矸石充填機(jī)的設(shè)計(jì)*

李文亮，宋金虎，孫 強(qiáng)

(1.兗礦集團(tuán)機(jī)電設(shè)備制造廠，山東 鄒城 273500;2.兗礦集團(tuán)東華技術(shù)研究中心，山東 鄒城 273500)

1 引言

煤矸石露天排放和地表塌陷破壞是煤礦生產(chǎn)中最主要的環(huán)境問題，是影響礦區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素;大量的“三下”壓煤嚴(yán)重制約了煤炭資源的合理開發(fā)，是目前煤礦資源采出率較低的主要原因之一。

2 整機(jī)結(jié)構(gòu)組成及創(chuàng)新點(diǎn)

2.1 充填工藝設(shè)計(jì)思路

井下迎頭面的矸石分別經(jīng)過井下軌道運(yùn)輸巷、翻罐籠、矸石倉、給煤機(jī)等環(huán)節(jié)輸送到膠帶輸送機(jī)上，再經(jīng)膠帶輸送機(jī)傳送給矸石填充機(jī)，最后由矸石填充機(jī)將矸石拋填到采空巷道內(nèi)［1］，如圖1、2所示。

圖1 充填工藝圖

2.2 整機(jī)結(jié)構(gòu)組成及工作原理

該機(jī)主要由拋射皮帶、送料卸載機(jī)構(gòu)、底架總成、行走部、后支撐器、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)以及噴霧滅塵系統(tǒng)等組成［2］(見圖3)。行走部驅(qū)動機(jī)器移動，底架總成系統(tǒng)可根據(jù)工況來調(diào)節(jié)左右方向的位置及偏斜角度，保證矸石平穩(wěn)落入送料卸載機(jī)構(gòu)，液壓馬達(dá)驅(qū)動的滾筒馬達(dá)帶動拋射皮帶轉(zhuǎn)動，矸石由拋射皮帶拋出，矸石堆積完成巷道充填。液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)為整機(jī)提供動力源及操作保障。

圖2 充填工作示意圖

圖3 整機(jī)結(jié)構(gòu)圖

拋射皮帶可在巷道寬度范圍內(nèi)上下左右擺動，能將整個(gè)巷道在寬度范圍內(nèi)填滿矸石。當(dāng)前面填滿后，填充機(jī)向后退移一個(gè)步距，約500 mm。這時(shí)，皮帶機(jī)儲帶與自動張緊裝置能將松弛的皮帶自動張緊。在退移過程中，如果行走機(jī)構(gòu)偏離了送料皮帶機(jī)中心一定的距離，就會使其上面的卸載滾筒同樣偏離這一距離，從而導(dǎo)致送料皮帶在運(yùn)行中因此而跑偏。這時(shí)，可通過操縱調(diào)偏液壓操縱閥手柄，調(diào)偏油缸拉動調(diào)偏架向跑偏側(cè)偏移，直到將跑偏量完全克服，使皮帶恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果填充機(jī)向后退移時(shí)與送料皮帶機(jī)偏移了一定角度，卸載滾筒架在調(diào)斜油缸的作用下，繞卸料點(diǎn)轉(zhuǎn)動調(diào)整，直至與皮帶拉力方向一致。如果巷道底板左右不平，可通過操縱調(diào)平液壓操縱閥手柄驅(qū)動調(diào)平千斤頂活塞桿上下動作，調(diào)整卸載滾筒水平?？傊?，通過自動調(diào)偏、調(diào)向及水平調(diào)整這些措施，能使卸載滾筒始終與送料皮帶機(jī)的機(jī)頭驅(qū)動滾筒保持軸線平行，做到中心相同、方向一致，從而保證送料皮帶機(jī)能夠正常運(yùn)行［3］。

矸石充填機(jī)主要技術(shù)參數(shù):總重為22 t;外形尺寸(長×寬×高)為12.8 m×2.38 m×3.45 m;爬坡能力為-6°～+16°;物料粒度≤200 mm;運(yùn)輸能力為300 t/h;裝機(jī)功率為37 kW;防爆形式為隔爆型;系統(tǒng)壓力為20 MPa。

(1)拋射皮帶 由承載段、連接段和卸載段組成。承載段與連接段用螺栓連接在一起;卸載段與連接段通過伸縮油缸連接，且卸載段可在連接段內(nèi)的導(dǎo)軌槽內(nèi)伸縮滑動，滑動的過程中有4個(gè)導(dǎo)向輪定位導(dǎo)向;承載段的后部裝有驅(qū)動滾筒，前部裝有漲緊滾筒和儲帶滾筒，儲帶滾筒通過漲緊油缸與連接段連接在一起，且儲帶滾筒在漲緊油缸的帶動下可在承載段內(nèi)的導(dǎo)軌上前后滑動，通過兩油缸的串聯(lián)動作，實(shí)現(xiàn)了拋射皮帶正常運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)可自由伸縮動作;卸載段的前端下部裝有推平裝置，推平裝置通過推平油缸與卸載段聯(lián)接，在油缸的推動下推平裝置可在卸載段下部的導(dǎo)槽內(nèi)滑動，實(shí)現(xiàn)推平動作;承載段的下部設(shè)有交接耳座，通過銷軸和升降油缸與回轉(zhuǎn)工作臺連接，且能隨工作臺回轉(zhuǎn)和相對工作臺作升降運(yùn)動。

(2)送料卸載機(jī) 由機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)和調(diào)斜機(jī)構(gòu)組成。調(diào)平機(jī)構(gòu)用銷軸交接在底架總成的后架上面，通過2個(gè)調(diào)平油缸可對調(diào)平架進(jìn)行水平方向的調(diào)節(jié);調(diào)偏機(jī)構(gòu)安裝在調(diào)平機(jī)構(gòu)上，通過調(diào)偏油缸與調(diào)平機(jī)構(gòu)聯(lián)接，利用調(diào)平油缸伸縮動作帶動調(diào)偏機(jī)構(gòu)在調(diào)平機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌槽內(nèi)往復(fù)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)調(diào)偏動作。調(diào)斜機(jī)構(gòu)在調(diào)斜油缸的拉動下，可繞鉸點(diǎn)旋轉(zhuǎn)達(dá)到調(diào)斜作用。調(diào)斜機(jī)構(gòu)頭部裝有改向滾筒，起到了卸載滾筒的作用，尾部裝有壓帶滾筒，變坡時(shí)還可起到托帶作用。

(3)底架總成 底架是整臺設(shè)備的載體，所有部件都組裝在上面，從結(jié)構(gòu)上可分為兩部分，前、后架和回轉(zhuǎn)工作臺，前、后架用高強(qiáng)螺栓連接成為一體，前架與回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸承座用螺栓連接在一起，回轉(zhuǎn)工作臺通過回轉(zhuǎn)油缸與前架連接，通過回轉(zhuǎn)油缸帶動回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)動作。前架兩側(cè)連接行走機(jī)構(gòu)，上部通過回轉(zhuǎn)架支撐拋射皮帶;后架上部連接受料機(jī)構(gòu)，后部裝有兩件后支撐器。

(4)行走部 主要由履帶架、履帶鏈、液壓馬達(dá)、減速機(jī)、張緊輪組、履帶漲緊機(jī)構(gòu)等組成。液壓馬達(dá)通過減速機(jī)及驅(qū)動輪帶動履帶鏈實(shí)現(xiàn)行走，制動裝置為減速機(jī)內(nèi)置，性能更加可靠。履帶鏈與履帶架體的連接為滑動摩擦式，這簡化了結(jié)構(gòu)，減少了故障率。履帶漲緊機(jī)構(gòu)是由漲緊輪組和漲緊油缸組成的，履帶的松緊程度靠漲緊油缸推動漲緊輪組進(jìn)行調(diào)節(jié)。漲緊油缸為單作用形式，漲緊輪伸出后靠卡板鎖定。

(5)液壓系統(tǒng) 系統(tǒng)由1臺兩聯(lián)齒輪泵供油，齒輪泵用37 kW的風(fēng)冷電機(jī)驅(qū)動［4］，輸出2路壓力油，分別供給九聯(lián)換向閥和五聯(lián)換向閥，九聯(lián)換向閥控制拋射皮帶升降油缸，拋射皮帶回轉(zhuǎn)油缸，拋射皮帶伸縮油缸，推平油缸和履帶漲進(jìn)油缸這些動作，送料卸載機(jī)構(gòu)的調(diào)平油缸，調(diào)偏油缸，調(diào)斜油缸和左右后支承油缸動作;五聯(lián)換向閥控制左右行走馬達(dá)動作，拋射皮帶的液壓滾筒驅(qū)動馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，以及后部配套送料皮帶機(jī)的移動如圖4所示。

圖4 液壓原理圖

(6)電氣系統(tǒng) 主要由電控箱、電控操縱箱以及其他控制元件組成，電控系統(tǒng)選用可編程序控制器為控制核心，自動控制交流真空接觸器驅(qū)動泵站電機(jī)、電滾筒運(yùn)行，同時(shí)控制前部運(yùn)料皮帶的運(yùn)行、信號和閉鎖。該系統(tǒng)保護(hù)功能齊全、可靠，具備過載、短路、缺相、漏電、油溫、油位等保護(hù)功能，同時(shí)具備系統(tǒng)運(yùn)行指示及填充照明功能。

2.3 創(chuàng)新點(diǎn)

(1)整機(jī)機(jī)構(gòu)合理，履帶式行走機(jī)構(gòu)確保了整機(jī)移動自如，重心位置居中，輔以支撐器，整機(jī)更加穩(wěn)定，適應(yīng)更大坡度。

(2)拋射皮帶的設(shè)計(jì)使機(jī)器能夠滿足最高6 m的巷道充填，同時(shí)拋射皮帶可在一定角度內(nèi)轉(zhuǎn)動，提高了機(jī)器的靈活性，適用范圍大大提高。

(3)送料卸載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)防止了煤矸的側(cè)漏，使煤矸石平穩(wěn)的滑落到拋射皮帶上，從而降低揚(yáng)塵，減少了對皮帶的沖擊和損壞。同時(shí)具有調(diào)平、調(diào)偏機(jī)構(gòu)，可更好地和后部配套送料皮帶機(jī)進(jìn)行搭接。

3 結(jié)語

該井下矸石充填機(jī)和配套充填工藝結(jié)合了礦井實(shí)際情況，并在關(guān)鍵技術(shù)上擁有創(chuàng)新，產(chǎn)品運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、操作方便、故障率低，具有較高的技術(shù)含量和技術(shù)生產(chǎn)率，而且可減少因采煤造成的地表塌陷、生態(tài)破壞及水土流失等環(huán)境問題，已在濟(jì)三煤礦及太原東山煤礦等多個(gè)煤礦成功運(yùn)用，可推廣至全國各個(gè)礦井，市場前景廣闊，并對創(chuàng)建資源節(jié)約型企業(yè)和社會發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］ 李法柱，曹 忠，李秀山，等.矸石膏體充填開采圍巖演化規(guī)律研究［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，2002.

［2］ 陳衛(wèi)峰.P120B型矸石充填機(jī)的研制與使用［J］.煤礦機(jī)電，1994(2):19-20.

［3］ 催明思，梁興義.礦山機(jī)械［M］.北京:煤炭工業(yè)出版社，1978.

［4］ 雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，1998.