高分子材料在礦用輸送設備中的研究與發展

吳立忠 劉帥 趙學強

（1.寧夏天地奔牛實業集團有限公司，寧夏銀川 750000；2.兗礦能源集團股份有限公司，山東鄒城 273500）

0 前言

人性化、高效率和低碳環保才是未來煤礦發展的方向。新型復合材料刮板不但能滿足現代裝備日益提升的功能需求，同時還符合國家綠色環保，節能減排的發展政策。

我們可以依靠新材料領域的先進技術，建設人性化、可持續化的高效礦井，提高了煤礦工人勞動生產效率和生活幸福指數，增加煤礦企業經濟效益，改善煤礦低效落后、污染環境的不良局面，促使煤礦企業持續、高效、健康的發展，保證國民經濟發展對煤炭的正常需要，具有十分重要的意義。

近年來，我國高端新材料產能雖有顯著提高，但未能滿足國內高端產品需求，材料強國之路任重而道遠。

1 金屬刮板存在的弊端

1.1 煤礦工人勞動強度大

刮板輸送機的主要功能有運輸煤炭、作為采煤機的運行軌道和為液壓支架提供固定支點等，而刮板鏈又是運輸煤炭時重要的運動部件。刮板的安裝方式是間隔數個鏈環安裝一個刮板，根據目前常用的刮板數量計算公式：

L-綜采工作面長度（機頭、尾鏈輪中心長度），mm；

P-刮板安裝間距，mm。

目前，綜采工作面的長度常見為200 米，根據上述公式計算可知，按照要求間距安裝，一套工作長度為200米的刮板輸送機鋪設完成時，所需的刮板數量為500件左右。作為刮板輸送機最常見的批量件，安裝刮板時的搬運方式還采用人工搬運，金屬刮板的重量一般超過30公斤，鋪設刮板鏈時，工人需將刮板按照要求間距，一件一件的擺放到鏈條旁邊，所以搬運刮板的工人勞動強度很大，而且還存在如磕碰、砸傷和勞損等安裝隱患，同時也降低了煤礦的生產效率。

1.2 額外消耗電機功率

刮板輸送機運行過程中，消耗功率主要有以下兩點，刮板運行消耗的功率和運送物料消耗的功率，其中刮板運行消耗的功率為無功功率，運行過程中消耗量越少越好，根據目前常用的刮板輸送機消耗功率計算公式：

式中：P-刮板輸送機運行消耗的功率，kW；

F上-上鏈道拉力，kN；

F下-下鏈道拉力，kN；

V-刮板鏈條速度，m/s；

第三，網絡空間中有關網民的情緒、態度和意見構成了旅游危機事件網絡輿情的本體。旅游危機事件本身是網絡輿情的觸發點和刺激物，旅游危機事件網絡輿情則是針對該事件而發布和傳播的情緒、態度和意見的總和，通常包括了事實性信息和意見性信息。

A-傳動效率。

根據上述公式可知，影響上、下鏈道拉力的重要因素就是刮板自身的重量，傳統的金屬刮板密度大，刮板輸送機運行時，電機輸出的功率，有一部分是為了拉動刮板自身運行而消耗掉的。所以，采用金屬材料的刮板，由于自身做功的原因，會額外消耗電機輸出的功率，從而出現功率輸出不足的情況，同樣的功率運送物料更少，這不但降低了運煤效率，還會導致電機堵轉，影響煤礦正常生產。

1.3 中部槽關鍵部位磨損

中部槽作為刮板輸送機的重要組成部分，主要承擔運輸物料的作用，同時也是磨損最嚴重的部件，隨著運行次數和承載重量的增加，中部槽的磨損情況也更加嚴重。這其中最為主要的在推溜過程中，由于液壓支架在推溜時是一架一架伸縮油缸，這就導致兩節中部槽之間會出現水平彎曲現象。當刮板運行到此處時，也會隨著中部槽的彎曲一同微量偏向，此時則會出現刮板斧頭摩擦中部槽槽幫的情況，這種摩擦不但會加劇中部槽的磨損消耗，還會導致刮板出現微觀變形的情況，在長期的開采過程中，上述現象會一直發生，很容易導致刮板變形。

1.4 金屬刮板增加碳排放

礦用輸送設備最主要的加工材料就是金屬，生產加工的過程會嚴重污染環境，還會增加碳排放，加劇溫室效應。根據相關報道可知，我國將于2030 年前實現碳達峰，2060 年前實現碳中和，在不久的將來，很多現有的金屬制品會無法滿足新的節能環保政策，只有淘汰落后產能，完成產業升級，才能順應時代發展。

2 高分子材料在礦用設備中的應用

2.1 高分子材料介紹

近年來，高分子材料發展迅速，在各個工業領域中也發揮著越來越重要的作用。高分子材料為工業、農業以及人類生活提供許多使用廣泛、日新月異的新材料和新產品，它使機械產品從傳統的笨重、高耗能向安全輕便、經濟耐用方向轉變。

本文介紹的高分子材料主要以玻璃纖維和尼龍為主，玻璃纖維通常是以復合材料的形式應用，是將玻璃纖維作為增強材料與尼龍等材料集體融合，應用于工業制造中，像汽車配件、軌道交通、運動器材和建筑結構等行業。對比金屬材料，玻璃纖維具有突出優勢，從本質區別來看，玻璃纖維是一種非金屬材料，一般非金屬材料的電化學活性要低于金屬材料，耐腐蝕性能優異，不論是在惡劣的露天環境還是在化學介質或潮濕的環境中都能夠正常工作，不溶不脹，且使用壽命較長。

表1

一般合金材料的強度高，但卻有較高的密度，玻璃纖維復合材料則是一種質輕強度高的結構材料，其密度僅有1.7g/cm3，是傳統減重材料鋁合金的60%，是合金材料的25%，但是相比于鋁合金，高分子材料的強度和硬度明顯要更加優異，而與傳統合金材料對比，高分子材料又更加輕便安全，不但能夠滿足產品所需的功能要求，還能充分實現結構的輕量化。同時，玻璃纖維復合材料的強度也十分突出，比強度和比模量綜合指標在現有結構材料中是最高的，還具有優秀的抗拉強度和彎曲強度，能夠保證產品使用時的功能需求。

2.2 高分子材料刮板的應用

根據上述介紹可知，高分子材料不但能保證產品的機械性能，還能充分實現結構輕量化，這是用于制造新型刮板最理想的材料。相比于傳統金屬刮板，高分子刮板成品重量為3 公斤左右，只有金屬刮板重量的十分之一，如此輕便安全的刮板，對于煤礦工人來說是最大的福音，在搬運安裝刮板時，可以更加省時省力，同時，也可以最大程度的降低在搬運安裝刮板時，發生磕碰和砸傷情況的出現。

高分子材料刮板還可以有效的提高電機功率利用率，成品重量只有金屬刮板的十分之一，而更輕的重量可以降低上下鏈道的拉力，根據下列公式可知，上下鏈道的拉力降低，拉動刮板自身所消耗的功率也會相應降低，在配置同樣功率的情況下，使用高分子材料刮板的輸送設備可以拉動更多的物料，有效的提高了煤礦企業單位小時出煤量。

與此同時，高分子刮板的加工工藝也非常的綠色環保，首先將制作好的高分子材料型材經過烘干、預熱，然后放入成型模具中，加熱至一定溫度，后加壓壓制成型，冷卻取件，最后經過消除應力后得到成品。成品也可以根據需求，進行二次加工，相對于傳統金屬材料，高分子材料的生產過程極大的降低了碳排放量。

3 結論

通過對比我們發現，高分子材料比金屬材料在機械性能、質量、制造成本和節能環保等方面更加出色。我公司將繼續探索高分子材料在礦用工業領域的應用，充分發揮高分子材料所具有的獨特性能，持續推動礦用工業領域的發展。