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新型刮板輸送機的研究與應用

用刮板鏈牽引、在槽內運送散料的輸送機叫刮板輸送機。在當前采煤工作面內，刮板輸送機的作用不僅是運送煤和物料，而且還是采煤機的運行軌道，因此它成為現代化采煤工藝中不可缺少的主要設備。刮板輸送機能保持連續運轉，生產就能正常進行。否則，整個采煤工作面就會呈現停產狀態，使整個生產中斷。近幾年來，兗州礦業（集團）有限責任公司及下屬各礦與國內有關單位合作，在刮板輸送機的研究試驗方面也進行了大量工作，并且取得了良好的現場使用效果。

1 輸送機發展趨勢


研究指出：大功率、大運量、高強度、高可靠性輸送機的推廣應用將成為兗州礦區發展的必然趨勢。

①中部槽。其結構的發展趨勢主要以整體鑄造槽幫鋼、組焊中板結構為主 ，內槽寬考慮到互換性將保持在900~1000mm，中板和底封板均為高強度耐磨板。

②鏈條。目前的水平是Φ34×126mm礦用高強度圓環鏈，隨著綜采面鋪設長度的增加，圓環鏈直徑可能增大到Φ38mm或Φ42mm。

③采煤機牽引方式。由于兗州礦區對強力鏈軌式牽引方式有較好的使用效果，所以采煤機的牽引方式將會統一于這種模式，但強度更高、維修更方便的齒排式牽引也會成為選擇方式之一。

④機尾。可伸縮式機尾結構可以方便地調整刮板輸送機使用期間或緊鏈之后的鏈條松緊程度，在技術上也比較成熟，將得到進一步的推廣應用。

⑤卸載方式。對綜采放頂煤一次采全高工作面而言，由于上下兩頭超大支護空間及頂板情況，目前有把握的是端卸方式。但根據兗州礦區和國內外的使用經驗，十字交叉側卸方式在性能上優于端卸方式，雖然十字交叉側卸方式還處于研究階段，在重型高效一次采全高工作面將會得到應用。

⑥傳動裝置。隨著綜采面尤其是濟東煤田煤層賦存條件較好將使工作面設計長度進一步增大，電動機單機功率在375kW的基礎上將加大，傳動裝置的發展趨勢將是以3.3kV電壓等級雙速電動機驅動，行星輪系減速器傳動為主。

2 煤礦井下前、后部刮板輸送機


其主要結構特點如下：

①前、后部刮板輸送機的機頭架、傳動部、鏈輪組件、鏈條和刮板等組件均可互相通用，減少了備件的種類。

②前、后部輸送機的傳動部采用垂直布置的方式，布置在煤壁一側，給液壓支架留有合理的布置空間。

③機頭的傳動部采用端卸式，選用體積較小的行星減速器，并且把鏈輪組件設計成直接與減速器對接的型式，使得結構更加緊湊。

④在過渡槽的全長上布置了牽引銷軌，以保證采煤機盡可能爬上機頭，給采煤機截通工作面創造了較好的條件。

⑤中部槽的擋板槽幫和鏟板槽幫均采用了高強、耐磨的鑄鋼整體鑄成，前部刮板輸送機的中部槽采用鑄焊封底結構，后部刮板輸送機采用開底式結構，易于處理底鏈斷鏈事故。

⑥采用矮型機尾，直接與中部槽相連，機尾全長布置牽引銷軌。

⑦后部刮板輸送機槽幫設置有箱體形式的浮煤回收裝置，提高了煤炭的回收率。

為了保證機頭鏈輪的強度和精度，將以前常用的鏈輪焊接結構改為整體結構，避免了焊接缺陷，提高了鏈輪的可靠性。鏈窩由先進設備加工而成，保證了鏈窩、齒形和齒距的精度，與鏈條的嚙合性也得到了極大改善，同時避免了齒面脫炭現象。鏈輪齒形淬火硬度HRC50以上，淬硬層深度達5mm。采用國內最新研制的中頻冷卻液，承載能力和耐用度比常規采用的油冷卻液有很大提高。齒輪磨削時采用修緣、修轂新工藝，提高了齒輪的接觸精度和傳動平穩性。全部齒面均進行強力噴丸處理，增大了齒輪的疲勞強度。

3 煤礦綜放工作面后部輸送機的改進

中國礦業大學根據煤礦綜放工作面和放頂煤支架對后部輸送機的要求，利用現有的輸送機改造成后部輸送機。改進后的輸送機可靠性高，煤礦井下工作面使用150d仍無故障，共運輸煤炭64.41萬t，實現了安全高效的目標。

目前國內尚無一整套比較成熟的與煤礦井下放頂煤液壓支架相匹配的后部輸送機。根據工作面條件重新設計制造新型的后部輸送機不僅周期長、投入大，而且使用效果難以預測。最簡單的辦法就是利用現有的輸送機進行改造，使之與放頂煤液壓支架相匹配。煤礦綜放工作面對后部輸送機的要求是：不受采煤機配套的限制；鏟煤板只要求具有裝煤的功能；與支架的連接更加靈活；輸送機機頭、機尾的高度更加矮小；由于維修空間的限制，輸送機應更加可靠；鑒于綜放工作面的放煤量比機采的出煤量大，所以后部輸送機要有更大的過煤量。

改造后的輸送機具有以下特點：

①能夠較好地與中間支架和過渡支架配套使用。

②機頭、機尾的高度比較低，機頭架和機尾架可以互換，減少了零部件的品種。

③輸送機前后都安裝了鏟煤板，極大地減少了后推移千斤頂的損壞量。靠近支架的鏟煤板可以有效地清除架間的煤炭，減少了清理浮煤的工作量。

④在支架的側鏟煤板處設計了特殊的軟連接固定耳座，耳座上設有調節連接鏈高低的調節孔，可以得到不同的鏟煤效果。

⑤刮板輸送機的中間槽搭接兩端焊有高錳鋼制成的耐磨塊，中板上堆焊著耐磨合金材料，提高了中部槽的過煤量。

⑥采用2臺160kW的單速電動機，提高了電動機的可靠性。

⑦后輸送機與后拉千斤頂之間采用鏈條軟連接，有效地避免了后拉千斤頂活塞桿彎曲的現象。

4 刮板輸送機機尾防回程煤堆積裝置

位于兗州煤田的山東里能里彥礦業有限公司針對刮板輸送機機尾回程煤堆積的問題，研制出了一種防止回程煤堆積的裝置有效地提高了刮板輸送機運輸的可靠性和使用效果，具有良好的推廣應用價值。

其設計思路是：需要解決的關鍵問題是防止回程煤在機尾堆積；制作應簡單方便，結構緊湊合理；分體設計，組合安裝，有利于維修人員更換或者維修；安裝部位能實現無人值守，節約人力和物力；具有通用性，能夠適用于同類型的刮板輸送機機尾。

新研制的刮板輸送機機尾防回程煤堆積裝置的主要是由3塊梯形鋼板通過主體焊接和鉚接構成的。利用刮板輸送機無極循環運動來輸送貨載的原理，將2個新設計的部件焊接在機尾滾筒底座兩壁的上半部，再將另2個新設計的部件焊接在機尾架兩壁的下半部，使安裝的防回程煤堆積裝置與尾部滾筒保持100mm的距離，讓刮板和煤能夠順利地通過該裝置翻卷到上部溜槽中，同時注意安裝該裝置要與機尾螺栓固定。有關部位焊接完成以后，安裝好的環形溜槽與機尾架應當成為兩個部分，以方便維修刮板輸送機機尾滾筒等部件。再將底板長度為300mm的L形部件沿著機尾底座平行裝入。刮板輸送機刮板所帶出的回程煤沿著此板防回程煤堆積裝置，然后由刮板帶回上部溜槽。

該裝置投入使用后，回空段刮板帶回機尾的煤均能夠通過此裝置順利地帶入上部溜槽拉至機頭卸載，如此反復循環，不再需要人員站在機尾處經常清理，機尾再也沒有發生過堆煤現象。此項成果不僅避免了堆煤清理不及時壓住機尾而引發的設備損害事故，而且還能防止因人員靠近機尾而引發的人身傷害事故，為煤礦采區的刮板輸送機機尾布置和安全保護探索出了一條新的路子。

5 可彎曲刮板機輸送煤泥的結構改造

煤泥是一種高水分高粘滯的工業性燃料，作為發電的能源已經有十余年的歷史，但是國內的煤泥熱電廠在煤泥轉載中仍未加改造地采用原本運送松散干料的40t可彎曲刮板機，使用中不免有著很多不足之處。為此，兗州礦業（集團）公司興隆莊煤礦煤泥煤矸石熱電廠對40t可彎曲刮板輸送機的機架進行結構改造，有效地降低了運行能耗和延長了使用壽命。

結構改造的原則是在保證不改變運輸能力的前提下，充分吸收40t刮板輸送機和鑄石刮板輸送機的優點。減小設備運行阻力是解決運行能耗的根本出發點。根據現場觀察，運行產生的阻力主要有三種：煤泥運行摩擦阻力，刮板鏈與工作面、返回面之間的摩擦阻力，鏈條與壓鏈鐵、機尾上幫之間的摩擦阻力。在保證煤泥水分和運輸量的前提下，前兩種摩擦阻力無法去除，但后一種可以去除。他們去除了壓鏈鐵，把機頭架、中部連接槽及機尾改進為同一水平的結構設計，機架間用螺栓聯接，保持上鏈板在同一水平面與底鏈板平行運行，從而消除了鏈條與壓鏈鐵、機尾上幫的摩擦，減少了設備運行的總阻力。將機尾滾筒軸加長，并增設拉緊裝置，可以及時調節鏈板的松緊，避免由于鏈板過松造成趕環、窩環現象。壓鏈鐵去除后，鏈板和機架的使用壽命從1年提高到 2年。

此外，高硬度的陶瓷作為耐磨材料襯于管道中廣泛應用于輸送干灰等各種沖刷性極強的介質，具有使用壽命長的特點，而且陶瓷的粘貼和涂刷技術也已得到各行業的認可。因此，在改型以后的機架運輸面和返回面上鋪設3mm的陶瓷層，可以使機架的使用壽命延長至20年。運行阻力的減少即減少了減速機運行的負荷，減速機、液力聯軸器等的使用壽命也會得到延長。

6 刮板輸送機開天窗中部槽改造

在SGZ960/750型刮板輸送機大修中，對所有21節開天窗中部槽開展了滲透檢驗，均發現有表面裂紋現象，故對其進行了改造。

該開天窗中部槽規格為1500mm×960mm×315mm。原設計是在槽幫鋼與中板焊接處開天窗，天窗寬度420 mm，槽幫鋼開有2個長孔。開天窗插槽留有2個插頭，裝配時插到槽幫鋼長孔處。由于井下環境惡劣，且刮板機運煤量大，開天窗處受力集中，故造成槽幫鋼處出現裂縫。經計算分析，將開天窗部位由中板與槽幫鋼焊接處改為向里，保留200 mm中板，避開焊縫，避免受力集中，開天窗部分和中板部分相互搭接連接。

為節約大修成本，他們決定在原有開天窗中部槽插槽基礎上進行改造，將原有整體開天窗中部槽距離插頭200 mm處用切割機切開，成為2個部件。利用刨床將切開的兩部分加工出20 mm和23 mm搭接部分。再用切割機切出1塊16 mm的鋼板焊在加工的缺口位置，采用V型焊縫焊接；然后再將零件安裝到開天窗中部槽上，所有與中板和槽幫鋼連接處均采用V型焊縫雙面焊接，與中板和槽幫鋼焊平，焊縫高度15 mm。為方便焊接，把開天窗中部槽底板割開200 mm×500 mm，焊接完后再將該孔焊死。具體技術要求為：焊絲必須采用YJ707A型以保證焊接強度；所有需采用V型焊接的零件，加工坡口為15mm×45°。對中板和槽幫結合處的裂紋處理時，將開裂處用碳弧氣刨刨開。刨開范圍在長度方向要超過裂紋至少10mm，寬度方向要將裂紋完全覆蓋，深度20 mm，要求上下都要刨開，然后施焊。開天窗中部槽改造后投入使用，沒有再發現斷裂或裂縫現象。

7 刮板機中部槽中板上彎變形的改造

技術人員針對SGZ-764/500WK型工作面刮板輸送機中部槽的中板在使用過程中發生上彎變形的問題，進行了理論分析和驗算，并制定了相應的改造措施。

該型刮板機的突出特點是框架結構，擋板、鏟板和封底板三位一體，中部槽置于鋼架之間靠外放的啞鈴銷連接。此型刮板機在使用中暴露出一些設計上的問題，其中危害最嚴重的是中部槽中板上彎變形，造成刮板E型螺栓彎曲甚至折斷、刮板兩端磨損加重、飄斷鏈事故頻繁發生，給生產帶來嚴重影響。

造成中部槽中板變形的相關因素分析如下：

①刮板。再沒有底煤的情況下，刮板上平面與中板的間隙為14mm；實際運行中，碎煤在框架兩側底部積存，有可能增加刮板的運行高度，減少刮板與中板之間的間隙，導致中板受到向上的力。

②底鏈。起伏不平的地質條件下，底鏈張力的作用一般僅限于中部槽兩端的搭接處。

③框架。框架與中部槽幫兩側之間留有5mm的工藝間隙，在運行過程中漿液很快就會把這個間隙塞滿。

在推（拉）移刮板機時，支架推移千斤頂通過間隙內的塞煤對槽幫產生推力，從而對中板產生一個力矩，有可能使中部槽中板發生上彎變形。由此可見，塞煤是引起中部槽中板上彎變形的唯一因素。從中部槽幫受力分析上可以看出：在槽幫下加焊限位板，不讓支架千斤頂推溜（拉架）時對中板產生彎矩，就可避免中板上彎變形。為此，采用16M n材質設計了限位板，將其分別焊于底托架和中部槽的四個角上。改造后，中部槽中板沒有發生大的彎曲變形，也沒有發生一起因中板上彎變形而造成刮板及E型螺栓彎曲甚至折斷的事故。

8 刮板輸送機中部槽的優化設計


隨著綜采放頂煤技術的高速發展，原來廣泛使用的軋制槽幫焊接中部槽由于受到尺寸、強度等因素的制約，已經不能滿足煤礦對大功率、大運量刮板輸送機的要求，分體軋制槽幫組焊結構中部槽和鑄造槽幫中部槽的出現緩解了這一矛盾。其中，整體鑄造槽幫在提高強度和減少連接元件兩個方面均占有明顯的優勢，中部槽端頭已經成為鑄造槽幫的一部分，實現了無螺栓連接。

此項研究成果表明：溜槽內口翼板是刮板在槽內運行的導向裝置，無論正常傾斜擺動情況下及刮板兩端、中部槽上翼板正常磨損后刮板均不能脫槽。在滿足這些條件的前提下，槽幫上翼板長度越短越好，以保證盡量大的貨載斷面和盡量小的運行阻力；中部槽間的連接目前有啞鈴和大環兩種，只有破斷負荷3000kN以上的中部連接件，才能有效地控制外界橫向和縱向載荷對槽間連接的綜合作用力，滿足高產高效工作面的要求；中部槽中板的搭接形式有兩種，在滿足要求的前提下，選擇生產成本低的直邊搭接結構更適合實際的需要；要根據采煤機生產能力初選槽寬，然后依據裝載斷面和采煤機過煤空間核算輸送機輸送量，同時考慮槽寬與支架、采煤機的配套關系，使之滿足工作面要求；底刮板鏈與中板的間隙為10～12mm，刮板與封底板的空隙為3mm，可消除封底板焊接變形量對刮板運行的不良影響；長度1750mm的中部槽已投入使用，對于同一工作面長度，較當前普遍使用的1500mm中部槽減少了數量及連接環節，提高了可靠性。鋼材9 大傾角綜放面輸送機上竄下滑的控制兗州礦業（集團）公司鮑店煤礦5308綜放面傾向和走向長度長，兩巷高差變化大，設備總重量達到4019t，增加了控制輸送機上竄下滑的難度。他們通過精心調面，保證了前、后部輸送機和轉載機的合理搭接，在高差達到39m以上和溜頭與溜尾割透都困難的情況下，嚴格控制了輸送機的上竄下滑，為實現單面年產煤351萬t奠定了基礎。

由于現場影響因素和不確定因素較多，輸送機的最佳控制狀態應為支架兩棵前立柱與進尺工程線距離相同，支架連桿位于馬頭門正中間，即支架和支架連桿位于既不向溜頭轉向也不向溜尾轉向的最正狀態。負責調面人員應根據輸送機的當前狀態（上竄、下滑或穩定狀態）和前方工作面兩巷的高差變化情況來確定當前和下一步的調面方案。

準確判斷輸送機的運動狀態是調面的關鍵。每次決定進行連續調面前，必須仔細觀察并與以前掌握的數據嚴格比較。主要觀察內容有：

①支架兩棵前立柱與進尺工程線的距離差。由于支架重量約為前部輸送機重量的10倍，只要支架轉向與希望輸送機運動的方向不一致，就會制約輸送機的運動。

②支架連桿的擺動方向。它預示著輸送機有向連桿擺動方向運動的趨勢，但由于支架通過連桿給予的作用力，在不同向的情況下將制約輸送機的運動。

③輸送機兩端頭和端頭支架相對兩巷煤壁的變化。這是判斷輸送機是否開始運動的主要數據。通常情況下如果輸送機將向溜頭運動，溜尾會先動，溜頭滯后一段時間才動。反之亦然。該數據的變化受高差和超前值的變化影響較大：高差減小，超前減小，輸送機兩端頭就會向外擴出；高差增大，超前增大，輸送機兩端頭就會向里縮進。

10 綜放工作面刮板輸送機下滑控制


當綜采工作面底板的傾角超過一定值時，輸送機就會下滑，使輸送機與轉載機不能正確搭接，造成煤炭在輸送機機頭堆積、堵塞，嚴重時還會造成工作面停產。因此，控制工作面輸送機下滑是工作面設備管理的重要內容。在干燥條件下，輸送機與工作面底板摩擦因數一般為0.35～0.40，相應的摩擦角為18° ～20° 。即工作面傾角小于18° 時，輸送機在靜態、干燥條件下不會下滑。但是，工作面的情況是復雜的，影響摩擦因數的因素很多，潮濕的工作面底板使摩擦因數變小，外力作用也加大了輸送機下滑的趨勢。

綜合以上因素考慮，輸送機與工作面底板的摩擦角一般情況下為6° ～8° ，當工作面傾角大于6° 時輸送機即開始下滑，大于12° 時嚴重下滑。也就是當工作面傾角大于6° 時，就必須對輸送機采取防滑措施。控制工作面輸送機下滑的方法很多，應針對工作面具體情況采取相應的措施。

此項研究結果表明：當工作面傾角小于12° 時，可采用工作面偽傾斜法控制輸送機下滑，不需要配置防滑裝置；當工作面傾角為12° ～16° 時，應在輸送機機頭、機尾增加防滑裝置，中間適當輔以單體支柱進行錨固，配合工作面偽傾斜法控制輸送機下滑；當工作面傾角大于16° 時，應綜合采用上述各種防滑措施，并改雙向割煤為下行單向割煤以減少輸送機的下滑力，同時給液壓支架增加防滑裝置。

11 控制綜放工作面輸送機下滑的研究

工作面運輸順槽（溜頭側）標高低于軌道順槽（溜尾側）標高，因而輸送機在沿走向推進的過程中向溜頭側運動，使輸送機與轉載機不能合理搭配，造成煤炭在輸送機機頭堆積、阻塞，嚴重時可造成工作面停產，因此控制工作面輸送機的下滑既是一項技術性很強的工作，又是日常生產管理的重要內容。兗州礦業（集團）公司楊村煤礦在分析輸送機下滑原因的基礎上，總結了生產時偽斜調面的經驗，對控制輸送機的下滑有一定的借鑒作用。

將工作面調成偽斜是防止輸送機下滑的最有效工藝措施。工作面偽斜角度一般以5°左右為宜。

①若工作面未及時采取調面而發生輸送機迅速下滑后，可采用快速調面法；若工作面已按常規超前值進行調斜而仍發生輕微下滑，則可通過微調工作面兩端頭進尺適當增大為偽斜角度，并輔以逐架上行單向順序推溜措施處理。

②在工作面快速調面生產期間，要及時調架控制支架下滑，防止支架間出現擠架和咬架，以有利于控制輸送機的進一步下滑。一般在支架前移的過程中，可利用側護板的相互作用逐漸向上調架，也可以將下滑的支架降架，用單體支柱將其底座往上蹬進行調架。調架必須做到隨拉架隨調整。

③后部輸送機和支架采用鏈子進行軟性連接，決定了后部輸送機的運動狀態比較自由。當后部輸送機相對穩定時，能反映兩巷在當前高差下后溜頭合理的超前距離值。由于前部輸送機受支架的牽制，經驗認為前溜頭常規超前距離值比后溜頭合理超前距離值小2～3m，所以當前溜頭處于常規超前距離值時，后部輸送機時常會出現下滑現象，為此對后部輸送機采取每隔10個支架安置1個千斤頂往上同時拉移的方法來處理。

12 中雙鏈刮板機中部槽大修


該礦4310綜放工作面裝備的SGZ960/750中雙鏈刮板輸送機，是國家“九五”科技攻關項目高產高效綜采放頂煤配套設備。工作面結束設備撤除升井后，發現大約有36節輸送機中部槽的封底板存在不同程度的損壞。有的在中間部位向下凸出10～40mm，焊縫開焊；有的在變形的同時，整條焊縫撕裂，造成封底板開口。

經與廠方共同分析認為：此輸送機中部槽采用鑄焊結構，其中鏟板槽幫和擋板槽幫是鑄造件，用中板和封底板將鏟板槽幫和擋板槽幫接成一個箱體結構，中板和封底板分別采用40mm和25mm厚的高強度耐磨板。如果焊縫質量有保障，不會出現大的質量問題。因此，這種事故是封底板在焊接過程中由于人為因素導致焊縫缺陷，在采煤機振動、碾壓、千斤頂推拉、底鏈和回煤等長期綜合作用下造成的。

限于東灘礦修理車間的設備條件，無法使用大型壓力機對中部槽整形，回廠返修又需花費巨額運輸費用；如果將封底板割掉，在一般中型壓力機上整形后再重新焊接，其工程量和材料消耗十分巨大。因此，雙方決定由廠方提供一定的人員和技術支持，在礦方現有條件下進行修復。在借助螺旋千斤頂和U型支架整形的基礎上，使用碳弧氣刨將撕裂的焊肉鏟除干凈，用手持式砂輪機將凹槽的表層打磨掉，直至露出內部金屬本色，否則焊后焊縫部位含碳量較高，會使焊縫變脆影響機體強度。為了保證焊接質量，在封底板底面焊接完成后，又將焊槍伸入封底板與中板形成的空間對封底板的另一面兩端各焊了一條長約500mm的焊縫。