煤礦立井裝載用板式定量輸送機技術

李豐宇

（同煤浙能麻家梁煤業有限責任公司機掘隊， 山西 朔州 036000）

引言

按裝載方式來劃分，箕斗分定量斗和定量輸送機這兩種，而定量運輸機可分為定量板式與定量帶式兩種。隨著現在煤礦生產能力的不斷擴大，對于主立井提升能力的要求也越來越越高，目前不少煤礦已經采用了20～50 t系列的大型立井箕斗，此大型箕斗的投產和使用使煤礦的生產能力、工作效率及經濟效益均有顯著提升。但箕斗的不斷增大也給施工及運行問題提出了很大的挑戰，同時相應裝載硐室高度也增高，使得支護難度加大、施工期限延長。目前國內引進和開發的板式定量輸送機可以顯著降低硐室高度，板式定量輸送機最早是由德國研制出的，國內煤礦例如常村煤礦、屯留煤礦等均引用并進行改造投入使用。我國許多專家學者根據傳送皮帶承載，將托輥加密研制出帶式定量輸送機，并在不少煤礦中得到應用。對兩種定量運輸機進行比較可知，板式定量輸送機技術仍不成熟，目前多靠引進國外設備，但在運行過程中仍受很大程度的環境因素限制。

1 立井箕斗裝載系統規范要求

立井箕斗裝載系統要求煤的稱量與儲存均在箕斗的提升過程中完成，且在箕斗就位后，在休止停留期間裝載系統需完成啟動、加速及運行等操作過程，保證煤礦生產的安全高效。立井開采生產流程見圖1，箕斗裝載系統將煤倉中原煤裝入提升箕斗。

在系統運行過程中，裝載等程序均在箕斗休止停留期間完成，故裝載速度應根據煤礦現場井筒深度、提升速度、箕斗運量等來確定。箕斗和裝載設備在安裝時應遵循二對一原則，即在一套裝載設備中由分叉溜槽裝設兩個箕斗。這種布置方法要求一次裝載卸載時間不能超過凈提升時間的85%，否則需使用兩臺定量運輸機裝載。

圖1 立井開采生產流程示意

2 板式定量輸送機構成及運行

板式定量輸送機設計的核心是要滿足煤的稱量與儲存均在箕斗的提升過程中完成，且在箕斗就位后，在休止停留期間裝載系統需完成啟動、加速及運行等操作過程。為滿足實際生產需要，對于系統的可靠性和精確性必須嚴格控制，減少維護成本，降低裝載過程中的誤差。箕斗裝載系統主要由板式定量輸送機、給料裝置及配套閥門等組成。系統又包括井底煤倉閥門、平板分配閥門及分叉溜槽。將系統水平布置可以減輕井壁所受的壓力，同時也降低了裝載硐室的高度，有效減小井深和需提升高度，并節約了施工的成本和周期。

箕斗裝載系統運行過程為：箕斗卸載完畢后向井下運行，隨后板式輸送機啟動，井底煤倉打開向輸送機卸煤，在達到設定質量后，輸送機上方的測重感應器發出信號，井底倉閥門關閉，此時分叉溜槽開啟，分料閥門開啟，箕斗運行到板式皮帶機下方指定位置，輸送機快速運動，裝載完成后皮帶機轉入低速，箕斗運走，進行下一個循環。

板式定量輸送機的主要組成部分有電動機、減速裝置、鏈輪、承載鏈板和滾輪等。其主要承載部件為鏈板，鏈板與滾輪經鏈條連接傳動。稱重感應部分對其整體計量稱重。新型板式定量輸送機具有變頻調速驅動功能，可以自動定位箕斗位置，調整皮帶速度，實現與箕斗的同步運行，避免了不斷停機、啟動時對設備的損害。為了克服原有技術的弊端，延長軸承使用年限，新設計將承載滾輪置于鏈節外，使其受力狀態改變，不必參與嚙合傳動，且更加便于維修更換。

3 板式定量輸送機關鍵技術

3.1 自動稱量技術

自動稱量的精確性關系到整個裝載提升系統的安全性和正常運行，決定其計量感應的核心為承載支架的穩定性和傳感器的性能，板式輸送機載煤既要求準確計重又需承負荷、抗沖擊，堅固耐用。板式定量輸送機的稱重結構為桿狀水平方向，故需布置多個感應器保證測重的可靠性和精確度。

在輸送皮帶機運行過程中會產生水平方向力而影響測量精度，故設置幾組水平拉桿以抵消水平方向力的影響。通過查閱文獻及理論計算發現，框架本身的撓性形變若在1/600以內，則滿足了1%的精度要求。此外，在自動稱重系統發生故障時可選用定容傳感器來測量，使箕斗不超載。

3.2 智能化裝載技術

在一個裝載運送周期內，板式輸送機在載物和空運時以不同速度運行，完成原煤的裝載、稱重及箕斗運載。在開閘放煤到板式運輸機時，運輸機以0.14～0.40 m/s速度傳送及稱重，后箕斗運行到固定位置時，運輸機以0.9～1.3 m/s快速行進對箕斗裝載。在箕斗運行過程中常受到其他因素干擾，故當前所采用的兩臺功率不同的電動機及雙速電機和超越離合器等不能實現實時定位、裝載等工作，需不斷開啟、關閉運輸提升系統。現提出基于變頻調速的驅動方法，可以實現對調速及啟動、制動性能無損轉換，降低對設備的損耗，大大提高工作效率。

利用感應裝置及計算機軟件集成系統對裝載輸送過程中輸送機、提升系統、箕斗等的運行狀態、方位等進行數據采集和集成，使其相關信息經由通訊接口實時上傳至集控系統，最終實現工作過程可以實時動態在井上、井下同步顯示。在系統運行過程中，控制系統裝設在板式定量運輸機上，其可以確定箕斗位置和其運動速度等信息，并分析計算出到達指定位置所用時間，根據這些信息及自身當前位置、速度、原煤質量等調整速度曲線圖，改變運輸機的運行速度，解決了傳統中系統不斷重啟的問題。

3.3 鏈傳動技術

板式定量輸送機高負荷的原煤承載及驅動工作是由兩條大節距、高強度的輸送鏈完成的，所以鏈條傳動的可靠性對于整個系統的正常運行至關重要。由于鏈傳動是多邊形傳動，在運行過程中存在多邊效應。鏈條滾動與鏈盤嚙合時的沖擊力隨著鏈速的增加而不斷增大，此時還會使系統運行的穩定性降低，噪音加大，速度過快還可能造成跳鏈。在齒數一定的鏈盤中，鏈條的極限轉速會隨節距的增加而降低，故在設計時鏈條的選型亦至關重要。

系統工作過程中板式輸送機會頻繁變換速度，鏈條也不斷張緊或伸張。此過程頻繁往復進行，在交變荷載的作用下鏈板孔兩側的集中應力區則可能產生疲勞裂紋導致鏈板損壞。為提高鏈條耐磨損性及強度，對不同鏈孔形狀進行受力分析，設計修改其形狀以減少應力集中點。比如將切邊內置，采用圓孔等方法。對鏈板受應力圖進行分析，同驅動張力情況下，圓孔鏈板所受最大應力比長圓孔降低約12%，此時高應力區域的面積對比單切口方式大大減小，有效提高了鏈條的壽命和系統的穩定性。

4 結語

板式定量輸送機的應用可以顯著降低煤礦的生產周期，可穩定、快速增加產出效益。由于目前我國國內應用大型板式定量運輸機仍比較少，許多技術研究尚不完全成熟，因此對板式定量輸送機定量裝載技術的研究仍是關鍵研究任務。