刮板輸送機中部槽斷面的設計

夏永虎

(山西潞安煤炭技術裝備有限責任公司，山西 長治 046204)

刮板輸送機是現階段綜采工作面主要的煤礦運輸設備，為了滿足與不同的支架、采煤機進行配套，往往要對刮板輸送機中部槽部分尺寸進行重新設計。本文主要以槽寬、槽幫高度、齒軌座在擋板槽幫上相對位置及高度、鏟板槽幫寬度等幾個重要尺寸為基礎，通過三機配套，對銷排節距、采煤機過煤高度等幾個參數進行約束，論述了刮板輸送機中部槽斷面的設計過程。以下以王家嶺煤業刮板輸送機中部槽斷面設計為例，進行詳細敘述。

1 綜采工作面主要參數

王家嶺煤業18106工作面為典型的大采高綜采工作面，煤層厚度5.84～7.24 m，平均6.52 m.工作面運巷斷面(寬×高)：5.5 m×4.2 m，風巷斷面(寬×高)：5.5 m×3.7 m，切眼長度(實體煤)：249 m，切眼走向約6°，局部10～16°下運 ，斜井運輸凈尺寸(寬×高)：5.5 m×3.8 m，巷道走向小于6°.

2 刮板輸送機中部槽斷面的設計

2.1 刮板輸送機中部槽斷面

由圖1可知，刮板輸送機中部斷面主要由幾個部分組成:擋板槽幫、鏟板槽幫、中板、封底板、齒軌座以及方孔板等。確定中部斷面尺寸的因素：①槽寬。最主要尺寸，影響著整部刮板輸送機的最大運輸能力。②槽幫高度。主要影響適應的尺寸以及采煤機的過煤高度。槽幫高度越高，就能選配更高規格的鏈條以及有更大的過煤空間。③連接孔的尺寸與位置。這個主要關系到與支架的連接。保證正常的推架拉架。④齒軌座在擋板槽幫上相對位置及高度。該尺寸主要影響的是采煤機的過煤高度以及采煤機內外牽引所在的位置。上面兩部分可以由刮板輸送機設計方自行決定，然后根據三機配套關系，讓支架設計方和采煤機設計方與刮板輸送機進行適配。⑤鏟板槽幫寬度。滿足采煤機滑靴能夠完整地在鏟板槽幫上滑行，同時與鏟板槽幫之間保持一定間距。

圖1 常見的刮板輸送機中部斷面圖

由上述可知，為了能夠設計出合理的刮板輸送機中部槽斷面，就必須與其他綜采設備配套包括支架、采煤機進行統一設計。

2.2 工作面兩機中部斷面的設計

2.2.1 刮板輸送機槽寬的確定

王家嶺煤業選用的采煤機為MG1000/2560-GWD.依據采煤機參數以及采煤工作面地質條件。首先計算采煤機的生產能力。

Q=60HBVρ

式中：H為采高，按照平均采高，取6.52 m；B為截深，取0.865 m；V為最大割煤速度，平均割煤速度約為3.5 m/min，取7.28 m/min；ρ為煤的實體密度，取1.41 t/m3.

Q3.5=60×6.52×0.865×3.5×1.41≈1 670 t/h

Q7.28=60×6.52×0.865×7.28×1.41≈3 473 t/h

按實際采煤機割煤速度，采煤機的生產能力為1 670 t/h；按最大采煤機割煤速度，采煤機的生產能力為3 473 t/h.

按照采煤機最大生產能力對刮板輸送機運輸能力的驗算：

Qm=3.6F'ψγV

式中：Qm為采煤機的生產能力，t/h；F'為中部槽具有的裝載斷面面積,m2；V為刮板鏈速度，m/s，初步按照1.66 m/s計算。ψ為裝滿系數，一般小于1，這里取0.9；γ為散煤容重，取1.15 t/m3.

由計算可知，如要滿足采煤機最大生產能力，刮板輸送機的運輸截面積應當大于0.56 m2.

刮板輸送機在運行過程中。原煤大部分是以圖2方式運行，右側靜態的煤只會在煤量運輸不足的時候進行補充，所以只按照左側面積計算原刮板輸送機的煤運輸量。初步選定SGZ1250系列的刮板輸送機。

刮板輸送機中部槽的裝煤斷面F，從幾何關系可求得：

F=0.623 m2

SGZ1250系列的刮板輸送機裝煤面積大于采煤機需求的最大運輸面積，所以最終選定SGZ1250系列的刮板輸送機。

圖2 運行過程中的煤實際堆疊圖(mm)

2.2.2 刮板輸送機銷排節距的確定

銷排節距是指采煤機在刮板輸送機上行走的軌道的間距(圖3).常見的節距尺寸有126 mm、147 mm、172 mm等。由于本次配套支架寬度為2 050 mm，刮板輸送機中部槽的長度應該與支架寬度匹配。2 050 mm長度的中部槽，兩個齒軌座的中心距為850 mm.普通中部槽齒軌均為5節距齒軌，則有節距t=l/n，l為中心距長度，mm；n為節距數量(圖4).通過計算可知,節距t=170 mm，選用標準節距t=172 mm.

圖3 銷排俯視圖(mm)

2.2.3 刮板輸送機槽幫高度的確定

槽幫的高度主要影響適應鏈條的尺寸以及采煤機的過煤高度。按照采煤機最大采煤量校核鏈條的強度,按初步選定的D52/127-C圓環鏈進行核算。

圖4 中部槽主視圖(mm)

中部槽單位長度上的最大裝煤量按鏈速計算，即：

煤在槽內運行的阻力系數ω=0.5～0.6(物料為煤時)，刮板鏈在槽內運行的阻力系數ωl=0.3～0.4(當有封底板時)，ωl=0.5～0.95(當無封底板時)，計算重、空段的運行阻力。

Wzh=(qω+q1ω1)Lgcosβ-(q+q1)Lgsinβ=771 kN

Wk=q1Lg(ω1cosβ+sinβ)=340 kN

式中：Wzh為刮板輸送機有載分支基本運行阻力，kN；Wk為刮板輸送機無載分支基本運行阻力，kN；L為刮板輸送機長度，取320 m；g為重力加速度，m/s2；q1為刮板鏈單位長度的質量，取207 kg/m；β為刮板機傾斜角度，取0°.

刮板輸送機彎曲運行時有載分支運行阻力運行阻力W'zh和無載分支運行阻力W'k的計算：

W'zh=k1Wzh=848 kN

W'k=k1Wk=374 kN

式中：k1為刮板輸送機彎曲運行時附加阻力系數，取1.1.

刮板輸送機運行總阻力W的計算如下：

W=k2(W'zh+W'k)=1.2(Wzh+Wk)=1 344 kN

式中：k2為刮板鏈條繞上頭部、尾部鏈路回轉時的附加阻力系數，取1.08～1.1.

如圖5所示，按求出的重段、空段運行總阻力Wzh和Wk，然后確定刮板鏈的最小張力點。

按逐點計算法得：

S2=S1+W'zh

S4=S3+W'k

圖5 雙驅動部刮板輸送機運行原理圖

因下端有驅動裝置，故S2>S3；上端有驅動裝置,故S4>S1.

設機頭、機尾所需功率相同，符合均勻，每個鏈輪克服阻力為總阻力的一半。

S3-S1=0.5Wzh-0.6Wk=0.5×600-0.6×265>0

判定刮板鏈最小張力在“1”點，雙驅的情況下，S1處最小張力為帶動鏈條上鏈力，取6～14 kN，現取10 kN.

用逐點計算法求刮板鏈在各點的張力為：

S1=10 kN

S2=S1+W'zh=858 kN

S3=0.5Wzh-0.6Wk+S1=192 kN

D52/127-C圓環鏈的破斷拉力為3 400 kN，中雙鏈負荷分配不均系數取0.85.

按照采煤機最大采煤量計算:

式中：Sp為圓環鏈的破壞拉力，D52/127-C圓環鏈為3 400 kN;i為鏈條數量，取2；λ為中雙鏈負荷分配不均系數，取0.85；Smax為鏈條最大張應力處，取S2點位置。

刮板鏈安全系數大于3.5，滿足使用要求。

因此，D52/127-C圓環鏈滿足刮板輸送機實際采煤強度要求，參照鏈條規格，槽幫的高度應當滿足上下鏈條以及配套的刮板能夠順利通過，D52/127-C配套刮板尺寸如圖6所示：刮板總高度140 mm，則槽幫高度應滿足h>2L+t1+t2，L為刮板總高度，mm；t1為中板厚度，mm；t2為封底板厚度，mm.通過計算可得，槽幫高度h>380 mm，因為刮板與槽幫之間存在間隙，最終選用高度為400 mm的槽幫。

圖6 D52/127-C圓環鏈適配刮板尺寸

2.2.4 刮板輸送機鏟板槽幫寬度的確定

影響鏟板槽幫寬度的因素主要是鏟間距、采煤機滑靴的寬度和與鏟板槽幫端面的間隙。

1) 采煤機滾筒與刮板輸送機鏟板槽幫的鏟間距。鏟間距不宜過大也不宜過小。過大的鏟間距會造成采煤機裝煤效果不好，造成資源浪費。過小的鏟間距直接影響了采煤機在采煤過程中是否會與刮板輸送機鏟板產生干涉，造成割鏟板的現象。尤其是采煤機在過刮板輸送機呈S彎斜切進刀時，存在一個極限鏟間距。在本次配套時，由圖7可知，在刮板輸送機S彎曲段，采煤機滾筒與刮板輸送機鏟板槽幫的極限距離為55 mm.在合理配套情況下，極限鏟間距應大于50 mm，所以配套滿足技術要求。此外鏟間距的大小是可以調整的，通過調整刮板輸送機齒軌座在擋板槽幫的相對位置，調整鏟間距的大小。

2) 采煤機行走滑靴應大部分置于鏟板槽幫之上，同時與刮板輸送機鏟板槽幫端面保持一定距離。這個距離按照設計要求應不小于40 mm.由圖8可知，本次配套滑靴長度為210 mm，與鏟板之間的間隙為50 mm.基本滿足配套要求，最后確定，鏟板槽幫的寬度為375 mm.

2.3 中部槽斷面最終設計尺寸

根據整體配套關系，對中部槽各個尺寸進行調整，最終設計出滿足各項技術要求的刮板輸送機中部斷面。如圖9所示，該刮板輸送機槽寬為1 250 mm.槽幫高度選用400 mm高度槽幫，能夠滿足D52/127×170超扁平鏈鏈條順利通過，同時提升一定的過煤高度。圖中厚度140 mm單耳連接孔直徑83 mm，高度200 mm，與液壓支架可以配套使用。最終選用水平位置位于距中部槽中心720 mm+83 mm，齒軌高度最終為641 mm.選用寬度375 mm寬鏟板槽幫，滿足滑靴的整體寬度。

圖7 采煤機與刮板輸送機彎曲段間隙圖(mm)

圖8 采煤機與刮板輸送機配套關系圖(mm)

圖9 采煤機與刮板輸送機彎曲段間隙圖(mm)

3 設備在現場的實際應用

現這套設備已在王家嶺煤業投入使用，經過在現場地面聯調，液壓支架、刮板輸送機、采煤機三機配套合理，運行狀況良好，在各個極限位置均能順利通過，經礦方驗收合格。

4 結 語

本文整理的刮板輸送機中部槽斷面設計規范，可以運用到大部分類型的刮板輸送機選型配套工作中，降低了相關技術人員的學習成本，同時可以使以后刮板輸送機的設計工作更加規范，避免出現設計錯誤。