直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機的研究與應(yīng)用

王昆宏 溫寶卿

(陽煤集團煤機裝備研究院，山西省陽泉市，045000)

在綜采工作面的輸送設(shè)備中，一直采用可彎曲刮板輸送機搭接運輸巷刮板轉(zhuǎn)載機的方式，實現(xiàn)煤炭輸送任務(wù)。采用直角轉(zhuǎn)彎刮板輸送機[1]實現(xiàn)從采煤工作面到采區(qū)運輸巷不需轉(zhuǎn)載的連續(xù)運輸?shù)脑O(shè)想,多年來一直是各國煤炭企業(yè)所關(guān)注的問題。隨著采煤工作面回采強度的加大和采煤機械化的發(fā)展,德國HB布朗公司研制出第一臺EKF3型90°彎曲刮板輸送機，在內(nèi)口槽寬為690 mm的規(guī)格上進行了推廣應(yīng)用。歐美的主要產(chǎn)煤國如英國、前蘇聯(lián)、美國和芬蘭等也研制、試驗和使用多種輕型的直角轉(zhuǎn)彎刮板輸送機[5]。

我國的研究院所和煤機制造廠家先后研究、試制了中小型(80 kW以下)直角轉(zhuǎn)彎刮板輸送機。但大都因經(jīng)費不足或試驗條件不具備等原因，沒有定型推廣。直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機在綜采工作面的研究與應(yīng)用，國內(nèi)外一直處于空白狀態(tài)。近年來，隨著采煤工作面回采強度的加大,煤炭輸送量劇增，傳統(tǒng)的搭接轉(zhuǎn)載運輸方式越來越阻礙著煤礦的安全高效生產(chǎn)。陽煤集團煤機裝備研究院結(jié)合陽煤集團新元煤炭公司的實際需求，研制了SGZ1000/1710型直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機，從根本上解決工作面?zhèn)鹘y(tǒng)運輸方式的固有缺陷，實現(xiàn)了工作面煤炭連續(xù)平穩(wěn)運輸。

1 刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機布置現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 布置現(xiàn)狀

目前刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機有2種卸載方式：

(1)采用端卸方式[3]。刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機使用、安裝各自獨立，刮板輸送機前進由綜采工作面液壓支架推移。刮板轉(zhuǎn)載機采用自移裝置前進，或采用拉移前進，或采用后置支架推移前進，刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機運行系統(tǒng)各自獨立。

(2)采用側(cè)卸方式[3]。側(cè)卸方式又分為交叉式側(cè)卸和抽屜式側(cè)卸。交叉式側(cè)卸刮板輸送機的機頭與刮板轉(zhuǎn)載機的機尾成一整體，刮板輸送機的機頭搭在運輸巷刮板轉(zhuǎn)載機的機尾上，通過圓弧犁形卸煤板將煤從機頭架呈90°直角卸到刮板轉(zhuǎn)載機上。刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機的上、下鏈相互交叉穿過，從上向下的順序為：刮板輸送機上鏈、刮板轉(zhuǎn)載機上鏈、刮板輸送機下鏈、刮板轉(zhuǎn)載機下鏈。刮板輸送機機頭上槽的煤通過弧形犁煤板轉(zhuǎn)卸入刮板轉(zhuǎn)載機上槽，刮板輸送機下鏈帶回的煤落入刮板轉(zhuǎn)載機下槽，由刮板轉(zhuǎn)載機下鏈帶到機尾輪后翻到上槽運走[2]。刮板輸送機前進時用液壓支架推移，實現(xiàn)刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機共同前進，運行系統(tǒng)各自獨立。抽屜式側(cè)卸刮板輸送機的機頭與刮板轉(zhuǎn)載機的機尾段上下搭接，也通過圓弧犁形卸煤板將煤從機頭架呈直角90°卸到刮板轉(zhuǎn)載機上。刮板轉(zhuǎn)載機鏈條與刮板輸送機鏈條不產(chǎn)生交叉關(guān)系，推進系統(tǒng)可分別或共同使刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機前進。

1.2 存在的問題

普通型的刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機井下布置方案存在以下問題。

(1)刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機各自獨立運行，傳動裝置多，增加了故障點，刮板轉(zhuǎn)載機因故障突然停運后，在刮板輸送機機頭處的卸載口會造成堆煤現(xiàn)象。

(2)刮板輸送機機頭處的平行傳動裝置體積較大，尤其是大功率刮板輸送機，需要占用較大的空間，不利于工作面的端頭支護和頂板管理。

(3)受卸煤高度的影響，在實際卸煤過程中拉回煤現(xiàn)象嚴重，影響刮板輸送機的效率和可靠運行。

(4)煤炭運輸過程中在卸載口卸載，增加了動能損失，轉(zhuǎn)載時煤炭的撞擊會產(chǎn)生大量的煤塵。

2 直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)特征

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機主要由刮板輸送機、直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、破碎機、刮板轉(zhuǎn)載機組成。直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

1-刮板輸送機；2-直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)；3-破碎機；4-刮板轉(zhuǎn)載機圖1 直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 結(jié)構(gòu)特征

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機將刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機設(shè)計融為一體，刮板轉(zhuǎn)載機的傳動裝置同時也是刮板輸送機的機頭傳動裝置，這使兩者有機地結(jié)合在一起，達到同步運行的效果，解決了由于刮板轉(zhuǎn)載機因故障突然停運后引起的堆煤現(xiàn)象。

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機設(shè)計了直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)，直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)通過中單鏈將刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機有機結(jié)合，減少了刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機搭接機構(gòu)，省去了刮板輸送機的機頭傳動裝置，優(yōu)化了刮板輸送機與采煤機的配合，有利于端頭支護和頂板管理。直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)可以有效減少煤炭輸送過程中的拉回煤現(xiàn)象，從而提高刮板輸送機的可靠性。

由于直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機結(jié)構(gòu)少了一次轉(zhuǎn)載，因此減少了煤流的動能損失，可節(jié)能10%以上；同時避免了卸載過程中煤炭撞擊造成的煤炭粉碎，減少了綜采工作面與運輸巷過渡處的煤塵。

3 直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機的技術(shù)參數(shù)與關(guān)鍵技術(shù)

3.1 技術(shù)參數(shù)

SGZ 1000/1710型直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機設(shè)計輸送量為2200 t/h，設(shè)計長度為285 m(輸送部)+35 m(轉(zhuǎn)載部)，出廠長度為280 m(輸送部)+35 m(轉(zhuǎn)載部)，刮板鏈速為1.34 m/s；電動機型號為YBSS-855BP，電動機功率為855 kW，總裝機功率為1710 kW；減速器型號為HB-KPL-45，減速器速比為1∶39；中部槽型式為雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽，中部槽規(guī)格為1500 mm×1000 mm (內(nèi)寬)×392 mm；刮板鏈型式為中單鏈，規(guī)格為56 mm×175 mm，刮板間距為700 mm；鏈輪規(guī)格為TK56×175-6Z型沙克鏈輪；轉(zhuǎn)盤直徑為1700 mm，緊鏈方式為液壓馬達和伸縮機頭、機尾輔助緊鏈，卸載方式為端卸。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機使用直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)、雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽、沙克鏈輪三大關(guān)鍵技術(shù)，通過中單刮板鏈保證煤流的順暢運行。

3.2.1 直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)

直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)是把傳統(tǒng)的刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機兩部設(shè)備連接成一部設(shè)備的機構(gòu)，直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)由架體和轉(zhuǎn)輪組成，刮板鏈通過直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)時帶動轉(zhuǎn)輪同步轉(zhuǎn)動，上鏈帶動上轉(zhuǎn)輪正轉(zhuǎn)，下鏈帶動下轉(zhuǎn)輪反轉(zhuǎn)。直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)既能減小刮板鏈的運行阻力，又能保證刮板鏈的順暢直角90°轉(zhuǎn)彎。直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)示意圖如圖2所示。

圖2 直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)示意圖

3.2.2 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽

傳統(tǒng)刮板輸送機的中部槽是由鏟板槽幫、擋板槽板、中板和底板整體焊接而成[4]，當(dāng)中板與刮板鏈接觸面磨損嚴重時，只能廢棄或更換中板，造成較大的資源浪費。

雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽結(jié)構(gòu)是由不可翻轉(zhuǎn)的底座和可翻轉(zhuǎn)使用的槽體組成，當(dāng)與刮板鏈接觸面磨損到一定程度時，把槽體翻轉(zhuǎn)180°后安裝在底座上，既能保證溜槽的正常使用效果，又能保證槽體的耐磨性，提高中部槽的使用壽命50%～60%。雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽示意圖如圖3所示。

1-底座；2-可翻轉(zhuǎn)槽體圖3 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽示意圖

3.2.3 沙克鏈輪

傳統(tǒng)刮板輸送機的鏈輪齒和鏈輪體都是一體的，為整體鍛造，只要鏈輪齒磨損，整個鏈輪體就得報廢，而鏈輪的齒排在整個鏈輪體上僅占大約1/3的比重，這就造成了較大的浪費。

沙克鏈輪通過結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，將鏈輪的齒排設(shè)計為可拆卸式，即鏈輪的齒排和鏈輪體是分體結(jié)構(gòu)，當(dāng)齒排磨損到一定量時，只需更換齒排即可，鏈輪體還可以繼續(xù)使用，這樣就大大降低了使用成本；鏈輪的齒排更換也較為方便，在井下2個工人4 h以內(nèi)即可完成鏈輪的齒排更換，達到井下原位更換，既方便又快捷。沙克鏈輪示意圖如圖4所示。

1-鏈輪體；2-齒排；3-螺栓圖4 沙克鏈輪示意圖

4 應(yīng)用效果

2017年11月，直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機在陽煤集團新元煤炭公司3207工作面進行了工業(yè)性試驗，該綜采工作面采長為270 m，可采走向長度為1816 m，平均煤層厚度為2.73 m，進風(fēng)巷道尺寸為5.2 m×3.2 m，回風(fēng)巷道尺寸為5.2 m×3.2 m。采煤機采用上海創(chuàng)力MG400/930-WD，液壓支架采用陽煤華越ZY8000/18/37D，電液控系統(tǒng)采用北京天瑪SAC，通訊系統(tǒng)采用天津華寧KTC101。

經(jīng)過2年的使用，SGZ1000/1710型直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機的使用效果能夠滿足綜采工作面的需求，具有較高的可靠性、安全性和性價比，取得較好的應(yīng)用效果。

(1)直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)減少了刮板輸送機與刮板轉(zhuǎn)載機的搭接，使煤流順利轉(zhuǎn)彎，實現(xiàn)了煤炭的連續(xù)運輸，有效地解決了拉回煤的問題；節(jié)省了2套傳動裝置，減少了設(shè)備故障點，提高了開機率和工效。

(2)端頭支架采用普通(標準)支架即可滿足端頭支護要求，作業(yè)空間得到較大拓展，行人通道更為暢通，進風(fēng)端頭高度達2.5 m即可滿足使用要求。

(3)直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)處不用變線，與中間段高度相同，采煤機下臥量大，裝煤效果好。

(4)采用直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機后，在突出礦井條件下，中厚單一煤層最高月產(chǎn)可達25萬t；工作面工效為77.73 t/工，相比使用傳統(tǒng)刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機的綜采工作面提高了15.6 t/工，提高幅度為20%，并且工作面減少了1名操作工。

(5)直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機采用雙面可翻轉(zhuǎn)使用的中部槽，可以單獨拆卸更換鏈輪齒排，節(jié)約了設(shè)備使用成本。

(6)在直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)處，減少了1個揚煤塵點，極大地改善了工作面作業(yè)環(huán)境。

5 應(yīng)用前景

5.1 薄煤層工作面的應(yīng)用

薄煤層工作面由于煤層厚度在1.3 m以下，在使用傳統(tǒng)刮板輸送機作為運輸設(shè)備的采煤過程中，刮板輸送機機頭和機尾段機身較高，易造成采煤機滾筒無法割通工作面與底板(頂板)結(jié)合部位的煤，形成近似三角形未采出煤體，簡稱“三角煤”，不但降低了采煤效率，同時為了清理機頭和機尾部的“三角煤”，還給工人增加了大量的額外工作。

在薄煤層工作面應(yīng)用直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機后，由于直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)和中部槽在一個水平高度，采煤機在機尾和直角轉(zhuǎn)盤機構(gòu)處臥底量足夠，不會留下“三角煤”，從而極大地提高了采煤效率。

5.2 放頂煤工作面的應(yīng)用

放頂煤工作面使用傳統(tǒng)端卸式后部刮板輸送機時，受機頭和機尾需安裝驅(qū)動裝置，造成機身高度較高，機頭和機尾段各有接近10架液壓支架，由于放煤空間限制，液壓支架頂部的煤炭不能放下來，在機頭和機尾段液壓支架頂部形成“三角煤”現(xiàn)象，煤炭回采率不到70%，資源浪費嚴重。

在綜采放頂煤工作面應(yīng)用直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機后，由于后部刮板輸送機在工作面內(nèi)沒有驅(qū)動裝置，降低了機頭和機尾段的機身高度，保證液壓支架具有充足的放煤空間，液壓支架頂部的煤炭能夠方便地放下來，煤炭回采率可達95%以上，大大提高了資源的回采率。

6 結(jié)語

直角轉(zhuǎn)彎大功率重型刮板輸送機創(chuàng)新了綜采工作面刮板輸送機的端頭連結(jié)結(jié)構(gòu)，解決了井下原煤直角轉(zhuǎn)彎運載難題，打破了傳統(tǒng)運輸模式，實現(xiàn)了刮板輸送機和刮板轉(zhuǎn)載機的一體化，達到了國際領(lǐng)先水平。該設(shè)備不僅具有高強度、可翻轉(zhuǎn)、耐磨損、壽命長等優(yōu)勢，而且具有可靠性高、穩(wěn)定性好、安全性好、性價比高、設(shè)備故障率低、減人提效以及檢修維護方便等特點，可大幅提高煤礦安全管理水平及經(jīng)濟效益，具有很好的應(yīng)用推廣價值。