命，减少了过程干扰，延长了生产时间。

图10专利《一种基于链条驱动的采煤机电缆自动拖拽装置》附图

西安科技大学申请的实用新型专利《一种基于钢丝绳牵引的采煤机电缆自动拖拽装置》，本实用新型公开了一种基于钢丝绳牵引的采煤机电缆自动拖拽装置，包括电缆夹、拖动电缆夹在采煤机运动方向上运动的滑动拖缆小车、电缆槽和钢丝绳牵引动力机构；电缆槽底部两侧均固定连接有支撑导轨，滑动拖缆小车包括支撑导向块，支撑导向块上固定连接有电缆夹轮架，电缆夹轮架上转动连接有电缆夹轮，电缆夹绕在电缆夹轮上；钢丝绳牵引动力机构包括钢丝绳、电动机和与电动机连接的减速器，减速器的输出轴上固定连接有钢丝绳滚筒，钢丝绳的一端缠绕在钢丝绳滚筒上，钢丝绳的另一端与支撑导向块固定连接。本实用新型结构简单，采煤机电缆收放及时、连续，避免了挤压、过度拉伸，延长了采煤机电缆的使用寿命，减少了过程干扰，提高了生产效率。

图11专利《一种基于钢丝绳牵引的采煤机电缆自动拖拽装置》附图

西安煤矿机械有限公司申请的发明专利《一种采煤机自动拖缆装置及拖缆方法》，本发明公开了一种采煤机自动拖缆装置，包括第一定滑轮、第二定滑轮、牵拉绳和移动拖缆架，移动拖缆架上安装动滑轮，移动拖缆架上设置导向滚筒，采煤机电缆夹板绕过导向滚筒连接在采煤机上，牵拉绳一端固定在运输机机头，牵拉绳另一端依次绕过动滑轮、第一定滑轮和第二定滑轮并固定在采煤机上。该拖缆装置能避免采煤机电缆夹板多层叠加现象。本发明还公开了一种采煤机自动拖缆方法：当采煤机从运输机机头向机尾移动时，采煤机拉动采煤机电缆夹板，电缆夹板拉动移动拖缆架沿运输机电缆槽向机尾移动；当采煤机从运输机机尾向机头移动时，采煤机拉动牵拉绳，牵拉绳拉动移动拖缆架沿运输机电缆槽向机头移动。该拖缆方法运行简单，便于推广应用。

图12专利《一种采煤机自动拖缆装置及拖缆方法》附图

西安煤矿机械有限公司申请的实用新型专利《一种采煤机自动拖缆装置》，本实用新型公开了一种采煤机自动拖缆装置，包括第一定滑轮、第二定滑轮、牵拉绳和移动拖缆架，移动拖缆架上安装动滑轮，移动拖缆架上设置导向滚筒，采煤机电缆夹板绕过导向滚筒连接在采煤机上，牵拉绳一端固定在运输机机头，牵拉绳另一端依次绕过动滑轮、第一定滑轮和第二定滑轮并固定在采煤机上。该采煤机自动拖缆装置能够在采煤机多次反复行走过程中始终保持采煤机电缆夹板处于平整状态，有效避免采煤机电缆夹板多层叠加、摆动不畅的现象，有效保护电缆不会被采煤机截割滚筒割断。

山东能源机械集团中矿采煤机制造有限公司申请的实用新型专利《一种拖缆装置及拖缆系统》，本实用新型涉及一种拖缆装置及拖缆系统。一种拖缆装置，包括：固定钢丝绳两端的两个固定部件；所述钢丝绳缠绕经过改变所述钢丝绳行进方向的动滑轮；所述动滑轮与用于套绕支撑电缆的拖缆轮连接。本实用新型还公开了一种拖缆系统。本实用新型避免了电缆摩擦、折叠造成的损坏，并且无需外力实现自动跟随设备行进,并且钢丝绳规定滑轮的移动路线，从而保证拖缆轮上的电缆不会向偏离设定轨道。

图13专利《一种拖缆装置及拖缆系统》附图

江苏中机矿山设备有限公司申请的发明专利《自动送放电缆夹》，本发明公开了一种自动送放电缆夹，包括支架，所述支架包括U型槽，所述U型槽内设有圆环牵引链，所述圆环牵引链的两端分别设有驱动链轮机构和从动链轮机构，所述驱动链轮机构的驱动链轮和从动链轮机构的从动链轮分别与圆环牵引链的两端相啮合，驱动链轮、从动链轮和圆环牵引链构成链轮传动，圆环牵引链的一侧与拖缆支架联接。本发明自动送放电缆夹具有结构简单、安装拆卸方便、工作稳定的优点，可以大大节省井下空间，避免电缆外皮损坏，大大提高采煤机安全性和工作效率。

图14专利《自动送放电缆夹》附图

共检索到相关文献11篇，其中硕士论文3篇。

[1]田晓伟.新型采煤机拖缆装置结构分析[J].机械管理开发,,v.33;No.(11):36-37.

摘要：通过对采煤机电缆与采煤机运动关系的分析,基于现有问题,提出了新型采煤机拖缆装置的性能要求,根据该要求设计了新型的采煤机拖缆装置。该新型采煤机拖缆装置不仅克服了传动拖缆装置移动不方便、不同类型的电缆无法转接的难题,而且具有结构简单、工作可靠的优点,极大地提高了采煤机工作的可靠性和稳定性。

[2]祝宝君.采煤机电缆自动拖拽系统的设计[J].机械管理开发,,v.33;No.(10):-+.

摘要：针对采煤机工作过程中电缆因挤压磨损严重的问题,提出了采煤机电缆自动跟随采煤机运动的控制系统,并从其结构和控制系统两方面对该方案设计进行了分析。现场实测证明:该方案设计科学合理,能够保证电缆的工作状态,避免挤压弯曲造成的损害,利于煤炭行业的高度自动化生产。

[3]徐向东.井工采煤机动力电缆拖拽装置控制系统的研究[J].煤炭与化工,,v.41;No.(06):89-91.

摘要：针对采煤机运行过程中电缆损坏问题,设计研究了采煤机动力电缆拖拽装置,根据霍尔辛赫矿实际情况设计了自动拖拽装置的总体方案,对硬件电机、减速器和控制元件进行了选型设计,对控制系统和监控界面进行了软件设计,实现了采煤机电缆的自动拖拽控制,降低了电缆损坏故障发生的概率,为采煤机可靠工作提供了保障。

[4]陈吉祥.采煤机电缆自动拖拽控制系统研究[D].导师：郭卫;贺海涛.西安科技大学,.

摘要：针对煤矿井下采煤机电缆在工作过程中容易发生二次或多次弯曲,造成电缆过度挤压、磨损、掉道等恶劣工况这一现象,设计一种采煤机电缆自动拖拽控制系统,适用于一般长度综采工作面,拖拽装置安装在电缆槽中,跟随采煤机电缆同步运行。该系统可实现拖缆装置自动控制功能,解决了电缆过分挤压、磨损和掉道等问题,保障了作业人员的安全。本文在分析采煤机电缆实际工况的基础上,设计采煤机电缆拖拽装置,对其结构组成与工作原理进行分析与说明;在明确系统设计原则与要求的基础上,完成了采煤机电缆自动拖拽控制系统方案设计,提出了恒扭矩与速度跟随两种控制思路并分别对其控制原理进行说明,分析了控制系统软件与硬件组成部分及其具体功能;对采煤机电缆拖拽装置进行受力分析,对电机、减速器、控制器、变频器等硬件系统进行设计选型,确定硬件通信技术;编写两种控制思路下系统主程序与子程序并进行调试,建立控制系统上位监控界面;搭建实验台对采煤机自动拖缆控制系统进行可行性验证。以上研究工作验证了采煤机电缆自动拖拽控制系统实施的可行性,可与煤矿井下采煤机配合使用。

[5]刘锋,宋晓军,高志强,李永刚.采煤机自动拖缆系统研究[J].黑龙江科技信息,,(05):-.

摘要：以西安煤矿机械有限公司MG2×/-AWD型薄煤层采煤机为主的三机设备为研究对象,对现有拖缆方式存在的问题进行分析,设计了采煤机自动化拖缆系统。对其中的传动结构、链条张紧辅助系统、电气控制系统进行了研究与设计。

[6]刘锋.采煤机智能化拖缆系统研究[D].导师：张传伟;赵友军.西安科技大学,.

摘要：采煤机要从巷道顺槽中的移动变电站供电,其电缆粗且长,为保护电缆,现有做法是把电缆穿在电缆夹里,在采煤过程中通过采煤机拖拽电缆夹行走,电缆夹与采煤机之间仅有起停上的逻辑连锁,没有方向及负荷上的调节配合,采煤机换向牵引时,电缆夹存在多层叠加,高出电缆槽现象,从而易出现脱出电缆槽、折返严重、卡断等问题,导致采煤机无法正常工作,大多数煤矿都设专职看守电缆工进行人工拖缆,影响综采工作面的高产高效安全生产,给煤矿带来一定的经济损失。论文以西安煤矿机械有限公司MG2×/-AWD型薄煤层采煤机为研究对象,对现有采煤机拖缆方式存在的问题进行分析,设计采煤机智能化拖缆系统。重点对传动系统、链条张紧辅助系统、电气控制系统进行设计,利用Solidworks将传动系统各零部件的二维图纸转化为三维立体模型,并进行装配、运动分析以及干涉检验,确保了设计的准确性。智能化拖缆系统可以根据电缆夹负荷变化,自动调控采煤机的牵引速度,实现电缆夹自主跟随采煤机移动,始终处于两层叠加恒定的张紧状态,实现了智能化功能。所研究的智能化拖缆系统能推广应用到各类采煤工作面,特别是复杂地质条件(仰俯采、大倾角、薄煤层)下综采,将产生巨大的效益。

[7]李永岗,薛运洪,李波,杨飞,米琇娟,杨理昭.一种适应薄煤层大倾角工作面的自动拖缆装置[J].黑龙江科技信息,,(28):.

摘要：薄煤层大倾角采煤机的装机功率大、结构紧凑,现有薄煤层采煤机在运行过程中,电缆夹板经常存在摆动不顺畅、无法折弯而卡断或直接翻出电缆槽等问题。从而影响工作面正常生产,造成工作面采煤机电缆夹板维护量过大,给矿方带来了一定的经济损失。本文介绍一种自动拖缆装置,该系统具有结构简单,容易实现,维护量少,有较高精度等优点。

[8]郝园园.采煤机电缆拖拽装置及传动系统研究[D].导师：郭卫.西安科技大学,.

摘要：采煤机正常工作对于提高生产效率至关重要,采煤机电缆夹在采煤机往复运动中发生多层叠加,导致电缆卡死、拉断和掉槽,往往会造成采煤机停机。因此,设计了一种采煤机电缆拖拽装置,适用于一般长度综采工作面,安装在刮板输送机电缆槽内,并跟随采煤机往复运动,采煤机电缆拖拽装置旨在解决采煤机电缆夹卡死、拉断和掉槽的问题。主要完成的研究工作如下:本文在分析采煤机割煤工作过程的基础上,确定了采煤机电缆拖拽装置的总体方案,其中包括拖拽装置的结构和拖拽传动方式等;根据采煤机电缆拖拽装置的总体设计方案,对拖缆小车、滑动导轨和传动部件等进行了详细设计,并对电缆夹和传动系统进行选型设计与强度校核;对链条进行了有限元分析,得出了三种载荷下的Mises应力分布规律;利用Pro/E软件建立了采煤机电缆拖拽装置的三维模型,对传动系统进行运动学仿真分析,根据传动过程的实际工作状态,分析了两种不同负载下目标链环在位移、速度、加速度和接触力等方面的特征及其变化规律。以上工作验证了采煤机电缆自动拖拽装置结构的可行性,适合与综采工作面采煤机配套使用。

[9]张新,白文莹.采煤机自动拖缆装置的设计与应用[J].矿山机械,,v.43;No.(04):.

摘要：正采煤机拖缆装置是采煤机运行时拖拽并保护电缆的安全装置。在实际采煤生产过程中,普通拖缆装置已不能满足煤矿安全生产的需求。山东能源机械集团中矿采煤机制造有限公司研发了TL/-G型自动拖缆装置,以满足煤矿安全高效生产的要求。

[10]解波,秦天武.电缆自动拖拽装置在综采工作面的应用[J].安徽科技,,No.(08):50.

摘要：正目前,钱营孜煤矿采煤工作面使用的是双滚筒采煤机,采煤机主要通过截割部、行走部等进行工作,在其工作过程中,供电电缆必须根据采煤机的行进进行拖移。在以往的工作当中,电缆的拖移主要靠人工完成,无专用电缆吊挂拖运设备,工人劳动强度较大且工作不安全因素较多。基于以上原因,钱营孜煤矿在采煤工作面中试用电缆自动拖拽装置,取得了较好的使用效果。

[11]阚锦彪.电牵引采煤机新型拖缆装置的开发研制[J].煤矿机械,,v.35;No.(03):-.

摘要：针对自动化工作面的特点,开发研制了一种电牵引采煤机新型拖缆装置,实现了拖缆装置自身过载保护的功能,保证了自动化工作面的安全开采,阐述了该产品的功能、结构、工作原理和特点。

相关报道共2篇，分别是山东能源华丰煤矿和国家能源神东煤炭集团榆家梁煤矿。

（1）山东能源华丰煤矿

根据山东能源新汶矿业集团

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