矸石充填刮板輸送機(jī)的改造研制及應(yīng)用

李亞雄

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 研究背景

由于巖巷進(jìn)尺、整修進(jìn)尺及原煤篩分系統(tǒng)正常運(yùn)行將會產(chǎn)生大量矸石，為保護(hù)環(huán)境，防止地面沉降，保護(hù)地表附著物及地面建筑物，邢東礦井下矸石不允許升井，不在地面設(shè)立矸石山，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的矸石全部用于井下充填。近幾年來該礦為解決矸石處理問題，專門設(shè)計(jì)了矸石充填工作面。

目前11235 矸石充填工作面正在回采，該工作面切眼長度約56 m，采用了SGZ800/200 矸石充填刮板輸送機(jī)，該型矸石充填刮板輸送機(jī)在11235 工作面使用良好，但也反映出了充填效率不夠高等問題。11215 矸石充填工作面切眼長度約91 m，為滿足生產(chǎn)需要，保證矸石充填率以滿足生產(chǎn)需求，改善地面沉降，利用現(xiàn)有設(shè)備對矸石充填刮板輸送機(jī)進(jìn)行重新研制。

2 整體改造方案

傳統(tǒng)鑄焊結(jié)構(gòu)耐磨性差，使用壽命低。目前11235 工作面所使用的刮板機(jī)中部槽中板采用進(jìn)口NM450 材質(zhì)，也僅能保證過矸量20 萬t，而該工作面的月產(chǎn)量為7 萬t 左右。也就意味著一套全新的刮板機(jī)使用3 個(gè)月后就要升井大修，維修費(fèi)用大，影響生產(chǎn)進(jìn)度?，F(xiàn)有設(shè)備槽寬800 mm，其落煤孔設(shè)計(jì)較小，整體充填效率低，嚴(yán)重制約了綜采工作面的產(chǎn)能。11215 工作面預(yù)期產(chǎn)能是月產(chǎn)10萬t 左右，現(xiàn)用的刮板輸送機(jī)更加不能滿足生產(chǎn)需求。

此次配套采用SGZC900/400 刮板輸送機(jī)，在立項(xiàng)時(shí)的設(shè)計(jì)指標(biāo)是400 t/h，按每天兩班16 h，每月工作24 d 計(jì)算，月產(chǎn)量約為15 萬t，完全滿足該工作面月產(chǎn)10 萬t 的既定標(biāo)準(zhǔn)。

（1）SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機(jī)采用3D 打印凈成型整鑄技術(shù)中部槽（圖1）及獨(dú)有的TNZ 系列貝氏體鋼，具有高強(qiáng)度、高耐磨、耐腐蝕，免于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，該材料的機(jī)械性能，抗拉強(qiáng)度1 242 MPa，硬度42（HRC），耐磨性為悍達(dá)500材料的1.623 倍。性價(jià)比高，能大幅度降低生產(chǎn)成本，為煤礦帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

圖1 SGZ900/400 刮板輸送機(jī)中部槽Fig.1 Middle trough of SGZ900/400 scraper conveyor

（2）現(xiàn)用的SGZ800/200 型刮板輸送機(jī)工作時(shí)鏈速1.05 m/s，為保證充填效率，SGZC900/400 型刮板輸送機(jī)提高鏈輪速度至1.1 m/s，動(dòng)力部由原有的200 kW 電機(jī)改為400 kW，同時(shí)機(jī)頭、機(jī)尾傳動(dòng)部采用對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，機(jī)頭、尾可互換安裝；電機(jī)旋轉(zhuǎn)90°固定，防止與皮帶輸送機(jī)干涉，但電機(jī)、減速機(jī)外形尺寸不增加。

機(jī)頭組件改進(jìn)后主要由固定架、活動(dòng)架、伸縮油缸、鏈輪組件、機(jī)頭軸、舌板等部件組成。固定架體與活動(dòng)架體間采用油缸連接，通過液壓控制系統(tǒng)控制油缸伸縮，使活動(dòng)架體前伸，從而達(dá)到緊鏈的目的。

（3）SGZC900/400 型刮板輸送機(jī)增大開窗尺寸至350 mm×660 mm（寬×長），增加了落料粒度及落料量（圖2）。

圖2 SGZ900/400 刮板輸送機(jī)Fig.2 SGZ900/400 scraper conveyor

（4）原輸送機(jī)中部槽槽體、槽幫采用焊接技術(shù)，由于輸送機(jī)吊掛不平整等因素造成了槽幫磨損程度加大，現(xiàn)采用整鑄技術(shù)大大提高了槽幫的耐磨性能。

（5）插板機(jī)構(gòu)采用兩側(cè)導(dǎo)向，其中千斤頂側(cè)設(shè)計(jì)有導(dǎo)向滑塊，采空區(qū)側(cè)有導(dǎo)向輪及導(dǎo)向滑塊雙重導(dǎo)向設(shè)計(jì)，可以有效解決卸料插板開閉過程中的卡滯、歪斜、閉合不嚴(yán)等情況。

（6）中部槽采用3D 打印凈成型整鑄技術(shù)，槽寬由之前的800 mm 增大至900 mm，中部槽采用特殊的波浪紋減摩槽設(shè)計(jì)，有效地減少刮板與中板的接觸面積，并極大地緩解煤及矸石對中板、刮板的磨損，使整機(jī)運(yùn)行能耗大幅降低10%～30%。中部槽中板采用高強(qiáng)度耐磨材料，中部槽之間通過高強(qiáng)度啞鈴銷連接，提高了強(qiáng)度，增加了可靠性，減少了工人維護(hù)工作量。

（7）刮板采用模鍛制造，以保證強(qiáng)度及特殊形狀的要求，調(diào)質(zhì)處理加工。該機(jī)型采用的刮板，中間具有足夠的強(qiáng)度，兩端提高耐磨性，受力分布更加合理。

（8）刮板鏈條采用34×126-C 礦用加強(qiáng)型高強(qiáng)度扁平鏈，鏈環(huán)間距為200 mm，通過U 型螺栓固定在圓環(huán)鏈上，鏈條之間采用高強(qiáng)度接鏈環(huán)連接，U 型螺栓采用模鍛制造，緊固螺母采用特制自鎖六角螺母，提高了刮板輸送機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。

（9）機(jī)尾鏈輪、盲軸形式改為鏈輪組件形式。機(jī)尾部無動(dòng)力部，增加漲緊底鏈裝置，以方便上底鏈。

SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機(jī)運(yùn)量計(jì)算見式（1）。

式中：F 為中部槽裝載截?cái)嗝娣e，m2，F(xiàn)=0.122 7 m2；Ψ 為裝載系數(shù)，取0.9；v 為刮板鏈速度，取1.1 m/s；γ 為矸石容重，取1.5 t/m3。

計(jì)算Q=656 t/h。

3 應(yīng)用效果

（1）采用的TNZ 系列貝氏體鋼，具有高強(qiáng)度、高耐磨、耐腐蝕的特性，免于維護(hù)，據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可減少大修費(fèi)用200～240 萬元；中部槽使用報(bào)廢后，廠家承諾高價(jià)回收，并可以舊換新，實(shí)現(xiàn)廢舊物資處置效益最大化，極大降低生產(chǎn)成本。

（2）整鑄刮板機(jī)核心部件具有耐磨性好、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，相對鑄焊結(jié)構(gòu)中部槽，在使用過程中免于維護(hù)，可極大地降低維修成本30%～50%。

（3）提高運(yùn)輸矸石刮板輸送機(jī)工作時(shí)的速率，加大矸石刮板輸送機(jī)的電機(jī)功率，增大開窗尺寸從而提高矸石充填效率，能滿足11215 矸石充填工作面正常生產(chǎn)的充填需求。

（4）地面矸石投料系統(tǒng)建成投入使用，邢東礦今后所有回采工作面均為矸石充填工作面，因此提高矸石充填效率勢在必行。邢東礦技術(shù)人員反復(fù)研究討論，最終通過SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機(jī)的研制項(xiàng)目，提高矸石充填工作面后部充填刮板輸送機(jī)充填效率，保證了邢東礦每月的產(chǎn)量要求，且節(jié)省了新設(shè)備購置費(fèi)用。原SGZ800/200 矸石充填工作面使用的刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力為350 t/h，而升級改造后SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸能力提高至656 t/h，提高產(chǎn)量1.87 倍，過去矸石充填工作面月均產(chǎn)量為5 萬t，該項(xiàng)目完成后可增加產(chǎn)量至9.35 萬t 煤，按噸煤價(jià)格562 元計(jì)算，每月合計(jì)新增銷售額為2 444.7 萬元。

4 結(jié) 語

矸石充填開采在工作面防火管理、防止瓦斯超限、防止地面沉降、頂板控制和防治水方面的效果顯著，同時(shí)項(xiàng)目的成功實(shí)施降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，解決矸石處理問題，保證了矸石充填率、充填效果及原煤產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了“矸石不升井、采煤不見煤”綠色礦山的目標(biāo)，對煤炭行業(yè)矸石充填方面的研究有借鑒意義。項(xiàng)目完成后將產(chǎn)生極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，產(chǎn)生良好的社會影響，具有推廣應(yīng)用前景。