直角轉(zhuǎn)盤一體機在綜采工作面的應(yīng)用

張利軍

(山西新元煤炭有限責(zé)任公司， 山西 晉中 045400)

0 引言

直角轉(zhuǎn)盤一體機又稱轉(zhuǎn)盤式工轉(zhuǎn)破一體機，是陽煤忻通機械公司和德國布朗公司共同合作研發(fā)的新型煤機產(chǎn)品，屬國內(nèi)首部集工作面運輸、轉(zhuǎn)載、破碎為一體機的可彎曲刮板輸送機。傳統(tǒng)綜采工作面煤炭輸送方式主要有端卸式刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機、交叉?zhèn)刃妒焦伟遢斔蜋C與轉(zhuǎn)載機兩種組合方式[1]。所開采的煤炭通過刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機將煤卸載到帶式輸送機。轉(zhuǎn)載工序多、操作崗位多、不利于端頭支護(hù)，機頭裝煤效果差、底鏈帶回煤多。直角轉(zhuǎn)盤一體機將傳統(tǒng)的刮板輸送機和轉(zhuǎn)載機設(shè)計為一個整體，通過直角轉(zhuǎn)盤把轉(zhuǎn)載機機尾和刮板輸送機機頭連接，采用中單鏈將煤直接輸送到帶式輸送機。這不僅減少了轉(zhuǎn)載機與刮板輸送機搭接機構(gòu)，還簡化了刮板輸送機的機頭結(jié)構(gòu),顯著提高了卸煤效果，有效減少了拉回煤現(xiàn)象的發(fā)生，降低了現(xiàn)場煤塵的出現(xiàn)，改善了作業(yè)環(huán)境。

山西新元煤炭有限責(zé)任公司是陽煤集團的主力礦井之一，礦井井田面積136.77 km2，地質(zhì)儲量14.38億t，設(shè)計可采儲量7.13億t，服務(wù)年限84 a，可采煤層為3#、9#、15#煤層，目前開采3#、9#煤層。該公司率先在3207工作面推廣使用了國內(nèi)煤炭行業(yè)首套直角轉(zhuǎn)盤一體機，實現(xiàn)了工作面安全高效生產(chǎn)。

1 主要設(shè)備布置和技術(shù)參數(shù)

新元公司3207工作面沿順槽走向長1 992 m，工作面采長267.4 m，可采儲量171萬t[2]。采用沿空留巷，共布置4條巷道，由東往西分別是工作面進(jìn)風(fēng)巷、輔助進(jìn)風(fēng)一、輔助進(jìn)風(fēng)二、回風(fēng)巷。忻通-布朗礦山直角轉(zhuǎn)盤一體機，設(shè)計長度320 m，輸送量2 500 t/h，電動機額定電壓3 300 V，裝機功率2×855 kW，采用中單鏈，配套天信BPJV-3×1250/3300型變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)距離供電。

進(jìn)風(fēng)巷配備SSJ-1200/4×250型帶式輸送機一部，鋪設(shè)長度為1 600 m；輔助進(jìn)風(fēng)巷一配備無軌自移設(shè)備列車；工作面切巷安裝布朗HB-320-1020-1500工轉(zhuǎn)破一體機，安裝長度270 m。采用MG400/930型雙滾筒采煤機割煤裝煤，由工轉(zhuǎn)破一體機將煤自動送入帶式輸送機運至煤倉，直角轉(zhuǎn)盤一體機布置如圖1所示。

圖1 一體機布置

2 直角轉(zhuǎn)盤一體機技術(shù)特點

2.1 直角轉(zhuǎn)盤組件

轉(zhuǎn)盤組由1個襯套軸、一對軸承、密封件、2個轉(zhuǎn)盤和固定件組成,如圖2所示。轉(zhuǎn)盤是和轉(zhuǎn)盤軸配套的一個堅固的結(jié)構(gòu)件，轉(zhuǎn)盤軸上裝配有2個重型軸承，工作原理就如為鏈條配的一個轉(zhuǎn)載機尾鏈輪。2個轉(zhuǎn)盤分為上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤，分別為上鏈和底鏈刮板提供轉(zhuǎn)向支撐，使刮板鏈順利實現(xiàn)轉(zhuǎn)彎。

圖2 直角轉(zhuǎn)盤組

直角轉(zhuǎn)盤組件作為一體機的主要部分，安裝在工作面和順槽之間轉(zhuǎn)運區(qū)域,如圖3所示。轉(zhuǎn)盤組件沿著其轉(zhuǎn)角來導(dǎo)引煤流，轉(zhuǎn)盤處沒有驅(qū)動機構(gòu)，工作面和順槽的輸送機鏈條由一體機機頭、機尾的電動機驅(qū)動運行，如圖2所示。

圖3 直角轉(zhuǎn)盤組件

2.2 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽

新型雙面溜槽是一種特殊設(shè)計制造的溜槽，由底擋板、中部槽、底板、電纜槽、齒軌、扣環(huán)等組成，允許其雙向運輸,如圖4所示。當(dāng)溜槽中板上表面磨損嚴(yán)重出現(xiàn)刮卡時，只需把溜槽擋鏟板、底板拆開，上下翻轉(zhuǎn)安裝后即可繼續(xù)使用，槽外側(cè)的凹部可以多次使用，有效延長中部槽使用壽命。新型雙面溜槽較上一代雙面溜槽相比結(jié)構(gòu)完全對稱，可任意翻轉(zhuǎn)，且翻轉(zhuǎn)部分的重量更輕，擋鏟板部分的安裝更加便捷。同時，雙面槽的底板也是一個可更換的底部耐磨板。

圖4 雙面可翻轉(zhuǎn)溜槽

2.3 單鏈沙克鏈輪

沙克鏈輪由軸組和裝在軸上可更換的齒排組成, 通過將齒排底突出部放進(jìn)軸上的槽里并用螺栓固定在軸上而連成一體。根據(jù)刮板輸送機和個別情況，驅(qū)動架上可以安裝不同的沙克鏈輪。傳統(tǒng)鏈輪為整體鍛造，外齒形磨損整個鏈輪體就得報廢。一體機采用的鏈輪組件為HP布朗公司專有的沙克鏈輪，通過將鏈輪齒排結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計為可拆卸式，當(dāng)外齒形磨損嚴(yán)重時，不必更換整個鏈輪，只需更換齒排即可，這既縮短了檢修時間，又節(jié)約了使用成本，方便快捷[2]。單鏈沙克鏈輪如圖5所示。

圖5 單鏈沙克鏈輪

2.4 可張緊伸縮機頭、機尾

可張緊伸縮機頭是刮板輸送機上刮板鏈的驅(qū)動機構(gòu)，同時也是轉(zhuǎn)載機的機頭，機頭電動機驅(qū)動輸送機的上刮板鏈和煤，完成運煤任務(wù)?？蓮埦o伸縮機尾也是刮板輸送機的驅(qū)動站，用于驅(qū)動輸送機的下刮板鏈。機頭和機尾架側(cè)壁上有可伸縮的導(dǎo)軌，這些導(dǎo)軌可將機頭、機尾架伸長600 mm，配備2個液壓缸實現(xiàn)對刮板鏈的張緊。

3 直角轉(zhuǎn)盤一體機與傳統(tǒng)運輸機對比分析

直角轉(zhuǎn)盤一體機與傳統(tǒng)輸送機在設(shè)備使用可靠性、安全性、生產(chǎn)效率等方面對比如下：

1) 直角轉(zhuǎn)盤一體機相比交叉?zhèn)刃笔健⒍诵妒竭\輸機取消了機頭驅(qū)動裝置，有效降低了設(shè)備事故率。

傳統(tǒng)交叉?zhèn)刃笔?、端卸式運輸機由于機頭存在驅(qū)動裝置，并與轉(zhuǎn)載機機尾搭接，電動機、減速器、鏈輪等配套設(shè)備較多，長期生產(chǎn)作業(yè)會出現(xiàn)鏈輪漏油、驅(qū)動軸承損壞等設(shè)備事故發(fā)生；發(fā)生事故后，設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易處理。采用直角轉(zhuǎn)盤一體機后，取消了整套運輸機機頭驅(qū)動裝置及轉(zhuǎn)載機機尾裝置，減少了設(shè)備故障點，杜絕了機頭驅(qū)動裝置事故的發(fā)生。3207工作面直角轉(zhuǎn)盤一體機與同期開采的3108工作面交叉?zhèn)刃笔焦伟遢斔蜋C(機頭部位)設(shè)備損壞事故統(tǒng)計如表1所示。

表1 工作面回采期間(機頭部位)設(shè)備損壞事故統(tǒng)計

2) 在人員安全保障方面：

(1) 交叉?zhèn)刃笔健⒍诵妒竭\輸機布置驅(qū)動裝置，端頭架滯后中間架兩步距，不利于維護(hù)端頭頂板，且人員在端頭作業(yè)時，作業(yè)空間狹小[3]。易出現(xiàn)磕碰等安全事故，采用一體機后，端頭架和中間架步距一致，增大了人員作業(yè)空間，增加了端頭區(qū)域頂板維護(hù)面積，人員磕碰問題基本解決。

(2) 端卸式運輸機在運輸機頭推移后，轉(zhuǎn)載機不遷移，滯后的溜槽存在人員通過的端頭區(qū)域時，出現(xiàn)跨溜等不安全隱患，存在滯后回柱放頂?shù)戎ёo(hù)問題,不利于人員安全作業(yè)和頂板維護(hù)。采用一體機后，隨采隨遷，人員通道暢通，更加安全可靠。

3) 直角轉(zhuǎn)盤一體機相比交叉?zhèn)刃笔健⒍诵妒竭\輸機增加了端頭支架數(shù)量，具有以下優(yōu)點：

(1) 支護(hù)工作面與下順槽交叉處的頂板，減少落山空頂面積，降低人工支護(hù)強度。

(2) 為輸送機推移提供足夠動力，減小自移千斤工作阻力[4]。

(3) 端頭支架的安設(shè)使大部分風(fēng)流走工作面而不至于走落山，降低端頭漏風(fēng)量，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)。

4) 相比傳統(tǒng)端卸式運輸機，采用直角轉(zhuǎn)盤一體機后，每次割機頭三角煤作業(yè)時間相比傳統(tǒng)工藝節(jié)約了11 min以上，按8刀/天計算，可節(jié)約44 min以上,全月累計節(jié)約22 h，以單刀時間1.5 h計算，可提高產(chǎn)量約1.1萬t，增加煤炭收益約440萬元。采用直角轉(zhuǎn)盤一體機后，高突礦井中厚單一煤層條件下的3207工作面最高月產(chǎn)達(dá)25萬t，增產(chǎn)17%。

5) 相比傳統(tǒng)端卸式運輸機，采用直角轉(zhuǎn)盤一體機后，運輸機不再安排專職崗位工，按3工/d計算，每月為90個工，累計節(jié)約人工投入約2.4萬元。3207工作面工效77.73 t/工，相比傳統(tǒng)刮板輸送機綜采工作面提高15.60 t/工，提高幅度20%。

4 存在的問題

HB-320-1020-1500/1710型刮板輸送一體機在新元公司3207綜采工作面的應(yīng)用取得了良好效果，但也發(fā)現(xiàn)部分問題：

4.1 鏈環(huán)方面

1) 連接環(huán)在使用過程中存在第一嚙合小齒斷裂現(xiàn)象。

2) 大鏈鏈環(huán)節(jié)距變大較為突出，需要經(jīng)常對大鏈進(jìn)行減環(huán)。

4.2 鏈輪齒排方面

鏈輪齒排壓塊固定螺栓容易切斷，壓塊丟失情況突出，且切斷的螺桿不容易取出，當(dāng)齒排槽與齒排間隙大而壓塊又缺失的情況下，容易發(fā)生將齒排槽撕裂的事故。建議更改齒排安裝方式，取消小壓塊。

4.3 溜槽、刮板方面

1) 溜槽觀察孔數(shù)量不足，發(fā)生刮板事故時不容易快速找到故障點。

2) 開口槽的檢查口尺寸小，由于一體機刮板較大，在出現(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿蕰r刮板不容易進(jìn)出。

3) 機尾變線槽鏟煤板沒有采用統(tǒng)一厚度,鏟煤板測量寬度為350 mm，在靠近溜槽側(cè)有160 mm寬采用30 mm厚的鋼板，而靠近煤壁側(cè)采用雙30 mm厚的鋼板，在采煤機壓力下容易造成鏟煤板薄的位置變形下沉，前后部刮板輸送機槽鏟煤板搭接出現(xiàn)落差，造成采煤機滑靴損壞事故。

4) 轉(zhuǎn)載部機架橋槽、凸槽鏈道及鏈道周圍磨損較為突出。

5) 刮板兩端與溜槽上沿接觸處磨損較為嚴(yán)重。

4.4 其他方面

1) 轉(zhuǎn)載部減速器與電動機一側(cè)較重，導(dǎo)致轉(zhuǎn)載部重心偏移，在工作面輸送機整體推移過程中，需在轉(zhuǎn)載部增加千斤支撐，保持轉(zhuǎn)載部平衡。針對轉(zhuǎn)載機機頭傾斜現(xiàn)象，建議對轉(zhuǎn)載機機頭進(jìn)行配重，針對交接座的橫銷孔重新設(shè)計。

2) 工作面輸送機在推移過程中，轉(zhuǎn)盤部前端容易堆煤，造成轉(zhuǎn)盤部觀察孔堵塞，一體機轉(zhuǎn)盤部示意如圖6所示。

圖6 一體機轉(zhuǎn)盤部

3) 由于破碎機缺少專用滑靴及抬高裝置，在牽引時容易堆煤并伴有鉆地現(xiàn)象。建議破碎機增加自移抬高裝置。

4) 工作面輸送機每推移一次，輸送帶自移機尾也要推移一次，建議延長輸送機自移機尾的跑道，目前增加一節(jié)自移機尾跑道效果良好。

5 結(jié)論

新元公司3207綜采工作面國內(nèi)首次使用忻通-布朗礦山直角轉(zhuǎn)盤一體機，投運以來運行穩(wěn)定。

1) 將工作面輸送機與轉(zhuǎn)載機設(shè)計為一體，減少了一套傳動裝置和轉(zhuǎn)載機機尾裝置，減少了設(shè)備故障點，提高了開機率和工效，有效改善了現(xiàn)場作業(yè)安全環(huán)境。端頭處無驅(qū)動裝置，工作面通風(fēng)斷面得到有效保證，人行通道也更加暢通。

2) 機頭端頭支架沒有特殊要求，與中間架規(guī)格相同。即可以不采用端頭支架，采用中間架即可滿足端頭支護(hù)安全要求[5]。端頭支護(hù)比交叉?zhèn)刃妒街ёo(hù)縮短兩個步距，能夠做到超前支護(hù)。

3) 普通刮板運輸機機頭相對較高，容易造成機頭處積煤較多，一體機進(jìn)風(fēng)口端頭部分較低，裝煤效果好。而且相對于普通刮板輸送機必須保證進(jìn)風(fēng)口高度2.5 m以上，一體機對進(jìn)風(fēng)口高度沒有特別要求。

4) 一體機采用刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機相融合的結(jié)構(gòu)方式，在工作面端頭沒有獨立的轉(zhuǎn)載機，相比傳統(tǒng)刮板輸送機減少一名崗位工[6]。

5) 一體機將煤直接轉(zhuǎn)載至帶式輸送機上，帶式輸送機帶速快且不容易堆煤，能夠有效地解決帶回煤問題。