帶式儲運機在煤礦掘進工作面的研究與應用

李新海 徐興民 劉仕磊

（山東能源新汶礦業(yè)集團翟鎮(zhèn)煤礦，山東省新泰市，271204）

1 礦井概況

新汶礦業(yè)集團公司翟鎮(zhèn)煤礦1993年投產，設計生產能力120 萬t／a。礦井目前為單水平開采，開采水平為-400水平，-400水平有六采區(qū)、七采區(qū)、后組三采區(qū)3個采區(qū)，生產能力200萬t／a。原煤生產運輸系統(tǒng)由井下皮帶運輸系統(tǒng)、立井提升運輸系統(tǒng)和地面原煤運輸系統(tǒng)組成。

2013年10月，翟鎮(zhèn)礦對礦井原煤運輸系統(tǒng)進行集中改造，取消了原有架線電機車運煤方式，礦井西翼、南翼和東翼采區(qū)原煤全部通過皮帶運輸系統(tǒng)輸送至井底煤倉，經主井提升至地面，實現(xiàn)了礦井原煤無軌化運輸。

2 課題的提出

由于采煤工作面和掘進工作面產出的原煤及矸石全部通過主運輸皮帶進行運輸，如何合理分配采掘工作面的運輸時間、實現(xiàn)煤矸分儲分運、提高系統(tǒng)運輸效率成為礦井原煤產量和礦井正常接續(xù)開拓的關鍵因素。以下弊端亟待解決：

（1）當采煤工作面出煤、掘進工作面出矸時，采煤工作面遇斷層打放出矸、掘進工作面出煤時，為保證原煤煤質，采掘進工作面嚴禁同時出煤或矸石，通常情況下以采煤工作面優(yōu)先，造成工作面產出的煤矸石無法及時外排，嚴重影響正常掘進，降低掘進效率。

（2）現(xiàn)礦井部分掘進工作面為炮掘，產生的煤矸石一般通過扒裝機進行扒裝后進入運輸系統(tǒng)，扒裝運輸效率低，運輸系統(tǒng)長時間輕載運行造成電能的極大浪費。

3 帶式儲運機結構及工作原理

針對制約掘進工作面的關鍵因素，通過反復研究試驗改造，翟鎮(zhèn)礦成功自行研制了配套適應掘進工作面的帶式儲運機，取代了煤礦井下傳統(tǒng)應用的梭式礦車儲運裝置，用于集中存儲、集中運輸工作面產生的煤矸石。

3.1 帶式儲運機結構

該設備主要由驅動裝置、儲帶倉、中間架、擋料板及機尾架組成。帶式儲運機結構見圖1。

驅動裝置由驅動架、驅動滾筒、永磁直驅變頻裝置組成，驅動架使用12 mm 鋼板焊接成型，并用11＃工字鋼作為橫撐，防止驅動架受力變形，驅動滾筒使用?500 mm×1400 mm 滾筒，永磁直驅變頻調速電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與驅動滾筒剛性聯(lián)接；漲緊裝置使用手動漲緊器配套?320 mm漲緊滾筒、?200 mm 導向滾筒手動漲緊；卸載裝置機機尾裝置使用11＃工字鋼加工，卸載滾筒、機尾導向滾筒為?320 mm×1400 mm；中間架使用14＃槽鋼連接，橫撐使用11＃工字鋼連接固定；擋料板采用U 型結構，使用6 mm 鋼板配套法蘭盤加工，通過側板與連接架固定，單位有效截面積可達0.9m2。

3.2 工作原理

當掘進工作面出矸或出煤時，儲運機擋料板、擋料皮子及運輸皮帶形成儲料空間，經工作面運輸設備將煤矸石輸送至儲運機內，永磁直驅變頻調速電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與驅動滾筒剛性聯(lián)接，通過變頻控制，使驅動滾筒以帶速0.2m／s驅動儲運機皮帶低速、勻速運行，實現(xiàn)對煤矸石的集中儲存。當工作面出完煤矸石或儲運機達到裝載極限后停機，待運輸系統(tǒng)具備運輸條件時，將變頻器切換至0.5m／s帶速下，實現(xiàn)快速集中排料。

3.3 設備特點

（1）采用直驅同步變頻系統(tǒng)為設備提供低速大轉矩動力，通過對傳統(tǒng)帶式輸送機驅動系統(tǒng)進行改造，使用大轉矩永磁同步直驅變頻電機取代傳統(tǒng)的三相異步電動機、液力耦合器及減速箱，實現(xiàn)了傳動系統(tǒng)結構的簡化，并滿足重載起動要求。

（2）采用模塊化結構設計，構件全部通過螺栓固定連接，結構簡單，重量輕，方便井下運輸及現(xiàn)場安裝，設計長度從30～50m 可隨意根據(jù)現(xiàn)場需要進行調整。

4 效果分析

（1）通過帶式儲運機在掘進工作面的配套應用，實現(xiàn)了煤礦井下掘進工作面的掘、支、儲、運一體化，每次存儲能夠滿足工作面2～3個正規(guī)循環(huán)的矸石量，消除了運輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)對機械化生產的制約，實現(xiàn)綜掘機械生產的連續(xù)性，杜絕了工作面無法及時排矸排煤進而制約正常的掘進速度，使掘進效率提高了20%。

圖1 帶式儲運機結構

（2）通過配套永磁直驅變頻驅動裝置，使驅 動設備結構大大簡化。一是省去減速箱，每年節(jié)省減速箱直接使用的320＃中負荷齒輪油費用約1.2萬元；二是省去液力耦合器，使電機直接與傳動滾筒進行剛性連接，過載系數(shù)由原來的0.8 提高至2.5，滿足了現(xiàn)場設備重載啟動要求；三是電機機械傳動效率由原來的80%提高至95%，節(jié)能效率提高15%；四是傳動設備實現(xiàn)免維護，使工人維修勞動強度大大降低；五是通過變頻控制，運行速度可實現(xiàn)0.2～2.4m／s的高低速實時調節(jié)，極大提高了生產效率。

（3）該設備可一機多用，既可存儲也可運輸，實現(xiàn)了煤、矸分時分運和運輸系統(tǒng)的集中運行，出矸出煤時間由原來的2h縮短為10min，杜絕了運輸系統(tǒng)長時間輕載或空載運行，同時可根據(jù)峰谷分時合理調整運行時間，在谷段集中排料，大大降低電費支出，提高了系統(tǒng)運輸效率，實現(xiàn)節(jié)支降耗。

（4）避免了掘進工作面矸石進入原煤運輸系統(tǒng)，提高了原煤煤質。杜絕了區(qū)隊為提高掘進速度，私自向運輸系統(tǒng)偷排矸石的現(xiàn)象，提高了現(xiàn)場管理水平。

（5）設備采用模塊化結構設計，結構簡單，運輸、安裝、維修維護方便，使設備安裝周期及生產準備時間大大縮短，可有效節(jié)約人力成本。

總之，翟鎮(zhèn)煤礦自主研發(fā)設計的煤礦井下帶式儲運機，能夠有效調節(jié)采掘工作面的生產沖突，提高煤礦炮掘及機掘工作面生產效率，提高輔助運輸系統(tǒng)效率，大大降低設備運行維護費用，縮短生產準備時間，經過現(xiàn)場使用取得了較好的效果，在煤礦井下掘進工作面具有廣泛的推廣應用價值。

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