煤礦刮板機中部槽修復方案探討

齊衛東 ，殷憲波 ，萬召田，張柳，高桂營，岳宏霖

（1.山東能源集團棗礦集團蔣莊煤礦，山東 棗莊 277519；2.天津中礦新材料科技有限公司，天津 300350）

1 概述

刮板輸送機是綜采工作面的主要運輸設備，以刮板鏈為牽引構件、以中部槽為支撐機構。刮板機是采煤機的行走軌道，不僅要承受采煤機的運行負荷，還要滿足液壓支架的縱向力和側向力，同時還會受到巖石、大塊煤卡死在中部槽時的擠壓力、沖擊力等。因此，對中部槽的可靠性提出了很高的要求。

在很多煤礦生產過程中，中部槽的主要失效形式為磨損，嚴重時會出現鏈道磨穿、磨損變形甚至斷裂等情況，影響設備運行及企業生產。

2 修復工藝

中部槽磨損之后的修復工藝比較多，現就常用的3 種工藝方案，即堆焊、等離子熔覆和更換中底板作簡單介紹，并結合蔣莊礦前期在設備維修中積累的相關經驗做對比探討。

2.1 堆焊

堆焊是采用焊接手段進行金屬表面改性的一種方法，即根據實際需要在零件上堆焊一層或者幾層所需性能的材料。堆焊再制造技術的優點是設備簡單、操作靈活、結合強度高、適合現場處理。缺點是焊縫表面成形不均勻、對母材的稀釋率較高、生產效率低。中國礦業大學開發了KD 系列中部槽專用耐磨堆焊焊條，以低碳鋼為焊心、藥皮滲合金的焊條，靠B 與Fe生成大量高硬度硼化物來提高堆焊層的耐磨性。結果表明，當堆焊層稀釋率達到50%時，耐磨性依舊很高。

結合蔣莊礦機廠使用的工藝，目前現場使用506或507 焊條，或用D212 型焊絲進行堆焊，表面會存在熔渣，需要對保護渣進行清理，導致焊接效率比較低。今后計劃使用無渣藥芯焊絲，直徑1.6mm，堆焊后硬度HB530 以上即可滿足使用。中部槽中板采用花紋焊道堆焊耐磨層，堆焊花紋的類型有矩形、條形、兩側八字形、人字形、菱形等，人字形和菱形耐磨層的性能相對更好。

2.2 等離子熔覆

等離子熔覆技術是采用等離子束為熱源，在金屬表面獲得優異的耐磨、耐蝕、耐沖擊等性能的新型材料表面改性技術。等離子熔覆厚度可控、表面成形平整、稀釋率低，可控性在5% 以下，可熔覆難熔材料，冶金結合性能優異。

中部槽采用等離子熔覆時可選用合金粉末或復合粉末。目前鐵基合金粉末應用相對較多，添加 Cr、B等元素可實現耐磨層的性能。等離子熔覆需專用等離子粉末噴焊機，熔覆前需對表面進行清理，硬度可達HB600 以上，還可以根據現場情況，通過調節粉末合金成分，使熔覆層硬度在HB650，甚至HB700 以上，相比堆焊，由于等離子熔覆熱輸入量集中，不易于產生裂紋和變形。

2.3 更換中底板

當刮板機整體磨損程度超過原設計板厚1/2 時，中型刮板機磨損厚度超過1/3 時，需要考慮對中底板進行更換，將原用中底板進行切割，然后把下好料的中板進行焊接，并把其余磨損較為嚴重部位進行補焊到位、清理打磨。

中部槽中底板為NM360、NM400 或Hardox450耐磨板，材料屬于低碳低合金馬氏體鋼，通過熱軋后淬火得到相應的表面硬度。此類材料的碳當量比較高，在焊接時需要對其進行焊前預熱，焊后需要及時保溫，否則會出現焊接應力裂紋。煤機廠在生產大型中部槽（槽寬830 及以上設備）會將其放在熱處理爐中預熱至150℃并保溫2h 左右，工人施焊后再放回熱處理爐或用保溫棉覆蓋。因機修廠設備等原因，無法保證焊接質量及工藝過程，故較少采納直接更換中底板的做法。

中礦CMn8 中錳耐磨板目前為熱軋領域耐磨性能最優異的鋼板，在使用過程中通過表層發生形變誘發馬氏體相變等強化機制，材料表層硬度可達HV550 以上，且心部仍保持中錳鋼的高韌性，實現表層硬、心部軟的耐磨性能。CMn8 采用專用焊材，焊接工藝為氣體保護焊，焊接前無需預熱、焊后不用保溫，焊接強度可達700MPa 以上，易于現場施工和操作，可大幅降低工人勞動強度，提高工作效率。目前在淄礦集團唐口煤業、亭口煤業等公司進行了轉載機中部槽中底板的維修更換，經濟效益顯著，正在大規模推廣使用中。

3 工藝方案對比

將3 種工藝方案進行技術性、工藝性和經濟效益等方面進行對比，堆焊與等離子熔覆不論是新中部槽還是維修中部槽，只是在其表面增加一層耐磨保障，可以明顯提高過煤量，更換CMn8 耐磨板為解決整體耐磨性方案，優劣勢分析如下：

堆焊：熱影響區域大；焊前需要預熱、焊后需要保溫；層間補焊需敲擊消除焊接應力；藥皮焊絲或焊條需要清理保護渣；焊接熱不均勻容易產生裂紋；補焊耐磨層可提高使用壽命1.5 左右（相比于HB360）；過煤量可提高100 萬噸左右；焊材成本低（80～150 元/kg）；單節中部槽修復工藝成本約為4000～5000 元；

等離子熔覆：熱影響區小；熔覆穩定性好、熔池易控制；熔覆層均勻度較好，修復缺陷少；可提高2～3 倍使用壽命（相比于HB360）；過煤量可提高200～300 萬噸左右；熔覆粉末成本高（300～600 元/kg）；單節中部槽修復工藝成本約為5000～10000 元；

更換CMn8 耐磨板：無熱影響區；焊接強度高；使用壽命可提高3～5 倍（相比于HB360）；選擇不同厚度過煤量可提高500～1000 萬噸；材料成本高；單節中部槽修復工藝成本約為10000～20000 元；

4 結語

蔣莊煤礦3 下1101 工作面刮板機中部槽中底板在維修時使用了CMn8 板整體更換，切割及焊接工藝簡單，易于現場施工，下井安裝后采煤5 個月，過煤量超過100萬噸，經現場用超聲測厚儀檢測，中板磨損厚度平均小于3mm，可在井下直接搬遷工作面免于升井再維護，經濟效益顯著。