重型刮板輸送機溜槽使用壽命的應用研究

程繁， 武麟

（大同煤礦集團同發東周窯煤業有限公司,山西大同037000）

0 引 言

隨著高產高效礦井的建設，礦井綜采設備要求也越來越高。刮板輸送機作為綜采工作面重要的機電設備，不但能夠運輸原煤，而且還可以作為采煤機運行軌道。因此，保證刮板輸送機運行的連續性和可靠性，是高產高效綜采工作面的必要因素。溜槽作為刮板輸送機的主要組成部分，溜槽的使用壽命對刮板輸送機的整機壽命起到至關重要的作用。溜槽在運行過程中的磨損是影響溜槽壽命的主要原因，而造成刮板輸送機溜槽失效的主要形式為磨粒磨損、黏著磨損、疲勞磨損和腐蝕磨損。因此，提高刮板輸送機溜槽使用壽命和性能，必然成為礦用重型刮板輸送機重要的研究課題。

1 刮板輸送機溜槽失效分析

刮板輸送機溜槽在不同的地質條件、煤巖體特征、安裝精度和人為操作等因素的影響下，會出現不同程度的磨損。刮板輸送機常見的磨損為接觸疲勞磨損和磨粒磨損，原煤和矸石通過刮板和鏈條的帶動下，在溜槽中板上表面進行滑動的運行過程，從微觀角度講，主要是以原煤和矸石等作為磨料，鏈條和溜槽中板上表面的摩擦，表現為磨粒磨損；二者長時間相對滑動，形成的磨損為接觸疲勞磨損。

刮板輸送機溜槽在重載工況下，同時由于刮板鏈張緊力、局部堆積現象的存在，使得溜槽承受著局部高壓。高壓滑動產生局部高溫，導致溜槽發生黏著磨損[1]。刮板和鏈條同溜槽中板進行長期的敲打和摩擦，中板接觸部位會受到剪力壓力的作用，致使中板會出現破損，形成細微裂紋。開采礦井水呈弱酸或弱堿性，含硫的原煤混入礦井水后，會使礦井水具有腐蝕性，長期接觸礦井水的刮板輸送機溜槽會受到腐蝕，影響溜槽的使用壽命。

2 溜槽不同處理方式的工業性研究

同發東周窯礦井主要開采煤層為山西組4#層和石炭紀5#層，煤層主要以煌斑巖為主，夾雜部分石英砂巖、砂質泥巖、鋁土巖、細砂巖、粉砂巖、石灰巖等，平均含矸率約50%。本文以同發東周窯礦井實踐應用為例，研究了溜槽不作處理、堆焊耐摩層處理和整體鑄造等3種工藝，在相似工業環境下，溜槽最終磨損情況。

2.1 原廠溜槽不作處理的應用

礦井8101綜采工作面刮板輸送機采用卡特彼勒公司生產的PF6/1142刮板輸送機，該刮板輸送機溜槽采用的是整體焊接結構（見圖1），中底板材質采用Hardox系列450 耐磨鋼板。

圖1 PF6/1142刮板輸送機溜槽

礦井8101 綜采工作面共計開采原煤78 萬t，但溜槽磨損嚴重，部分溜槽中板或底板已經磨斷裂，復用率為20%左右，可以復用的溜槽中底板平均磨損深度達14 mm。

2.2 溜槽進行堆焊耐磨層處理的應用

礦井8301綜采工作面在開采之前，采用“自溶合金熔融堆焊法”對刮板輸送機溜槽進行了耐磨層堆焊處理，在溜槽中板和底板上表面堆焊了大面積耐摩層（見圖2）。

圖2 堆焊耐磨層處理的溜槽

礦 井8301 綜采工作面采用與8101綜采工作面同樣的PF6/1142刮板輸送機，該綜采工作面在2013年3月開始采煤，在2013年9月結束開采，總計采出原煤約320 萬t。經出井查看，大多數溜槽，堆焊耐磨層后的部位只有輕微磨損，但在沒有覆蓋耐磨層的部位卻有較大的磨損（見圖3）。經統計，堆焊耐磨層處理后的溜槽，磨損程度明顯降低，溜槽復用率可達60%。

圖3 堆焊耐磨層處理溜槽磨損情況

2.3 整體鑄造溜槽的應用

整體鑄造溜槽采用整體鑄造結構（見圖4），將中板的常規平面結構改為鋸齒形結構（見圖5），使用材質為TNZ合金鋼，為了與卡特彼勒PF6/1142刮板輸送機溜槽匹配，整體鑄造溜槽尺寸與卡特彼勒溜槽尺寸一致。

圖4 整體鑄造溜槽（一）

圖5 整體鑄造溜槽（二）

礦 井8203 工作面采用與8101和8301 綜采工作面同樣的 PF6/1142刮板輸送機。在刮板輸送機下井之前，采用同樣的耐磨處理工藝，對溜槽進行耐磨處理；同時，取出卡特彼勒的10節中部溜槽，更換為整體鑄造溜槽。

礦井8203工作面于2015年12月開始開采，截止2016年6月停采，開采時間共計198 d，開采原煤269.5 萬t。刮板輸送機出井后，實地測量了整體鑄造溜槽磨損情況（見圖6）和卡特彼勒耐磨處理后的溜槽槽磨損值（見表1）。

圖6 整體鑄造溜槽磨損情況

表1 兩種溜槽磨損測量值

3 應用效果、工藝特點及經濟性分析

3.1 應用效果分析

1） 由 于同發東周窯礦井煤層含矸率較高，且夾雜細砂巖、石英砂巖等，HDX450耐磨鋼板的溜槽在高低載荷的作用下，溜槽表面會形成明顯的犁溝切痕和鑿削坑[2]。于是在礦井8101綜采工作面使用的溜槽，雖然過煤量僅78 萬t，但溜槽磨損非常嚴重，部分溜槽中底板會出現斷裂情況。

2）礦井8301綜采工作面與8101綜采工作面地質條件相似的情況下，在卡特彼勒PF6/1142溜槽中底板表面堆焊耐磨層，過煤量約170 萬t，在鏈道及堆焊耐磨層的地方只是輕微磨損。

通過同發東周窯礦井8101綜采工作面、8301綜采工作面實踐應用情況對比分析，應用溜槽堆焊耐磨層處理工藝，可有效提高刮板輸送機溜槽的使用壽命。溜槽堆焊耐磨層后，相比材質為HDX450耐磨鋼板的溜槽耐磨性能相對提高，出井后的溜槽復用率增加了近一倍。

3）礦井8203綜采工作面使用卡特彼勒PF6/1142溜槽和10節整體鑄造溜槽，其中卡特彼勒PF6/1142溜槽經過相同工藝的耐磨堆焊技術，溜槽過煤量約87 萬t。

通過同發東周窯礦井8203綜采工作面應用情況分析，在相同條件下，應用溜槽堆焊耐磨層處理工藝和使用整體鑄造溜槽，均可有效提高刮板輸送機溜槽的使用壽命，但整體鑄造溜槽相比堆焊耐磨層的溜槽耐磨性更好、使用壽命更長。

3.2 工藝特點分析

1）溜槽堆焊耐磨層工藝，可以有效提高刮板輸送機溜槽的使用壽命，但該工藝屬于對溜槽進行二次加工處理，對堆焊工藝和焊接施工者要求相對高，需要對諸多因素進行控制。首先要對堆焊部位進行預熱，確保溫度符合要求[3]；其次，中底板的硬度要與焊材硬度相匹配，否則會出現焊接應力高、焊接缺陷多等情況[4]，耐磨層脫落或離層等現象。

2）整體鑄造溜槽采用TNZ高強度、高耐磨鑄造合金鋼，一次鑄造而成，溜槽的硬度可達42 HRC。溜槽中板采用鋸齒形結構，能夠有效緩解矸石碎粒對中板及刮板形成的研磨效應，同時使刮板與中板間形成煤粉潤滑，極大地降低了刮板與中板的磨損，減少了磨粒磨損程度，提高了溜槽使用壽命。

3.3 經濟效益分析

1）溜槽堆焊耐磨層可明顯提高溜槽使用壽命，溜槽復用率增加近一倍，設備費用方面，可節約資金300多萬元/工作面。

2）整體鑄造溜槽無需在穩裝前進行耐磨堆焊處理，可節約大約1 萬元/節溜槽，價格只有卡特彼勒溜槽的70%左右。

4 結 論

提高刮板輸送機溜槽的使用壽命和性能的方法有多種，可以在原廠溜槽表面做文章，如溜槽堆焊耐磨層工藝；也可以改進溜槽的耐磨性能，如整體鑄造溜槽的應用。上述兩種方法，通過在同發東周窯實踐應用可知，溜槽堆焊耐磨層處理工藝和使用整體鑄造溜槽的方法，均可有效提高刮板輸送機溜槽的使用壽命和使用性能。但對于礦方來說，使用整體鑄造溜槽，不但具有相當高的經濟性，而且前期投入更少，設備工藝更可控，使用壽命更長，更值得推廣應用。