PF6/1542型轉載機中部槽優化設計布置研究及應用

張 彥

(晉能控股集團 馬道頭煤業有限責任公司，山西 大同 037100)

麻家梁為年產1 200萬t的特大型礦井，礦井產量由兩個綜放工作面構成，單個工作面年產約600萬t。工作面設備選型為：ZF13000/25/38型液壓支架、艾柯夫SL500型采煤機、PF6/1142型前部運輸機、PF6/1342型后部運輸機、PF6/1542型轉載機。在生產過程中，煤量大時經常出現轉載機過載事故，往往需要組織大量的人員進行人工卸煤，費時費力。為了解決這個問題，根據設備性能[1-2]，按照現場使用要求和實際情況，通過在該礦14103、14104、14107共3個工作面進行改進試驗，對原有的轉載機中部槽實施優化布置，減輕轉載機的負荷，保證生產順利進行。

1 設備參數

PF6/1542型轉載機主要由機頭傳動部、機尾、架橋槽、凸槽、凹槽、鉸接槽、中部槽、聯接槽、開天窗中部槽、卸料槽、刮板鏈等部件組成，具體參數如下：長度為52 m；轉載能力為3 500 t/h；總裝機功率為600 kW；刮板鏈型式為雙中鏈，鏈環規格為D38 mm×126 mm、鏈速為1.74 m/s；刮板間距為504 mm；電壓等級為3.3 kV，50 Hz；冷卻方式為水冷；中部槽結構為鑄接型，連接為啞鈴銷和螺栓；驅動布置方式為平行布置。

2 轉載機中部槽優化布置方案

2.1 方案一

在14103工作面試驗將轉載機布置24節溜槽，長度為50.95 m，見圖1。

圖1 14103工作面轉載機布置示意(mm)

轉載機槽1～6號為固定穩裝布置方式，為適應巷道底板坡度及實現轉載機槽落地段的“柔性鏈接”，因此6號凹槽(落地槽)后，布置1節1 m7號中部短槽對接。考慮破碎機進出料段(12-10號)隨巷道坡度移動及生產時，機械加破碎沖擊載荷震動，在7號中部1 m短槽后，布置1節2 m普通中部過渡槽，10號破碎機出料口槽前，布置1節9號1 m中部短槽。破碎機進料口12號后，布置3節2 m普通中部過渡槽(13～15號)為未破碎煤流緩沖區間，轉載機進料口(17號)前布置1節短節1 m中部溜槽(16號)實現大塊煤流對進料口產生巨大沖擊力及轉載機推移過程中柔性調節。轉載機進料口17號后布置1節2 m天窗中部槽18號便于檢修及事故處理。前部運輸機落煤點布置1節短節0.8 m中部溜槽便于緩解落煤緩沖及18～24號轉載機推移過程中的柔性調節。布置20號、23號中部普通過渡槽在前、后刮板輸送機減速機箱體頭端正對位置，20號、23號間布置21～22號2 m中部天窗槽，方便日常檢修及生產事故處理。

2.2 方案二

方案一仍然經常出現“壓轉載機”過載現象，在14104工作面做進一步優化試驗，將轉載機布置22節溜槽，長度為48.15 m，見圖2。

圖2 14104工作面轉載機布置示意(mm)

方案一布置方式在推移轉載機過程中布置1節1 m中部短槽對落地槽與巷道調節效果不佳，故6號凹槽(落地槽)后連續布置兩節1 m中部短槽“柔性鏈接”，因在方案一生產過程中發現破碎機產生的破碎沖擊力對中部槽的沖擊基本可忽略不計，所以在破碎機出料口(10號)前布置1節2 m普通過渡槽(9號)。轉載機進料口(12號)與破碎機進料口(15號)間布置兩節2 m普通槽(13～14號)實現未破碎煤流緩沖。轉載機進料口槽(15號)后布置1節1 m調節短槽(16號)，可以實現轉載機前后調節。18號、21號為前、后刮板輸送機減速機機頭正對普通中部槽，因此在18～21號間布置19～20號帶天窗中部槽，方便日常檢修作業及生產事故處理，中部槽布置較為科學。

2.3 方案三

方案二對轉載機中部溜槽優化設計布置后，在實際生產過程中發現轉載機過載事故較方案一布置方式有所減少，但是在轉載機運行電流遠小于額定運行電流的情況下仍然會過載，所以在方案二的基礎上對轉載機中部槽繼續優化。將轉載機布置20節溜槽，長度為44.56 m，見圖3。生產現場觀察發現，破碎機出料口為破碎后煤流，無需長距離過渡，故在7～8號中部短槽后直接布置破碎機出料口槽(9號)，觀察發現破碎機進料口槽(11號)至轉載機進料口槽(13號)間布置1節2 m普通中間槽即可實現煤流過渡，在轉載機進料口槽(13號)后布置1節1.4 m中部短槽調節槽，實現推移過程中前后調節，布置此調節槽也為后部運輸機落煤點前移，可見方案三布置方式更為科學。

2.4 方案比較

經過優化布置，方案二較方案一縮短轉載機長度2.8 m，方案三較方案二縮短3.59 m，較方案一布置方式縮短6.39 m。方案三還使轉載機后運輸機落煤點前移0.6 m，避免對轉載機尾鏈輪運轉直接產生沖擊載荷。考慮到端頭支架長度與位置限制，方案三為轉載機最佳布置方式。

3 轉載機中部槽優化布置方案計算校核

3.1 轉載機空載/重載運行功率對比

因為溜槽數、轉載機長度發生變化，因此需要對轉載機相應的參數進行計算校核，見表1。由表1可看出，轉載機的長度直接影響了“壓轉載”的峰值電流及實際運行功率，溜槽數越少，轉載機長度越短，重載時發生“壓轉載”峰值電流越高，實際運行功率越大，轉載機運行功率達到最大化。

表1 轉載機空、重載峰值電流與功率

3.2 轉載機運行功率損耗計算

轉載機總功率為600 kW，鏈速為1.74 m/s，運輸能力3 500 t/h，根據轉載機長度進行計算中部槽單位長度上的裝煤量，即：

式中：q為刮板鏈單位長度的裝煤量，kg/m；Qm為轉載機運輸能力，t/h；V為刮板輸送機的鏈速，m/s。

轉載機的底鏈即空段的運行阻力Wk和運煤上鏈的重段運行阻力Wzh分別為：

Wzh=(qw+q1w1)Lgcosβ-(q+q1)Lgsinβ

Wk=q1Lg(w1cosβ+sinβ)

式中：ω為煤在槽內運行的阻力系數，取 0.5；q1為刮板鏈單位長度的質量，D38 mm×126 mm 刮板鏈的質量為 88 kg/m；w1為刮板鏈在槽內運行的阻力系數，取0.4；L為轉載機長度，m；g為重力加速度，取9.8m/s2；β為轉載機傾斜角度，°。

轉載機的功率損耗P為：

p=(Wzh+Wk)v

根據上述公式，轉載機運行坡度-2～2°的狀態下滿足3 500 t/h 的輸送能力進行計算，實際功率損耗見表2。由表2可知，隨巷道坡度增大，轉載機損耗功率逐漸增多，隨溜槽數減少，轉載機損耗功率逐漸降低，減少到20節時損耗功率為最低，且與重載時實際運行功率相比較，轉載機功率得到最大化，因此PF6/1542型轉載機溜槽數為20節(44.56 m)已是該優化方案的最佳設計，且按照600 kW的總裝機功率，可以有足夠的功率儲備能夠滿足片幫等造成煤量增加的異常狀況。

表2 轉載機功率損耗

4 應用效果

PF6/1542型刮板輸送機優化設計布置后,于2019年10月在麻家梁礦14107工作面投入使用，設備運行狀況良好，轉載機最大工作負荷工況下,電動機的電流值為額定電流值124 A的80%，由于損耗功率大大降低后，轉載機很少出現過載情況，工作面平均日產量1.5萬t，最高產量2萬t。通過優化設計布置后，麻家梁礦兩個工作面按照此方案設計穩裝轉載機，每次穩裝布置減少了4節中部溜槽，實際生產運行過程中延長了頭、尾鏈輪的調向周期及使用壽命。現麻家梁礦年平均穩裝工作面3個，可少購置轉載機中部槽12節，每節按5萬元計算，可節省設備購置資金60萬元，節省頭、尾鏈輪6個，節省設備資金60萬元。工作面每穩裝一次轉載機上下鏈條可節省26 m，節省轉載機刮板26整套。麻家礦每年設備穩裝可節省D38 mm×126 mm型鏈條78 m，節省轉載機刮板78整套。由此可見，該方案實施可為麻家梁礦節省設備采購資金174.6萬元。

5 結 語

1) 通過對轉載機中部槽布置方案進行優化和實施，將轉載機長度由50.95 m縮短為44.56 m，縮短了6.59 m；同時使得后部運輸機落煤點前移0.6 m，避免了落煤對轉載機尾鏈輪運轉產生直接沖擊載荷。

2) 通過對轉載機不同長度的功率損耗進行校核，隨著溜槽數減少，轉載機損耗功率逐漸降低，減少到20節時損耗功率為最低，且與重載時實際運行功率相比較，轉載機功率得到最大化，從而找到轉載機功率運行的最佳平衡點。

3) 優化方案實施后，轉載機過載現象大幅度減少，提高了開機率，降低了生產事故發生率，節省了人工成本，減輕了工人的勞動強度，消除了生產安全隱患。