刮板輸送機中部槽沖擊磨損的試驗研究

樊東毅

（山西省潞安集團漳村煤礦，山西 長治 046032）

現(xiàn)代化礦井的開采高度普遍較大，在工作面開采過程中截割下來的煤體落在槽體內(nèi)會形成沖擊，從而形成了輸送機中部槽的沖擊磨損[1]。對于刮板輸送機而言，中部槽體不僅作為采煤機截割的運行軌道，而且是支架推移輸送機的支點，故中部槽磨損過大會影響工作面的正常開采。煤體的性質(zhì)、開采高度以及沖擊流量等因素均會對沖擊磨損效果造成影響。因此本文對不同因素的影響效果進行系統(tǒng)分析，從而為輸送機中部槽的后期設(shè)計提供一定的依據(jù)。

1 試驗方案分析

本次選擇磨損量作為中部槽磨損程度的量化指標，磨損量的計算方法眾多，考慮到本次試驗所用沖擊磨損試驗臺的結(jié)構(gòu)特征、試樣以及磨損介質(zhì)的特點，選擇質(zhì)量磨損作為評價指標，通過公式（1）計算：

式中：

W1、W2-分別為試驗前和試驗后試樣的質(zhì)量。

在進行沖擊磨損試驗分析前，需要對其磨損狀況進行取樣研究，然后再根據(jù)輸送機所處工作面的環(huán)境綜合考慮，最終確定本次研究的影響因素為沖擊高度、沖擊流量、煤流速率以及煤體性質(zhì)這四個方面，通過調(diào)整試驗系統(tǒng)下料口到中部槽的距離可以實現(xiàn)沖擊高度的控制，通過控制電機轉(zhuǎn)動速率可以調(diào)節(jié)煤流速率，利用電機設(shè)定頻率的不同可以控制沖擊流量，而煤體性質(zhì)通過選擇不同煤種來實現(xiàn)，則最終得到的試驗方案如表1所示。

表1 沖擊磨損試驗方案統(tǒng)計表

2 不同因素的影響效果分析

（1）煤流速率的影響

為了獲得煤流速率對中部槽沖擊磨損的影響規(guī)律，本次控制其他變量不變，選擇煤種為焦煤，沖擊流量為15t/h，沖擊高度為0.7m，由此得到試樣磨損量與煤流速率的關(guān)系如圖1所示。

圖1 試樣磨損量與煤流速率的關(guān)系示意圖

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，煤流速率從0.05m/s增大到0.25m/s，左試樣磨損量從0.0045g增大到了0.0187g，右試樣磨損量從0.0052g增大到了0.0172g。左試樣、右試樣以及平均的磨損量均隨著煤流速率的增加而增大，而且三者的變化趨勢幾乎趨于一致，煤流速率愈大，則意味著在同樣時間范圍內(nèi)對中部槽形成沖擊的煤體量愈大，槽體受到磨損的次數(shù)增大，由于受到頻繁的沖擊作用，則試樣表面金屬達到極限強度的可能性加大。

左試樣和右試樣磨損量的差值也隨著煤流速率的改變而改變，而磨損量的差值反應(yīng)了磨損均勻性的變化特征，由此說明在實際開采條件下刮板輸送機中部槽的磨損表現(xiàn)為不均勻的特性。

（2）沖擊高度的影響

本次同樣選擇煤種為焦煤，沖擊流量為15t/h，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與沖擊高度的關(guān)系如圖2所示。

圖2 試樣磨損量與沖擊高度的關(guān)系示意圖

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，隨著沖擊高度的增加，右試樣的磨損量在不斷增大，從0.0077g逐步增加到了0.012g，而左試樣的磨損量表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，當沖擊高度從0.4m增大到0.6m，左試樣的磨損量從0.0083g增加到0.0098g，而沖擊高度從0.6m增大到0.8m，左試樣的磨損量先減小到0.0087g，而后又復(fù)而增加到0.0099g。同時，當沖擊高度為0.7m時，左試樣和右試樣磨損量的差值最為顯著，達到了0.0025g。

（3）沖擊流量的影響

選擇煤種為焦煤，沖擊高度為0.6m，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與沖擊流量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 試樣磨損量與沖擊流量的關(guān)系示意圖

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，隨著沖擊流量的增大，左試樣和右試樣磨損量均在不斷增加，且二者增加的趨勢大致相似。當沖擊流量從5t/h增加到15t/h時，左右試樣磨損量的增加速率較小，而沖擊流量從15t/h增加到20t/h時，二者的增加速率較大。另一方面，在沖擊流量不斷增大的過程中，左右試樣磨損量的差值表現(xiàn)為先減小后增大的規(guī)律。

（4）煤體性質(zhì)的影響

選擇沖擊流量為10t/h，沖擊高度為0.6m，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與不同煤種的關(guān)系如圖4所示。

圖4 試樣磨損量與煤種的關(guān)系示意圖

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，煤種不同時試樣的磨損量就不同，煤體性質(zhì)對左試樣磨損量的影響較小，而當煤種為無煙煤時，右試樣的磨損量最大。平均磨損量的排列順序表現(xiàn)為：無煙煤＞煙煤＞焦煤。

不同因素對中部槽沖擊磨損的試驗結(jié)果顯示，各個因素均會影響試樣的磨損特性，煤體性質(zhì)是礦井開采煤層的固有屬性，人為無法控制[2]，而其他因素均可以合理控制，以最大程度減小對輸送機中部槽的沖擊磨損。

3 不同因素的復(fù)合影響效果分析

由上文可知，各個因素或多或少都會對試樣的磨損特性造成影響，而礦井實際開采環(huán)境中，各個因素會共同作用對輸送機中部槽造成沖擊磨損。正交試驗法在研究多因素多水平方案中具有獨到優(yōu)勢，故本次通過正交試驗法對各個因素的復(fù)合影響效果進行研究[3]。選擇上文研究的四個因素為研究對象，由于煤體性質(zhì)只有三種，故此處選擇各個因素的水平均為三種，由此建立的正交試驗方案如表2所示。

表2 正交試驗方案統(tǒng)計表

在表2中，共設(shè)計了9組試驗方案，通過輸送機中部槽的沖擊磨損試驗得到的各個組別的試驗結(jié)果如表3所示。

對正交試驗結(jié)果進行極差分析（Ri）可以反應(yīng)各個影響因素作用下磨損量的變化特征，進而得到各個因素對磨損量影響的程度。通過極差分析法得到?jīng)_擊高度、沖擊流量、煤流速率以及煤體性質(zhì)這四個因素的極差分別為0.0042、0.006、0.0025、0.0154，故認為在礦井開采過程中，各個因素對中部槽沖擊磨損的影響程度表現(xiàn)為：煤體性質(zhì)＞沖擊流量＞沖擊高度＞煤流速率。究其原因，煤體性質(zhì)不同，其硬度就不同，硬度較大的煤體在與輸送機中部槽接觸過程中更加容易對金屬表面造成磨損。

表3 正交試驗結(jié)果統(tǒng)計表

當沖擊高度為0.8m、沖擊流量為15t/h、煤流速率為0.25m/s以及煤體性質(zhì)為無煙煤時，磨損量最大，其值為0.0202g，這是因為沖擊高度、沖擊流量以及煤流速率較大時，煤體與中部槽的接觸緊密，造成其磨損顯著。

4 結(jié)語

本文對不同因素的影響效果進行系統(tǒng)分析，從而為輸送機中部槽的后期設(shè)計提供一定的依據(jù)。磨損量與沖擊高度、沖擊流量以及煤流速率均呈現(xiàn)為正相關(guān)系，在實際開采條件下刮板輸送機中部槽的磨損表現(xiàn)為不均勻的特性；對于不同煤種而言，磨損量的排列順序表現(xiàn)為：無煙煤＞煙煤＞焦煤；在礦井開采過程中，各個因素對中部槽沖擊磨損的影響程度表現(xiàn)為：煤體性質(zhì)＞沖擊流量＞沖擊高度＞煤流速率；當沖擊高度為0.8m、沖擊流量為15t/h、煤流速率為0.25m/s以及煤體性質(zhì)為無煙煤時，磨損量最大。