直角轉彎大功率重型刮板輸送機的研究與應用

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備中，一直采用可彎曲刮板輸送機搭接運輸巷刮板轉載機的方式，實現煤炭輸送任務。采用直角轉彎刮板輸送機[1]實現從采煤工作面到采區運輸巷不需轉載的連續運輸的設想,多年來一直是各國煤炭企業所關注的問題。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，在內口槽寬為690 mm的規格上進行了推廣應用。歐美的主要產煤國如英國、前蘇聯、美國和芬蘭等也研制、試驗和使用多種輕型的直角轉彎刮板輸送機[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)直角轉彎刮板輸送機。但大都因經費不足或試驗條件不具備等原因，沒有定型推廣。直角轉彎大功率重型刮板輸送機在綜采工作面的研究與應用，國內外一直處于空白狀態。近年來，隨著采煤工作面回采強度的加大,煤炭輸送量劇增，傳統的搭接轉載運輸方式越來越阻礙著煤礦的安全高效生產。陽煤集團煤機裝備研究院結合陽煤集團新元煤炭公司的實際需求，研制了SGZ1000/1710型直角轉彎大功率重型刮板輸送機，從根本上解決工作面傳統運輸方式的固有缺陷，實現了工作面煤炭連續平穩運輸。

1 刮板輸送機與刮板轉載機布置現狀及存在的問題

1.1 布置現狀

目前刮板輸送機與刮板轉載機有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載機運行系統各自獨立。

(2)采用側卸方式[3]。側卸方式又分為交叉式側卸和抽屜式側卸。交叉式側卸刮板輸送機的機頭與刮板轉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°直角卸到刮板轉載機上。刮板輸送機和刮板轉載機的上、下鏈相互交叉穿過，從上向下的順序為：刮板輸送機上鏈、刮板轉載機上鏈、刮板輸送機下鏈、刮板轉載機下鏈。刮板輸送機機頭上槽的煤通過弧形犁煤板轉卸入刮板轉載機上槽，刮板輸送機下鏈帶回的煤落入刮板轉載機下槽，由刮板轉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，實現刮板輸送機與刮板轉載機共同前進，運行系統各自獨立。抽屜式側卸刮板輸送機的機頭與刮板轉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°卸到刮板轉載機上。刮板轉載機鏈條與刮板輸送機鏈條不產生交叉關系，推進系統可分別或共同使刮板輸送機和刮板轉載機前進。

1.2 存在的問題

普通型的刮板輸送機和刮板轉載機井下布置方案存在以下問題。

(1)刮板輸送機與刮板轉載機各自獨立運行，傳動裝置多，增加了故障點，刮板轉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，轉載時煤炭的撞擊會產生大量的煤塵。

2 直角轉彎大功率重型刮板輸送機結構設計與結構特征

2.1 結構設計

直角轉彎大功率重型刮板輸送機主要由刮板輸送機、直角轉盤機構、破碎機、刮板轉載機組成。直角轉彎大功率重型刮板輸送機結構示意圖如圖1所示。

1-刮板輸送機；2-直角轉盤機構；3-破碎機；4-刮板轉載機圖1 直角轉彎大功率重型刮板輸送機結構示意圖

2.2 結構特征

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

直角轉彎大功率重型刮板輸送機設計了直角轉盤機構，直角轉盤機構通過中單鏈將刮板輸送機與刮板轉載機有機結合，減少了刮板輸送機與刮板轉載機搭接機構，省去了刮板輸送機的機頭傳動裝置，優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。直角轉盤機構可以有效減少煤炭輸送過程中的拉回煤現象，從而提高刮板輸送機的可靠性。

由于直角轉彎大功率重型刮板輸送機結構少了一次轉載，因此減少了煤流的動能損失，可節能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 直角轉彎大功率重型刮板輸送機的技術參數與關鍵技術

3.1 技術參數

SGZ 1000/1710型直角轉彎大功率重型刮板輸送機設計輸送量為2200 t/h，設計長度為285 m(輸送部)+35 m(轉載部)，出廠長度為280 m(輸送部)+35 m(轉載部)，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溜槽，中部槽規格為1500 mm×1000 mm (內寬)×392 mm；刮板鏈型式為中單鏈，規格為56 mm×175 mm，刮板間距為700 mm；鏈輪規格為TK56×175-6Z型沙克鏈輪；轉盤直徑為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 關鍵技術

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

3.2.1 直角轉盤機構

直角轉盤機構是把傳統的刮板輸送機和刮板轉載機兩部設備連接成一部設備的機構，直角轉盤機構由架體和轉輪組成，刮板鏈通過直角轉盤機構時帶動轉輪同步轉動，上鏈帶動上轉輪正轉，下鏈帶動下轉輪反轉。直角轉盤機構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°轉彎。直角轉盤機構示意圖如圖2所示。

圖2 直角轉盤機構示意圖

3.2.2 雙面可翻轉溜槽

傳統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。

雙面可翻轉溜槽結構是由不可翻轉的底座和可翻轉使用的槽體組成，當與刮板鏈接觸面磨損到一定程度時，把槽體翻轉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%。雙面可翻轉溜槽示意圖如圖3所示。

1-底座；2-可翻轉槽體圖3 雙面可翻轉溜槽示意圖

3.2.3 沙克鏈輪

傳統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。

沙克鏈輪通過結構創新，將鏈輪的齒排設計為可拆卸式，即鏈輪的齒排和鏈輪體是分體結構，當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 應用效果

2017年11月，直角轉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，進風巷道尺寸為5.2 m×3.2 m，回風巷道尺寸為5.2 m×3.2 m。采煤機采用上海創力MG400/930-WD，液壓支架采用陽煤華越ZY8000/18/37D，電液控系統采用北京天瑪SAC，通訊系統采用天津華寧KTC101。

經過2年的使用，SGZ1000/1710型直角轉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，取得較好的應用效果。

(1)直角轉盤機構減少了刮板輸送機與刮板轉載機的搭接，使煤流順利轉彎，實現了煤炭的連續運輸，有效地解決了拉回煤的問題；節省了2套傳動裝置，減少了設備故障點，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，作業空間得到較大拓展，行人通道更為暢通，進風端頭高度達2.5 m即可滿足使用要求。

(3)直角轉盤機構處不用變線，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可達25萬t；工作面工效為77.73 t/工，相比使用傳統刮板輸送機和刮板轉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)直角轉彎大功率重型刮板輸送機采用雙面可翻轉使用的中部槽，可以單獨拆卸更換鏈輪齒排，節約了設備使用成本。

(6)在直角轉盤機構處，減少了1個揚煤塵點，極大地改善了工作面作業環境。

5 應用前景

5.1 薄煤層工作面的應用

薄煤層工作面由于煤層厚度在1.3 m以下，在使用傳統刮板輸送機作為運輸設備的采煤過程中，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。

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

5.2 放頂煤工作面的應用

放頂煤工作面使用傳統端卸式后部刮板輸送機時，受機頭和機尾需安裝驅動裝置，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用直角轉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沒有驅動裝置，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 結語

直角轉彎大功率重型刮板輸送機創新了綜采工作面刮板輸送機的端頭連結結構，解決了井下原煤直角轉彎運載難題，打破了傳統運輸模式，實現了刮板輸送機和刮板轉載機的一體化，達到了國際領先水平。該設備不僅具有高強度、可翻轉、耐磨損、壽命長等優勢，而且具有可靠性高、穩定性好、安全性好、性價比高、設備故障率低、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濟效益，具有很好的應用推廣價值。