煤礦井下膠帶輸送機(jī)穿風(fēng)門墻防風(fēng)流逆流裝置的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

魚旭洋，吳 健，馬志龍

(陜西陜煤韓城礦業(yè)有限公司象山礦井，陜西 韓城 715400)

0 引言

煤礦井下運(yùn)輸系統(tǒng)中，經(jīng)常因?yàn)轱L(fēng)流調(diào)整問題，導(dǎo)致很多掘進(jìn)工作面需要在風(fēng)門處安裝出料設(shè)備。象山煤礦所有風(fēng)門處的出料方式都為刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻出料，而使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻出料會導(dǎo)致很多問題產(chǎn)生，如刮板輸送機(jī)安裝不嚴(yán)密導(dǎo)致對風(fēng)流的影響、刮板輸送機(jī)自身的缺點(diǎn)、設(shè)備的固定成本及可變成本的增加等。特別是全巖掘進(jìn)期間，由于刮板輸送機(jī)自身的缺陷，刮板輸送機(jī)極易損壞，導(dǎo)致生產(chǎn)中斷，影響生產(chǎn)任務(wù)，進(jìn)而造成更大的經(jīng)濟(jì)損失等。針對以上問題，有必要對井下運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整改造。

1 刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻出料的弊端

1.1 刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻對礦井風(fēng)流的影響

調(diào)節(jié)風(fēng)量：風(fēng)門作為一個風(fēng)流調(diào)整設(shè)施，承擔(dān)著系統(tǒng)風(fēng)量調(diào)節(jié)的重要作用，使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻出料時，風(fēng)門墻體穿刮板輸送機(jī)區(qū)域，始終有一個刮板輸送機(jī)通道，所以不能有效地對風(fēng)流進(jìn)行調(diào)整。

通道漏風(fēng)，風(fēng)量損失：象山礦井是一個典型的老礦井，系統(tǒng)戰(zhàn)線長，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，采掘頭面多，對風(fēng)量的需求比較大，風(fēng)量調(diào)配困難，使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻出料時，刮板輸送機(jī)通道漏風(fēng)，造成不必要的風(fēng)量損失。

1.2 刮板輸送機(jī)設(shè)備自身的缺點(diǎn)

斷鏈：刮板槽卡鏈，溜槽不直，鏈環(huán)磨損嚴(yán)重，長時間運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致鏈條疲勞，小矸石卡在鏈條與溜槽之間導(dǎo)致鏈條卡死，鏈條過緊，鏈條的材料質(zhì)量不符合相關(guān)要求等，是刮板輸送機(jī)的常見問題，這些因素常常會導(dǎo)致刮板輸送機(jī)斷鏈。

飄鏈：溜槽缺刮板，溜槽彎曲以及溜槽的槽幫在使用較長時間后，槽幫的磨損較為嚴(yán)重，導(dǎo)致鏈條不能有效地卡在溜槽之間，此類問題會導(dǎo)致刮板輸送機(jī)飄鏈，人員不注意時，可能導(dǎo)致人員傷亡。

跳鏈和掉鏈：刮板輸送機(jī)機(jī)頭位置不正，過渡溜槽平直度不夠，鏈輪咬進(jìn)雜物，分鏈器磨損等因素會導(dǎo)致鏈條跳鏈和掉鏈。

電動機(jī)故障：在刮板輸送機(jī)運(yùn)輸時，如發(fā)生卡鏈現(xiàn)象、鏈條與槽板之間夾矸現(xiàn)象、高負(fù)荷運(yùn)行情況、啟動頻繁情況等，將會導(dǎo)致電動機(jī)故障和燒毀等。

運(yùn)輸效率低：在刮板輸送機(jī)運(yùn)輸時，運(yùn)行阻力大，刮板輸送機(jī)越長，效率越低。

維修頻繁：鏈條、滾筒、鏈輪比較容易磨損，維修更換較為頻繁。

1.3 風(fēng)門處安裝及運(yùn)行一部刮板輸送機(jī)所需費(fèi)用

象山礦井各掘進(jìn)工作面常用的刮板輸送機(jī)為40 T刮板輸送機(jī)，以此為例，購買一套刮板輸送機(jī)的費(fèi)用為27.0萬元。刮板輸送機(jī)運(yùn)行期間，經(jīng)查閱歷年來設(shè)備維修費(fèi)用臺賬得知，1 a正常維修成本及保養(yǎng)成本基本上為總價的40%，即1 a所需的維修費(fèi)用為10.8萬元。刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行1 a，每天需要崗位操作工3人，每人工資取6 000元/月，每月需要支付工資1.8萬元，年支付工資為21.6萬元。在不考慮刮板輸送機(jī)檢修工工資、刮板輸送機(jī)設(shè)備意外損壞以及其他額外費(fèi)用的情況下，在風(fēng)門處安裝刮板輸送機(jī)出料，第1年需要投入的總費(fèi)用為59.4萬元。

2 風(fēng)門處運(yùn)輸系統(tǒng)的改造

2.1 防風(fēng)流逆流裝置設(shè)計(jì)

防風(fēng)流逆流裝置1套為4部分部件，第1部分和第3部分相同，第2部分和第4部分相同，不同的2個部分分別安裝在每道風(fēng)門墻體的進(jìn)風(fēng)側(cè)和回風(fēng)側(cè)，其加工步驟如下(尺寸根據(jù)主皮帶尺寸相應(yīng)調(diào)整)。

2.1.1 第1部分和第3部分加工步驟

主體結(jié)構(gòu)加工：采用5 mm鋼板與50 mm×50 mm×5 mm角鋼焊接，完成主體框架外包圍的加工，主體尺寸為1.1 m×0.5 m×1.0 m(長×寬×高)。

逆止結(jié)構(gòu)加工：廢舊皮帶加工成兩片扇形形狀，扇形圓弧弧度與主皮帶上帶弧度相同，扇形皮帶內(nèi)測襯有相同尺寸的扇形鋼板，使其與主體結(jié)構(gòu)邊框的角鋼之間形成簡單的逆止結(jié)構(gòu)，只能向逆風(fēng)方向開啟，皮帶與鋼板上部用夾板和螺絲緊固固定，加固擋風(fēng)區(qū)域抵抗風(fēng)壓。

夾板結(jié)構(gòu)加工：① 0.54 m長的DN20鋼管與一條0.54 m×0.02 m的開孔鋼板焊接；②一條0.54 m×0.02 m的開孔鋼板。

轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)加工：DN15鋼管安裝在主體結(jié)構(gòu)上部，穿過主體預(yù)留孔洞和夾板DN20鋼管，形成簡單的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)。

托輥結(jié)構(gòu)加工：主體底部向上0.2 m的位置，焊接有皮帶托輥卡槽，便于安裝底皮帶直托輥。

固定結(jié)構(gòu)加工：主體上方和兩側(cè)各焊接2根長度0.1 m的開孔角鋼，用于安裝調(diào)整好防風(fēng)流逆流裝置后，在風(fēng)門墻體上對裝置進(jìn)行二次固定。距離主體底部向上0.67 m的位置，焊接2根短節(jié)皮帶縱梁，短節(jié)皮帶縱梁的長度為0.5 m，方便與主皮帶縱梁對接。

2.1.2 第2部分和第4部分加工步驟

逆止結(jié)構(gòu)加工：廢舊皮帶加工成兩片扇形形狀，扇形圓弧弧度與主皮帶上帶弧度相同，然后對皮帶進(jìn)行切割，切割寬度2～3 cm，使其成為簾狀，不使用扇形鋼板加固。

其余結(jié)構(gòu)：其余結(jié)構(gòu)與第1、3部分相同，如圖1所示。

圖1 加工示意Fig.1 Processing schematic

2.2 使用膠帶輸送機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

運(yùn)距長、運(yùn)量大：膠帶輸送機(jī)在技術(shù)性能上要優(yōu)于刮板輸送機(jī)，膠帶輸送機(jī)運(yùn)距長，象山礦井最遠(yuǎn)的膠帶輸送機(jī)運(yùn)輸距離達(dá)到了2 000多米。膠帶輸送機(jī)的運(yùn)量比較大。

可連續(xù)運(yùn)輸：膠帶輸送機(jī)可以連續(xù)輸送，運(yùn)輸過程中撒料較少，運(yùn)行可靠，比較容易實(shí)現(xiàn)自動化智能控制。

阻力小，能耗低：膠帶輸送機(jī)運(yùn)行過程中，上下皮帶都有托輥支撐，各部件摩擦阻力小，同等條件下約為刮板輸送機(jī)阻力的1/5，動力消耗低，結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù)，工作可靠平穩(wěn)。且皮帶八大保護(hù)齊全，更能有效地保證膠帶輸送機(jī)正常運(yùn)行。

成本減少：使主皮帶直接穿過風(fēng)門墻，可以節(jié)省多余安設(shè)的刮板輸送機(jī)設(shè)備的費(fèi)用，崗位操作人員的費(fèi)用，維修工的費(fèi)用，且膠帶輸送機(jī)磨損較小，保養(yǎng)維護(hù)費(fèi)用很低。

2.3 使主膠帶輸送機(jī)直接穿過風(fēng)門墻

南二5號煤邊界運(yùn)輸下山掘進(jìn)工作面出貨系統(tǒng)由3部膠帶輸送機(jī)和2部刮板輸送機(jī)組成，其中第2部設(shè)備為膠帶輸送機(jī)，運(yùn)距260 m，第3部設(shè)備為刮板輸送機(jī)(此部刮板輸送機(jī)需要穿過南二5號煤膠帶輸送機(jī)尾部車場風(fēng)門墻)，運(yùn)距60 m，將此刮板輸送機(jī)取締，使第2部膠帶輸送機(jī)直接穿過南二5號煤膠帶輸送機(jī)尾部車場風(fēng)門墻，使整個南二5號煤邊界運(yùn)輸下山的出貨系統(tǒng)精簡為4部設(shè)備。

在南二5號煤膠帶輸送機(jī)尾部車場風(fēng)門墻處，安裝膠帶輸送機(jī)穿風(fēng)門墻防風(fēng)流逆流設(shè)施，第1、3部分安裝在風(fēng)門墻體進(jìn)風(fēng)側(cè)，第2、4部分安裝在風(fēng)門墻體回風(fēng)側(cè)。

將主皮帶與防風(fēng)流逆流裝置連接，皮帶縱梁與防風(fēng)流逆流裝置上預(yù)留的0.5 m縱梁進(jìn)行對接，安裝上H架，使上下膠帶穿過防風(fēng)流逆流裝置對應(yīng)的通道，調(diào)整H架以及防風(fēng)流逆流裝置的位置，使其平直，調(diào)整皮帶張緊絞車，調(diào)試皮帶正常運(yùn)行即可。

把防風(fēng)流逆流裝置固定在風(fēng)門墻墻體上，使其牢固可靠。在墻體與防風(fēng)流逆流裝置的縫隙處，使用填縫劑或水泥砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，使其密閉完好不漏風(fēng)。

3 使用防風(fēng)流逆流裝置后的效果

3.1 用工精簡

全國煤礦企業(yè)都在創(chuàng)新改革，向著“少人化、無人化、安全高效”的智能型礦井發(fā)展。其中就有最大限度的減少固定崗位，做到無人值守，有人巡檢的措施，象山礦井用工人數(shù)原本就比較多，之前使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻，需要增加至少1個崗位，無疑與煤礦發(fā)展趨勢相悖。在使用此裝置后，崗位減少1個，使礦井用工更加精簡有效。

3.2 風(fēng)量損失小

由于該礦是一個典型的老礦區(qū)，通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜，給各頭各面配風(fēng)時，存在風(fēng)量不夠，風(fēng)量配不上去的問題，最后只能選擇調(diào)整主扇扇葉角度，增加了整個主扇運(yùn)行的風(fēng)險。所以，針對在使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻運(yùn)輸時，造成風(fēng)量損失的缺點(diǎn)，在使用膠帶輸送機(jī)穿風(fēng)門墻防風(fēng)流逆流裝置后就得以最大程度的減少。

3.3 電能損失小

經(jīng)查，刮板輸送機(jī)的空載功率消耗占總功率的30%以上，且刮板輸送機(jī)延設(shè)越長，功率消耗越大。而膠帶輸送機(jī)的工作阻力較小，同等條件下，約為刮板輸送機(jī)的1/3～1/5，功率消耗較小。

3.4 固定成本減少

象山礦井屬于高瓦斯礦井且水文地質(zhì)復(fù)雜，系統(tǒng)戰(zhàn)線比較長，開采難度大，煤質(zhì)較差，開采成本較高，故減少成本投入就成為盈利的一大措施。在使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻時，需要投入一整套設(shè)備，電源、電纜、開關(guān)、設(shè)備等。而使主皮帶直接穿風(fēng)門墻，就少投入一整套設(shè)備，無疑減少了礦井的成本投入。

3.5 可變成本減少

眾所周知，刮板輸送機(jī)磨損較大，維護(hù)及維修的費(fèi)用較高，還有崗位工的費(fèi)用，設(shè)備用電的費(fèi)用等。在使用此裝置后，相應(yīng)費(fèi)用就不會產(chǎn)生，增加的膠帶輸送機(jī)可變成本可以忽略不計(jì)，減少了可變成本的投入。

3.6 穩(wěn)定性高

在使用刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門墻時，當(dāng)工作面遇到構(gòu)造或者斷層，工作面矸石量較大時，刮板輸送機(jī)的的弊端尤為明顯，南二5號煤邊界運(yùn)輸下山掘進(jìn)工作面，在2019年12月16日揭露一斷距大于3 m的正斷層，工作面全巖掘進(jìn)，導(dǎo)致工作面和穿風(fēng)門墻的2部刮板輸送機(jī)故障頻發(fā)：卡鏈、斷鏈、高負(fù)荷、燒毀電機(jī)等。在采取相應(yīng)改善措施后，效果不大，導(dǎo)致2019年12月下旬至2020年1月中旬此工作面無進(jìn)尺，嚴(yán)重影響區(qū)隊(duì)生產(chǎn)任務(wù)。后經(jīng)過拆除穿風(fēng)門墻刮板輸送機(jī)，使主皮帶直接穿過風(fēng)門墻，安裝上防風(fēng)流逆流裝置后，整個運(yùn)輸系統(tǒng)才恢復(fù)正常，工作面開始正常掘進(jìn)，運(yùn)輸系統(tǒng)改造后一直安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語

經(jīng)過研究、論證、加工、安裝、使用，該設(shè)備能在井下運(yùn)輸系統(tǒng)中起到重要作用，在象山礦井南翼5號煤膠帶輸送機(jī)大巷尾部車場風(fēng)門處安裝，穩(wěn)定運(yùn)行。煤礦井下條件復(fù)雜，制約生產(chǎn)因素較多，面對礦井生產(chǎn)過程中遇到的問題，摸清楚根本原因，針對性地解決問題。對于此裝置的加工方案，力求創(chuàng)新，并對方案可行性進(jìn)行論證，保障礦井的運(yùn)輸系統(tǒng)不受影響，對礦井通風(fēng)、運(yùn)輸、成本等各方面都進(jìn)行優(yōu)化，該裝置可為類似條件的礦井提供參考。