刮板輸送機(jī)中部槽沖擊磨損的試驗(yàn)研究

樊東毅

（山西省潞安集團(tuán)漳村煤礦，山西 長治 046032）

現(xiàn)代化礦井的開采高度普遍較大，在工作面開采過程中截割下來的煤體落在槽體內(nèi)會形成沖擊，從而形成了輸送機(jī)中部槽的沖擊磨損[1]。對于刮板輸送機(jī)而言，中部槽體不僅作為采煤機(jī)截割的運(yùn)行軌道，而且是支架推移輸送機(jī)的支點(diǎn)，故中部槽磨損過大會影響工作面的正常開采。煤體的性質(zhì)、開采高度以及沖擊流量等因素均會對沖擊磨損效果造成影響。因此本文對不同因素的影響效果進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而為輸送機(jī)中部槽的后期設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

1 試驗(yàn)方案分析

本次選擇磨損量作為中部槽磨損程度的量化指標(biāo)，磨損量的計(jì)算方法眾多，考慮到本次試驗(yàn)所用沖擊磨損試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)特征、試樣以及磨損介質(zhì)的特點(diǎn)，選擇質(zhì)量磨損作為評價指標(biāo)，通過公式（1）計(jì)算：

式中：

W1、W2-分別為試驗(yàn)前和試驗(yàn)后試樣的質(zhì)量。

在進(jìn)行沖擊磨損試驗(yàn)分析前，需要對其磨損狀況進(jìn)行取樣研究，然后再根據(jù)輸送機(jī)所處工作面的環(huán)境綜合考慮，最終確定本次研究的影響因素為沖擊高度、沖擊流量、煤流速率以及煤體性質(zhì)這四個方面，通過調(diào)整試驗(yàn)系統(tǒng)下料口到中部槽的距離可以實(shí)現(xiàn)沖擊高度的控制，通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)動速率可以調(diào)節(jié)煤流速率，利用電機(jī)設(shè)定頻率的不同可以控制沖擊流量，而煤體性質(zhì)通過選擇不同煤種來實(shí)現(xiàn)，則最終得到的試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 沖擊磨損試驗(yàn)方案統(tǒng)計(jì)表

2 不同因素的影響效果分析

（1）煤流速率的影響

為了獲得煤流速率對中部槽沖擊磨損的影響規(guī)律，本次控制其他變量不變，選擇煤種為焦煤，沖擊流量為15t/h，沖擊高度為0.7m，由此得到試樣磨損量與煤流速率的關(guān)系如圖1所示。

圖1 試樣磨損量與煤流速率的關(guān)系示意圖

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，煤流速率從0.05m/s增大到0.25m/s，左試樣磨損量從0.0045g增大到了0.0187g，右試樣磨損量從0.0052g增大到了0.0172g。左試樣、右試樣以及平均的磨損量均隨著煤流速率的增加而增大，而且三者的變化趨勢幾乎趨于一致，煤流速率愈大，則意味著在同樣時間范圍內(nèi)對中部槽形成沖擊的煤體量愈大，槽體受到磨損的次數(shù)增大，由于受到頻繁的沖擊作用，則試樣表面金屬達(dá)到極限強(qiáng)度的可能性加大。

左試樣和右試樣磨損量的差值也隨著煤流速率的改變而改變，而磨損量的差值反應(yīng)了磨損均勻性的變化特征，由此說明在實(shí)際開采條件下刮板輸送機(jī)中部槽的磨損表現(xiàn)為不均勻的特性。

（2）沖擊高度的影響

本次同樣選擇煤種為焦煤，沖擊流量為15t/h，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與沖擊高度的關(guān)系如圖2所示。

圖2 試樣磨損量與沖擊高度的關(guān)系示意圖

從圖2中可以發(fā)現(xiàn)，隨著沖擊高度的增加，右試樣的磨損量在不斷增大，從0.0077g逐步增加到了0.012g，而左試樣的磨損量表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢，當(dāng)沖擊高度從0.4m增大到0.6m，左試樣的磨損量從0.0083g增加到0.0098g，而沖擊高度從0.6m增大到0.8m，左試樣的磨損量先減小到0.0087g，而后又復(fù)而增加到0.0099g。同時，當(dāng)沖擊高度為0.7m時，左試樣和右試樣磨損量的差值最為顯著，達(dá)到了0.0025g。

（3）沖擊流量的影響

選擇煤種為焦煤，沖擊高度為0.6m，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與沖擊流量的關(guān)系如圖3所示。

圖3 試樣磨損量與沖擊流量的關(guān)系示意圖

從圖3中可以發(fā)現(xiàn)，隨著沖擊流量的增大，左試樣和右試樣磨損量均在不斷增加，且二者增加的趨勢大致相似。當(dāng)沖擊流量從5t/h增加到15t/h時，左右試樣磨損量的增加速率較小，而沖擊流量從15t/h增加到20t/h時，二者的增加速率較大。另一方面，在沖擊流量不斷增大的過程中，左右試樣磨損量的差值表現(xiàn)為先減小后增大的規(guī)律。

（4）煤體性質(zhì)的影響

選擇沖擊流量為10t/h，沖擊高度為0.6m，煤流速率為0.15m/s，由此得到試樣磨損量與不同煤種的關(guān)系如圖4所示。

圖4 試樣磨損量與煤種的關(guān)系示意圖

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，煤種不同時試樣的磨損量就不同，煤體性質(zhì)對左試樣磨損量的影響較小，而當(dāng)煤種為無煙煤時，右試樣的磨損量最大。平均磨損量的排列順序表現(xiàn)為：無煙煤＞煙煤＞焦煤。

不同因素對中部槽沖擊磨損的試驗(yàn)結(jié)果顯示，各個因素均會影響試樣的磨損特性，煤體性質(zhì)是礦井開采煤層的固有屬性，人為無法控制[2]，而其他因素均可以合理控制，以最大程度減小對輸送機(jī)中部槽的沖擊磨損。

3 不同因素的復(fù)合影響效果分析

由上文可知，各個因素或多或少都會對試樣的磨損特性造成影響，而礦井實(shí)際開采環(huán)境中，各個因素會共同作用對輸送機(jī)中部槽造成沖擊磨損。正交試驗(yàn)法在研究多因素多水平方案中具有獨(dú)到優(yōu)勢，故本次通過正交試驗(yàn)法對各個因素的復(fù)合影響效果進(jìn)行研究[3]。選擇上文研究的四個因素為研究對象，由于煤體性質(zhì)只有三種，故此處選擇各個因素的水平均為三種，由此建立的正交試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)方案統(tǒng)計(jì)表

在表2中，共設(shè)計(jì)了9組試驗(yàn)方案，通過輸送機(jī)中部槽的沖擊磨損試驗(yàn)得到的各個組別的試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

對正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析（Ri）可以反應(yīng)各個影響因素作用下磨損量的變化特征，進(jìn)而得到各個因素對磨損量影響的程度。通過極差分析法得到?jīng)_擊高度、沖擊流量、煤流速率以及煤體性質(zhì)這四個因素的極差分別為0.0042、0.006、0.0025、0.0154，故認(rèn)為在礦井開采過程中，各個因素對中部槽沖擊磨損的影響程度表現(xiàn)為：煤體性質(zhì)＞沖擊流量＞沖擊高度＞煤流速率。究其原因，煤體性質(zhì)不同，其硬度就不同，硬度較大的煤體在與輸送機(jī)中部槽接觸過程中更加容易對金屬表面造成磨損。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

當(dāng)沖擊高度為0.8m、沖擊流量為15t/h、煤流速率為0.25m/s以及煤體性質(zhì)為無煙煤時，磨損量最大，其值為0.0202g，這是因?yàn)闆_擊高度、沖擊流量以及煤流速率較大時，煤體與中部槽的接觸緊密，造成其磨損顯著。

4 結(jié)語

本文對不同因素的影響效果進(jìn)行系統(tǒng)分析，從而為輸送機(jī)中部槽的后期設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。磨損量與沖擊高度、沖擊流量以及煤流速率均呈現(xiàn)為正相關(guān)系，在實(shí)際開采條件下刮板輸送機(jī)中部槽的磨損表現(xiàn)為不均勻的特性；對于不同煤種而言，磨損量的排列順序表現(xiàn)為：無煙煤＞煙煤＞焦煤；在礦井開采過程中，各個因素對中部槽沖擊磨損的影響程度表現(xiàn)為：煤體性質(zhì)＞沖擊流量＞沖擊高度＞煤流速率；當(dāng)沖擊高度為0.8m、沖擊流量為15t/h、煤流速率為0.25m/s以及煤體性質(zhì)為無煙煤時，磨損量最大。