巷道修復機配套用移動式膠帶轉運裝置設計

李旭濤

(中煤科工西安研究院(集團)有限公司,陜西 西安 710077)

趙莊煤礦現開采3號煤,根據礦方生產要求,修復機巷道底板修復施工在北輔運七聯絡巷進行,該段巷道底鼓變形嚴重,起底深度0.5～3.2 m,起底寬度約4.8 m,出渣量較大?，F場應用情況發現,制約起底效率的主要因素在于渣料運輸,特別是刮板運輸裝置后部轉運效率較低,且存在掉渣現象,使得修復機起底效果難以顯現,直接影響整個底板修復施工效率。并且現有刮板運輸裝置不能進行左右、上下擺動,進行連續運輸,也是導致現有修復機施工效率較低的重要原因。

為此,開發一套機動性強、實現連續運輸及一定角度偏轉,可配置于現有修復機的膠帶轉運裝置尤為必要,該方向的研究可提高修復機的工作效率,有利于修復機大批量推廣。配套用移動式膠帶轉運裝置的開發,可大幅提高巷道底板修復作業施工效率,擴大修復機對巷道治理的適用性,滿足巷道修復多樣性的工作需要,為巷道修復機市場推廣提供有力保障。

1 總體方案設計

1.1 施工方法的選擇

煤礦巷道作為煤礦井下生產系統最基本單元,其安全可靠是保證礦井正常生產的基礎,但是隨著我國煤礦開采強度和深度的進一步增加,導致巷道應力集中出現,圍巖變形日益突出,特別是巷道底鼓變形更為嚴重[1-4]。巷道修復機作為煤礦井下巷道圍巖修復治理的專用裝備,具備鑿、挖、運、裝于一體[5-6],施工效率高、安全性好、操控靈活方便等特點,目前相關礦井采用巷道修復機配合運料小車進行出渣,如圖1所示。其優點是設備之間簡單搭接、機動靈活;其缺點是運料小車排隊有間隔、運渣出料不連續,特別是在卸料地點較遠的場所,渣料運輸時間較長,且需較多的運料小車,燃油較多,環境污染大。

圖1 巷道修復機+運料小車出渣Fig.1 Roadway repair machine+cart slag

近年來,隨著巷道修復設備的廣泛推廣,為提高運渣出料效率,巷道修復機出廠前,給刮板運輸裝置尾部設計了卸料溜槽,其底部有旋轉軸,人工可以推動卸料溜槽圍繞旋轉軸轉動,以此改變卸料方向,調整卸料角度[7-8],如圖2所示。卸料溜槽連續出渣作業,施工效力高,但是卸料溜槽笨重,旋轉卸料方向時人工勞動強度大,且其不能沿巷道高度方向上下調節,僅能配合刮板機進行出渣施工。

圖2 巷道修復機+卸料溜槽+刮板機出渣Fig.2 Roadway repair machine+unloading chute+scraper slag discharge

結合以上工況,配合WPZ-55/50/500L型煤礦用巷道修復機,擬研制一款修復機配套用移動式膠帶轉運裝置,如圖3所示。膠帶轉運裝置實現渣料的連續運輸,可搭配膠帶輸送機、刮板機或運料小車出渣,出渣方式多樣,工藝適應性強。

圖3 巷道修復機+膠帶轉運裝置+膠帶輸送機Fig.3 Roadway repair machine+belt transfer device+belt conveyor

1.2 結構布局的確定

進一步掌握巷道圍巖修復施工工藝的基礎上,膠帶轉運裝置結構布局宜采用以下結構:膠帶轉運裝置主要包括調角機構和膠帶轉運機,如圖4所示。調角機構通過螺栓連接于巷道修復機尾部、刮板運輸裝置正下方,便于轉運渣料,調角機構分別設計偏轉油缸和俯仰油缸,偏轉油缸用于膠帶轉運裝置沿機身方向左右偏斜,實現拐彎運料。俯仰油缸用于膠帶轉運裝置上下角度調節,實現不同高度的渣料轉運。通過2組油缸的組合調節,不僅可以適應運料小車、膠帶輸送機和刮板機等不同機身高度設備的卸料運渣,還可滿足不同方向的拐彎運渣,提高修復機渣料運輸的適應性,實現連續運輸,進而提高巷道修復施工作業效率。

圖4 膠帶轉運裝置結構Fig.4 Belt transfer device structure

1.3 主要技術參數及特點

膠帶轉運裝置主要用于配合巷道修復機進行運料出渣作業,考慮WPZ-55/50/500L型煤礦用巷道修復機挖裝能力為50 m3/h,膠帶轉運裝置主要技術參數見表1。

表1 膠帶轉運裝置主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of belt transfer device

移動式膠帶轉運裝置特點:①整體式結構,結構簡單、拆裝方便,與修復機配套使用,實現機尾的全方位調節,增加對裝料設備的適應性,實現膠帶運輸裝置平穩、快速的對不同塊料轉運,減少渣料轉運時間,提高巷道修復施工效率。②具有運料快捷方便、移動便捷、適用性強等特點,設計的調角裝置具有調角范圍大,調整速度平穩,能夠充分體現二次運輸的優勢。

2 關鍵技術研究

2.1 調角機構

調角機構主要由焊接體Ⅰ、焊接體Ⅱ、焊接體Ⅲ、擺角油缸和升降油缸等部件組成,調角機構結構如圖5所示。調角機構作用:①承載膠帶轉運裝置;②上下、左右調節膠帶轉運裝置卸料高度和角度。考慮調角裝置與修復機連接的可靠性,在調角機構最左端設計20個20 mm×65 mm高強度螺栓,并且安裝有M20NORD-LOCK防松墊圈。

圖5 調角機構結構Fig.5 Angle adjusting mechanism structure

2.2 膠帶轉運機

膠帶轉運裝置主要由機架、托輥、滾筒、擋板、液壓馬達、傳動機構和張緊機構組成,膠帶轉運機結構如圖6所示,其動力來源于修復機的液壓泵站,液壓馬達通過滾筒帶動轉載膠帶回轉,實現渣料轉載運輸[9-10]。

圖6 膠帶轉運機結構Fig.6 Belt conveyer structure

考慮到巷道修復工況的特殊性,膠帶轉運裝置機架選用16號槽鋼焊接,50角鋼作為橫梁連接件,局部位置加筋板,液壓馬達采用2K-130型,采用阻燃輸送帶,型號為EP100,托輥采用φ89 mm×190 mm和φ89 mm×600 mm托輥。滾筒均采用φ250 mm鋼管焊接,軸承采用UC系列軸承。

2.3 液壓系統

增加1套膠帶轉運裝置,會增加3組液壓動作,分別是:擺角油缸、升降油缸和液壓馬達。在巷道修復機現有液壓系統上,增加LBF14-7-39B多路換向閥1片,增加HN-XAYMK4S-15先導手柄組2組,增加V0930分流閥1個。通過先導手柄的換向和分流閥的切換控制2組油缸姿態的調節,另外1個摩擦定位先導手柄控制膠帶運渣速度。

3 現場應用

根據趙莊煤礦生產要求,巷道底板修復施工布置在3號煤北輔運七聯絡巷內進行,該巷道為矩形斷面,高度4.3 m,寬度4.8 m,巷道斷面20.4 m2。3號煤層平均厚度4.5 m,傾角5°～10°,采深400～500 m。煤層直接底為黑色泥巖,薄層狀,水平層理發育,其下為砂巖,中厚層狀,具有水平層理。

底板修復最大深度約3.2 m,項目組決定采用逐層剝離、逐步深挖,一運刮板運輸裝置及配套移動式膠帶轉運裝置協調出矸方式進行施工作業。第1層底板修復完成后,需對巷幫進行支護,支護完成之后進行第2次修復,再次進行支護;第2輪修復施工工藝與第1輪修復施工工藝相同,通過3輪連續施工作業,即完成最大巷道修復施工作業[11-12]。修復機底板修復施工如圖7所示。

巷道底板修復采用WPZ-55/50/500L型修復機(配套移動式膠帶轉運裝置)進行施工,修復施工期間,該移動式膠帶轉運裝置移動便捷、運矸平穩、可靠,調角機構調角范圍廣。移動式膠帶轉運裝置的成功設計,提高了修復機矸石轉運效率,為修復機的銷售推廣提供了裝備與技術保障。

4 結語

(1)研制的膠帶轉運裝置結構簡單、拆裝方便,可實現機尾的上下和左右調節,增加對裝料設備的適應性,實現膠帶運輸裝置平穩、快速地對不同渣料轉運,減少渣料轉運時間,提高巷道修復施工效率。

(2)設計的調角裝置調角范圍大、調整速度平穩,膠帶轉運機采用液壓系統,實現無極調速;采用低速大扭矩馬達,扭矩大、運轉平穩。膠帶轉運裝置配合修復機和煤礦井下帶式輸送機或刮板機可實現連續運輸作業,提高巷道修復施工作業效率。

(3)現場應用結果表明,膠帶轉運裝置各項技術指標完全滿足煤礦井下巷道修復機對于渣料轉載使用要求,并且充分證明轉運裝置結構強度和液壓系統設計的合理性、可靠性,該裝置的成功研制為巷道修復機提高施工效率提供了裝備保障。