煤礦井下膠帶輸送機穿風門墻防風流逆流裝置的設計及應用

魚旭洋，吳 健，馬志龍

(陜西陜煤韓城礦業有限公司象山礦井，陜西 韓城 715400)

0 引言

煤礦井下運輸系統中，經常因為風流調整問題，導致很多掘進工作面需要在風門處安裝出料設備。象山煤礦所有風門處的出料方式都為刮板輸送機穿風門墻出料，而使用刮板輸送機穿風門墻出料會導致很多問題產生，如刮板輸送機安裝不嚴密導致對風流的影響、刮板輸送機自身的缺點、設備的固定成本及可變成本的增加等。特別是全巖掘進期間，由于刮板輸送機自身的缺陷，刮板輸送機極易損壞，導致生產中斷，影響生產任務，進而造成更大的經濟損失等。針對以上問題，有必要對井下運輸系統進行調整改造。

1 刮板輸送機穿風門墻出料的弊端

1.1 刮板輸送機穿風門墻對礦井風流的影響

調節風量：風門作為一個風流調整設施，承擔著系統風量調節的重要作用，使用刮板輸送機穿風門墻出料時，風門墻體穿刮板輸送機區域，始終有一個刮板輸送機通道，所以不能有效地對風流進行調整。

通道漏風，風量損失：象山礦井是一個典型的老礦井，系統戰線長，通風系統復雜，采掘頭面多，對風量的需求比較大，風量調配困難，使用刮板輸送機穿風門墻出料時，刮板輸送機通道漏風，造成不必要的風量損失。

1.2 刮板輸送機設備自身的缺點

斷鏈：刮板槽卡鏈，溜槽不直，鏈環磨損嚴重，長時間運轉導致鏈條疲勞，小矸石卡在鏈條與溜槽之間導致鏈條卡死，鏈條過緊，鏈條的材料質量不符合相關要求等，是刮板輸送機的常見問題，這些因素常常會導致刮板輸送機斷鏈。

飄鏈：溜槽缺刮板，溜槽彎曲以及溜槽的槽幫在使用較長時間后，槽幫的磨損較為嚴重，導致鏈條不能有效地卡在溜槽之間，此類問題會導致刮板輸送機飄鏈，人員不注意時，可能導致人員傷亡。

跳鏈和掉鏈：刮板輸送機機頭位置不正，過渡溜槽平直度不夠，鏈輪咬進雜物，分鏈器磨損等因素會導致鏈條跳鏈和掉鏈。

電動機故障：在刮板輸送機運輸時，如發生卡鏈現象、鏈條與槽板之間夾矸現象、高負荷運行情況、啟動頻繁情況等，將會導致電動機故障和燒毀等。

運輸效率低：在刮板輸送機運輸時，運行阻力大，刮板輸送機越長，效率越低。

維修頻繁：鏈條、滾筒、鏈輪比較容易磨損，維修更換較為頻繁。

1.3 風門處安裝及運行一部刮板輸送機所需費用

象山礦井各掘進工作面常用的刮板輸送機為40 T刮板輸送機，以此為例，購買一套刮板輸送機的費用為27.0萬元。刮板輸送機運行期間，經查閱歷年來設備維修費用臺賬得知，1 a正常維修成本及保養成本基本上為總價的40%，即1 a所需的維修費用為10.8萬元。刮板輸送機正常運行1 a，每天需要崗位操作工3人，每人工資取6 000元/月，每月需要支付工資1.8萬元，年支付工資為21.6萬元。在不考慮刮板輸送機檢修工工資、刮板輸送機設備意外損壞以及其他額外費用的情況下，在風門處安裝刮板輸送機出料，第1年需要投入的總費用為59.4萬元。

2 風門處運輸系統的改造

2.1 防風流逆流裝置設計

防風流逆流裝置1套為4部分部件，第1部分和第3部分相同，第2部分和第4部分相同，不同的2個部分分別安裝在每道風門墻體的進風側和回風側，其加工步驟如下(尺寸根據主皮帶尺寸相應調整)。

2.1.1 第1部分和第3部分加工步驟

主體結構加工：采用5 mm鋼板與50 mm×50 mm×5 mm角鋼焊接，完成主體框架外包圍的加工，主體尺寸為1.1 m×0.5 m×1.0 m(長×寬×高)。

逆止結構加工：廢舊皮帶加工成兩片扇形形狀，扇形圓弧弧度與主皮帶上帶弧度相同，扇形皮帶內測襯有相同尺寸的扇形鋼板，使其與主體結構邊框的角鋼之間形成簡單的逆止結構，只能向逆風方向開啟，皮帶與鋼板上部用夾板和螺絲緊固固定，加固擋風區域抵抗風壓。

夾板結構加工：① 0.54 m長的DN20鋼管與一條0.54 m×0.02 m的開孔鋼板焊接；②一條0.54 m×0.02 m的開孔鋼板。

轉動結構加工：DN15鋼管安裝在主體結構上部，穿過主體預留孔洞和夾板DN20鋼管，形成簡單的轉動結構。

托輥結構加工：主體底部向上0.2 m的位置，焊接有皮帶托輥卡槽，便于安裝底皮帶直托輥。

固定結構加工：主體上方和兩側各焊接2根長度0.1 m的開孔角鋼，用于安裝調整好防風流逆流裝置后，在風門墻體上對裝置進行二次固定。距離主體底部向上0.67 m的位置，焊接2根短節皮帶縱梁，短節皮帶縱梁的長度為0.5 m，方便與主皮帶縱梁對接。

2.1.2 第2部分和第4部分加工步驟

逆止結構加工：廢舊皮帶加工成兩片扇形形狀，扇形圓弧弧度與主皮帶上帶弧度相同，然后對皮帶進行切割，切割寬度2～3 cm，使其成為簾狀，不使用扇形鋼板加固。

其余結構：其余結構與第1、3部分相同，如圖1所示。

圖1 加工示意Fig.1 Processing schematic

2.2 使用膠帶輸送機的優點

運距長、運量大：膠帶輸送機在技術性能上要優于刮板輸送機，膠帶輸送機運距長，象山礦井最遠的膠帶輸送機運輸距離達到了2 000多米。膠帶輸送機的運量比較大。

可連續運輸：膠帶輸送機可以連續輸送，運輸過程中撒料較少，運行可靠，比較容易實現自動化智能控制。

阻力小，能耗低：膠帶輸送機運行過程中，上下皮帶都有托輥支撐，各部件摩擦阻力小，同等條件下約為刮板輸送機阻力的1/5，動力消耗低，結構簡單便于維護，工作可靠平穩。且皮帶八大保護齊全，更能有效地保證膠帶輸送機正常運行。

成本減少：使主皮帶直接穿過風門墻，可以節省多余安設的刮板輸送機設備的費用，崗位操作人員的費用，維修工的費用，且膠帶輸送機磨損較小，保養維護費用很低。

2.3 使主膠帶輸送機直接穿過風門墻

南二5號煤邊界運輸下山掘進工作面出貨系統由3部膠帶輸送機和2部刮板輸送機組成，其中第2部設備為膠帶輸送機，運距260 m，第3部設備為刮板輸送機(此部刮板輸送機需要穿過南二5號煤膠帶輸送機尾部車場風門墻)，運距60 m，將此刮板輸送機取締，使第2部膠帶輸送機直接穿過南二5號煤膠帶輸送機尾部車場風門墻，使整個南二5號煤邊界運輸下山的出貨系統精簡為4部設備。

在南二5號煤膠帶輸送機尾部車場風門墻處，安裝膠帶輸送機穿風門墻防風流逆流設施，第1、3部分安裝在風門墻體進風側，第2、4部分安裝在風門墻體回風側。

將主皮帶與防風流逆流裝置連接，皮帶縱梁與防風流逆流裝置上預留的0.5 m縱梁進行對接，安裝上H架，使上下膠帶穿過防風流逆流裝置對應的通道，調整H架以及防風流逆流裝置的位置，使其平直，調整皮帶張緊絞車，調試皮帶正常運行即可。

把防風流逆流裝置固定在風門墻墻體上，使其牢固可靠。在墻體與防風流逆流裝置的縫隙處，使用填縫劑或水泥砂漿進行修補，使其密閉完好不漏風。

3 使用防風流逆流裝置后的效果

3.1 用工精簡

全國煤礦企業都在創新改革，向著“少人化、無人化、安全高效”的智能型礦井發展。其中就有最大限度的減少固定崗位，做到無人值守，有人巡檢的措施，象山礦井用工人數原本就比較多，之前使用刮板輸送機穿風門墻，需要增加至少1個崗位，無疑與煤礦發展趨勢相悖。在使用此裝置后，崗位減少1個，使礦井用工更加精簡有效。

3.2 風量損失小

由于該礦是一個典型的老礦區，通風系統復雜，給各頭各面配風時，存在風量不夠，風量配不上去的問題，最后只能選擇調整主扇扇葉角度，增加了整個主扇運行的風險。所以，針對在使用刮板輸送機穿風門墻運輸時，造成風量損失的缺點，在使用膠帶輸送機穿風門墻防風流逆流裝置后就得以最大程度的減少。

3.3 電能損失小

經查，刮板輸送機的空載功率消耗占總功率的30%以上，且刮板輸送機延設越長，功率消耗越大。而膠帶輸送機的工作阻力較小，同等條件下，約為刮板輸送機的1/3～1/5，功率消耗較小。

3.4 固定成本減少

象山礦井屬于高瓦斯礦井且水文地質復雜，系統戰線比較長，開采難度大，煤質較差，開采成本較高，故減少成本投入就成為盈利的一大措施。在使用刮板輸送機穿風門墻時，需要投入一整套設備，電源、電纜、開關、設備等。而使主皮帶直接穿風門墻，就少投入一整套設備，無疑減少了礦井的成本投入。

3.5 可變成本減少

眾所周知，刮板輸送機磨損較大，維護及維修的費用較高，還有崗位工的費用，設備用電的費用等。在使用此裝置后，相應費用就不會產生，增加的膠帶輸送機可變成本可以忽略不計，減少了可變成本的投入。

3.6 穩定性高

在使用刮板輸送機穿風門墻時，當工作面遇到構造或者斷層，工作面矸石量較大時，刮板輸送機的的弊端尤為明顯，南二5號煤邊界運輸下山掘進工作面，在2019年12月16日揭露一斷距大于3 m的正斷層，工作面全巖掘進，導致工作面和穿風門墻的2部刮板輸送機故障頻發：卡鏈、斷鏈、高負荷、燒毀電機等。在采取相應改善措施后，效果不大，導致2019年12月下旬至2020年1月中旬此工作面無進尺，嚴重影響區隊生產任務。后經過拆除穿風門墻刮板輸送機，使主皮帶直接穿過風門墻，安裝上防風流逆流裝置后，整個運輸系統才恢復正常，工作面開始正常掘進，運輸系統改造后一直安全穩定運行。

4 結語

經過研究、論證、加工、安裝、使用，該設備能在井下運輸系統中起到重要作用，在象山礦井南翼5號煤膠帶輸送機大巷尾部車場風門處安裝，穩定運行。煤礦井下條件復雜，制約生產因素較多，面對礦井生產過程中遇到的問題，摸清楚根本原因，針對性地解決問題。對于此裝置的加工方案，力求創新，并對方案可行性進行論證，保障礦井的運輸系統不受影響，對礦井通風、運輸、成本等各方面都進行優化，該裝置可為類似條件的礦井提供參考。