直角轉盤一體機在綜采工作面的應用

張利軍

(山西新元煤炭有限責任公司， 山西 晉中 045400)

0 引言

直角轉盤一體機又稱轉盤式工轉破一體機，是陽煤忻通機械公司和德國布朗公司共同合作研發的新型煤機產品，屬國內首部集工作面運輸、轉載、破碎為一體機的可彎曲刮板輸送機。傳統綜采工作面煤炭輸送方式主要有端卸式刮板輸送機與轉載機、交叉側卸式刮板輸送機與轉載機兩種組合方式[1]。所開采的煤炭通過刮板輸送機、轉載機將煤卸載到帶式輸送機。轉載工序多、操作崗位多、不利于端頭支護，機頭裝煤效果差、底鏈帶回煤多。直角轉盤一體機將傳統的刮板輸送機和轉載機設計為一個整體，通過直角轉盤把轉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。這不僅減少了轉載機與刮板輸送機搭接機構，還簡化了刮板輸送機的機頭結構,顯著提高了卸煤效果，有效減少了拉回煤現象的發生，降低了現場煤塵的出現，改善了作業環境。

山西新元煤炭有限責任公司是陽煤集團的主力礦井之一，礦井井田面積136.77 km2，地質儲量14.38億t，設計可采儲量7.13億t，服務年限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煤炭行業首套直角轉盤一體機，實現了工作面安全高效生產。

1 主要設備布置和技術參數

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風巷、輔助進風一、輔助進風二、回風巷。忻通-布朗礦山直角轉盤一體機，設計長度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型變頻器進行遠距離供電。

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

圖1 一體機布置

2 直角轉盤一體機技術特點

2.1 直角轉盤組件

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

圖2 直角轉盤組

直角轉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運區域,如圖3所示。轉盤組件沿著其轉角來導引煤流，轉盤處沒有驅動機構，工作面和順槽的輸送機鏈條由一體機機頭、機尾的電動機驅動運行，如圖2所示。

圖3 直角轉盤組件

2.2 雙面可翻轉溜槽

新型雙面溜槽是一種特殊設計制造的溜槽，由底擋板、中部槽、底板、電纜槽、齒軌、扣環等組成，允許其雙向運輸,如圖4所示。當溜槽中板上表面磨損嚴重出現刮卡時，只需把溜槽擋鏟板、底板拆開，上下翻轉安裝后即可繼續使用，槽外側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構完全對稱，可任意翻轉，且翻轉部分的重量更輕，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軸上的槽里并用螺栓固定在軸上而連成一體。根據刮板輸送機和個別情況，驅動架上可以安裝不同的沙克鏈輪。傳統鏈輪為整體鍛造，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，通過將鏈輪齒排結構創新設計為可拆卸式，當外齒形磨損嚴重時，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動機構，同時也是轉載機的機頭，機頭電動機驅動輸送機的上刮板鏈和煤，完成運煤任務。可張緊伸縮機尾也是刮板輸送機的驅動站，用于驅動輸送機的下刮板鏈。機頭和機尾架側壁上有可伸縮的導軌，這些導軌可將機頭、機尾架伸長600 mm，配備2個液壓缸實現對刮板鏈的張緊。

3 直角轉盤一體機與傳統運輸機對比分析

直角轉盤一體機與傳統輸送機在設備使用可靠性、安全性、生產效率等方面對比如下：

1) 直角轉盤一體機相比交叉側斜式、端卸式運輸機取消了機頭驅動裝置，有效降低了設備事故率。

傳統交叉側斜式、端卸式運輸機由于機頭存在驅動裝置，并與轉載機機尾搭接，電動機、減速器、鏈輪等配套設備較多，長期生產作業會出現鏈輪漏油、驅動軸承損壞等設備事故發生；發生事故后，設備結構復雜不易處理。采用直角轉盤一體機后，取消了整套運輸機機頭驅動裝置及轉載機機尾裝置，減少了設備故障點，杜絕了機頭驅動裝置事故的發生。3207工作面直角轉盤一體機與同期開采的3108工作面交叉側斜式刮板輸送機(機頭部位)設備損壞事故統計如表1所示。

表1 工作面回采期間(機頭部位)設備損壞事故統計

2) 在人員安全保障方面：

(1) 交叉側斜式、端卸式運輸機布置驅動裝置，端頭架滯后中間架兩步距，不利于維護端頭頂板，且人員在端頭作業時，作業空間狹小[3]。易出現磕碰等安全事故，采用一體機后，端頭架和中間架步距一致，增大了人員作業空間，增加了端頭區域頂板維護面積，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，轉載機不遷移，滯后的溜槽存在人員通過的端頭區域時，出現跨溜等不安全隱患，存在滯后回柱放頂等支護問題,不利于人員安全作業和頂板維護。采用一體機后，隨采隨遷，人員通道暢通，更加安全可靠。

3) 直角轉盤一體機相比交叉側斜式、端卸式運輸機增加了端頭支架數量，具有以下優點：

(1) 支護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) 端頭支架的安設使大部分風流走工作面而不至于走落山，降低端頭漏風量，優化通風系統。

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

5) 相比傳統端卸式運輸機，采用直角轉盤一體機后，運輸機不再安排專職崗位工，按3工/d計算，每月為90個工，累計節約人工投入約2.4萬元。3207工作面工效77.73 t/工，相比傳統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綜采工作面的應用取得了良好效果，但也發現部分問題：

4.1 鏈環方面

1) 連接環在使用過程中存在第一嚙合小齒斷裂現象。

2) 大鏈鏈環節距變大較為突出，需要經常對大鏈進行減環。

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，當齒排槽與齒排間隙大而壓塊又缺失的情況下，容易發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) 溜槽觀察孔數量不足，發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，在出現斷鏈事故時刮板不容易進出。

3) 機尾變線槽鏟煤板沒有采用統一厚度,鏟煤板測量寬度為350 mm，在靠近溜槽側有160 mm寬采用30 mm厚的鋼板，而靠近煤壁側采用雙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落差，造成采煤機滑靴損壞事故。

4) 轉載部機架橋槽、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重。

4.4 其他方面

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

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

圖6 一體機轉盤部

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，目前增加一節自移機尾跑道效果良好。

5 結論

新元公司3207綜采工作面國內首次使用忻通-布朗礦山直角轉盤一體機，投運以來運行穩定。

1) 將工作面輸送機與轉載機設計為一體，減少了一套傳動裝置和轉載機機尾裝置，減少了設備故障點，提高了開機率和工效，有效改善了現場作業安全環境。端頭處無驅動裝置，工作面通風斷面得到有效保證，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安全要求[5]。端頭支護比交叉側卸式支護縮短兩個步距，能夠做到超前支護。

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，一體機進風口端頭部分較低，裝煤效果好。而且相對于普通刮板輸送機必須保證進風口高度2.5 m以上，一體機對進風口高度沒有特別要求。

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

5) 一體機將煤直接轉載至帶式輸送機上，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。