帶式儲運機在煤礦掘進工作面的研究與應用

李新海 徐興民 劉仕磊

（山東能源新汶礦業(yè)集團翟鎮(zhèn)煤礦，山東省新泰市，271204）

1 礦井概況

新汶礦業(yè)集團公司翟鎮(zhèn)煤礦1993年投產(chǎn)，設計生產(chǎn)能力120 萬t／a。礦井目前為單水平開采，開采水平為-400水平，-400水平有六采區(qū)、七采區(qū)、后組三采區(qū)3個采區(qū)，生產(chǎn)能力200萬t／a。原煤生產(chǎn)運輸系統(tǒng)由井下皮帶運輸系統(tǒng)、立井提升運輸系統(tǒng)和地面原煤運輸系統(tǒng)組成。

2013年10月，翟鎮(zhèn)礦對礦井原煤運輸系統(tǒng)進行集中改造，取消了原有架線電機車運煤方式，礦井西翼、南翼和東翼采區(qū)原煤全部通過皮帶運輸系統(tǒng)輸送至井底煤倉，經(jīng)主井提升至地面，實現(xiàn)了礦井原煤無軌化運輸。

2 課題的提出

由于采煤工作面和掘進工作面產(chǎn)出的原煤及矸石全部通過主運輸皮帶進行運輸，如何合理分配采掘工作面的運輸時間、實現(xiàn)煤矸分儲分運、提高系統(tǒng)運輸效率成為礦井原煤產(chǎn)量和礦井正常接續(xù)開拓的關鍵因素。以下弊端亟待解決：

（1）當采煤工作面出煤、掘進工作面出矸時，采煤工作面遇斷層打放出矸、掘進工作面出煤時，為保證原煤煤質，采掘進工作面嚴禁同時出煤或矸石，通常情況下以采煤工作面優(yōu)先，造成工作面產(chǎn)出的煤矸石無法及時外排，嚴重影響正常掘進，降低掘進效率。

（2）現(xiàn)礦井部分掘進工作面為炮掘，產(chǎn)生的煤矸石一般通過扒裝機進行扒裝后進入運輸系統(tǒng)，扒裝運輸效率低，運輸系統(tǒng)長時間輕載運行造成電能的極大浪費。

3 帶式儲運機結構及工作原理

針對制約掘進工作面的關鍵因素，通過反復研究試驗改造，翟鎮(zhèn)礦成功自行研制了配套適應掘進工作面的帶式儲運機，取代了煤礦井下傳統(tǒng)應用的梭式礦車儲運裝置，用于集中存儲、集中運輸工作面產(chǎn)生的煤矸石。

3.1 帶式儲運機結構

該設備主要由驅動裝置、儲帶倉、中間架、擋料板及機尾架組成。帶式儲運機結構見圖1。

驅動裝置由驅動架、驅動滾筒、永磁直驅變頻裝置組成，驅動架使用12 mm 鋼板焊接成型，并用11＃工字鋼作為橫撐，防止驅動架受力變形，驅動滾筒使用?500 mm×1400 mm 滾筒，永磁直驅變頻調(diào)速電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與驅動滾筒剛性聯(lián)接；漲緊裝置使用手動漲緊器配套?320 mm漲緊滾筒、?200 mm 導向滾筒手動漲緊；卸載裝置機機尾裝置使用11＃工字鋼加工，卸載滾筒、機尾導向滾筒為?320 mm×1400 mm；中間架使用14＃槽鋼連接，橫撐使用11＃工字鋼連接固定；擋料板采用U 型結構，使用6 mm 鋼板配套法蘭盤加工，通過側板與連接架固定，單位有效截面積可達0.9m2。

3.2 工作原理

當掘進工作面出矸或出煤時，儲運機擋料板、擋料皮子及運輸皮帶形成儲料空間，經(jīng)工作面運輸設備將煤矸石輸送至儲運機內(nèi)，永磁直驅變頻調(diào)速電動機通過彈性柱銷聯(lián)軸器與驅動滾筒剛性聯(lián)接，通過變頻控制，使驅動滾筒以帶速0.2m／s驅動儲運機皮帶低速、勻速運行，實現(xiàn)對煤矸石的集中儲存。當工作面出完煤矸石或儲運機達到裝載極限后停機，待運輸系統(tǒng)具備運輸條件時，將變頻器切換至0.5m／s帶速下，實現(xiàn)快速集中排料。

3.3 設備特點

（1）采用直驅同步變頻系統(tǒng)為設備提供低速大轉矩動力，通過對傳統(tǒng)帶式輸送機驅動系統(tǒng)進行改造，使用大轉矩永磁同步直驅變頻電機取代傳統(tǒng)的三相異步電動機、液力耦合器及減速箱，實現(xiàn)了傳動系統(tǒng)結構的簡化，并滿足重載起動要求。

（2）采用模塊化結構設計，構件全部通過螺栓固定連接，結構簡單，重量輕，方便井下運輸及現(xiàn)場安裝，設計長度從30～50m 可隨意根據(jù)現(xiàn)場需要進行調(diào)整。

4 效果分析

（1）通過帶式儲運機在掘進工作面的配套應用，實現(xiàn)了煤礦井下掘進工作面的掘、支、儲、運一體化，每次存儲能夠滿足工作面2～3個正規(guī)循環(huán)的矸石量，消除了運輸系統(tǒng)環(huán)節(jié)對機械化生產(chǎn)的制約，實現(xiàn)綜掘機械生產(chǎn)的連續(xù)性，杜絕了工作面無法及時排矸排煤進而制約正常的掘進速度，使掘進效率提高了20%。

圖1 帶式儲運機結構

（2）通過配套永磁直驅變頻驅動裝置，使驅 動設備結構大大簡化。一是省去減速箱，每年節(jié)省減速箱直接使用的320＃中負荷齒輪油費用約1.2萬元；二是省去液力耦合器，使電機直接與傳動滾筒進行剛性連接，過載系數(shù)由原來的0.8 提高至2.5，滿足了現(xiàn)場設備重載啟動要求；三是電機機械傳動效率由原來的80%提高至95%，節(jié)能效率提高15%；四是傳動設備實現(xiàn)免維護，使工人維修勞動強度大大降低；五是通過變頻控制，運行速度可實現(xiàn)0.2～2.4m／s的高低速實時調(diào)節(jié)，極大提高了生產(chǎn)效率。

（3）該設備可一機多用，既可存儲也可運輸，實現(xiàn)了煤、矸分時分運和運輸系統(tǒng)的集中運行，出矸出煤時間由原來的2h縮短為10min，杜絕了運輸系統(tǒng)長時間輕載或空載運行，同時可根據(jù)峰谷分時合理調(diào)整運行時間，在谷段集中排料，大大降低電費支出，提高了系統(tǒng)運輸效率，實現(xiàn)節(jié)支降耗。

（4）避免了掘進工作面矸石進入原煤運輸系統(tǒng)，提高了原煤煤質。杜絕了區(qū)隊為提高掘進速度，私自向運輸系統(tǒng)偷排矸石的現(xiàn)象，提高了現(xiàn)場管理水平。

（5）設備采用模塊化結構設計，結構簡單，運輸、安裝、維修維護方便，使設備安裝周期及生產(chǎn)準備時間大大縮短，可有效節(jié)約人力成本。

總之，翟鎮(zhèn)煤礦自主研發(fā)設計的煤礦井下帶式儲運機，能夠有效調(diào)節(jié)采掘工作面的生產(chǎn)沖突，提高煤礦炮掘及機掘工作面生產(chǎn)效率，提高輔助運輸系統(tǒng)效率，大大降低設備運行維護費用，縮短生產(chǎn)準備時間，經(jīng)過現(xiàn)場使用取得了較好的效果，在煤礦井下掘進工作面具有廣泛的推廣應用價值。

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