基于液壓站的裝載硐室系統優化設計

李向南

(晉能控股煤業集團 三元煤業股份有限公司，山西 長治 046200)

裝載硐室作為井工煤礦井上、井下煤流運輸的唯一關口，裝載硐室的可靠運行至關重要。裝載硐室系統主要包含煤倉溜煤斗和給煤機兩部分，電氣設備主要是圍繞甲帶式給煤機配備。給煤機將煤倉溜煤斗下落的煤塊傳遞至主井箕斗，由主井提升系統運送至地面，整個裝載環節中，常見故障點有兩個：給煤機電氣故障和溜煤斗堵塞。給煤機電氣故障主要是給煤機電源開關和電機本身的故障，常見的應對方案皆是故障后的替換應急處理，并未在源頭上采取有效預防措施；溜煤斗堵塞無法從源頭上避免，只能尋求好的清堵方法，采用較多的是空氣炮清堵。本文結合實際經驗，利用現有液壓站對裝載硐室系統的兩個主要部分進行了優化：①為裝載硐室給煤機加裝液壓驅動裝置，將原有的電機驅動改造成液壓和電機雙驅動，并且以液壓驅動為主，電機驅動備用，減少電機動力源的使用頻率，從源頭上避免給煤機電氣故障所帶來的影響；②設計新型溜煤斗液壓清堵裝置，取代或配合空氣炮清堵，有效解決空氣炮無法適應高濕度、高彈性、大顆粒堵塞物的弊端。優化措施徹底改善了裝載硐室的運行環境，提高了系統可靠性，降低了故障率，減少了維檢工作量。

1 給煤機加裝液壓馬達驅動裝置

裝載硐室給煤機擔負著全礦的原煤生產裝載任務，處于原煤生產的咽喉環節，若出現故障將直接影響原煤提升。根據實際經驗，故障點主要在給煤機驅動電機及提供電能的開關上，因為裝載1次給煤機開關就分合閘1次，同樣給煤機電機就啟停1次，年產260萬t的井工礦井平均裝載次數可達500次/日。長期運行，開關和電機的使用壽命會大大降低，故障率也會隨之升高。為了保證原煤順利提升，降低開關和電機故障對原煤裝載的影響，設計利用現有裝載硐室液壓系統，在給煤機驅動滾筒后側、驅動電機上側加裝液壓馬達，正常生產時液壓馬達驅動作為主用，電機驅動作為備用，用液壓驅動取代電機驅動[1]，將電機驅動作為故障時的備用動力來源，從源頭上降低電氣故障對裝載的影響，同時降低給煤機電機、開關出現故障的頻次，減少維檢工作量和材料消耗。

如圖1所示，甲帶式給煤機原有結構不變，在電機驅動滾筒上方安裝液壓馬達驅動裝置，通過螺栓固定于給煤機金屬結構件上焊接的固定底座，只需保證液壓馬達、驅動電機和驅動滾筒的3個傳動齒輪位于同一垂直面內，使驅動滾筒的傳動鏈條可以任意連接液壓馬達齒輪或驅動電機齒輪，從而實現液壓驅動與電機驅動之間互為備用和隨時切換的目的。

圖1 液壓馬達驅動裝置局部原理圖

液壓馬達驅動裝置的動力來自于裝載硐室原有液壓泵站，進回液管路分別加裝截流閥組和溢流閥組，閥組固定在給煤機電機頂部平臺上，如圖2所示。液壓馬達驅動裝置工作壓力3～6 MPa，公稱排量20 mL/r.正常工作狀態下以液壓馬達驅動，給煤機驅動滾筒傳動鏈條僅與液壓馬達傳動齒輪連接，電機傳動齒輪不與鏈條接觸，電機作為備用動力源。通過調整液壓站截流閥和溢流閥可調節流量、壓力大小，從而實現給煤機運行速度的調整[2]。

圖2 液壓馬達裝置整體結構圖

2 溜煤斗液壓清堵裝置設計

溜煤斗作為連接煤倉和給煤機一個短小的通道，通常由耐磨鋼板制作而成，將煤倉至給煤機的直線落煤，通過金屬溜煤斗形成的鈍角傾斜滑道進行緩沖，減少煤倉直接落煤對裝載硐室給煤機造成的沖擊損傷。但溜煤斗的鈍角結構也伴隨著無法避免的堵塞、起拱問題，使落煤通道中斷，導致無法提煤，影響生產。

裝載硐室煤倉清堵其實就是煤倉縮口段溜煤斗的清堵。常見的清堵方法主要有：

1) 人工清堵。即打開觀察窗，人工采用長棍之類的器具進行捅倉，不僅效率低，并且危險性極大，現代礦井已基本摒棄了這種方式。

2) 空氣炮。這是目前普遍使用的一種清堵方式。安裝于溜煤斗外壁，通過空氣壓力制造高強震動，使溜煤斗內部的堵塞物松動滑落，適用于濕度較小的環境(濕度大的細小煤塵會越震越密實)。此法操作簡單，安全便捷，但弊端在于空氣炮是固定安裝，壓力傳導有限，而溜煤斗內部的堵塞、起拱位置不固定，若起拱、堵塞位置在空氣炮的下方，不僅無法清堵，反而會使下方起拱位置處的煤越震越實；而且，空氣炮的安裝對溜煤斗現場環境空間有一定要求，并非全場景都可以使用；另外，空氣炮的長期震動容易對溜煤斗本體以及搭接構造的連接部位造成松動、磨損等傷害。

為了彌補以上兩種清堵方式的弊端，更好地解決溜煤斗清堵問題，設計了如下裝置：

2.1 溜煤斗液壓清堵裝置結構

裝載硐室溜煤斗清堵裝置由液壓頂、錐形頂尖、液壓頂固定平臺和液壓系統組成。液壓系統無需新裝，利用裝載硐室原有的液壓站即可，作為整套裝置的唯一動力來源。在裝載硐室煤倉溜煤斗兩側對稱搭建液壓頂安裝平臺，液壓頂斜靠安裝于溜煤斗兩側平臺上，液壓頂伸縮油缸頂部安裝有錐形頂尖(錐形頂尖的最大外徑要與液壓頂伸縮油缸外徑相同)，液壓頂伸縮時錐形頂尖伸入溜煤斗，收縮時退出溜煤斗，通過液壓頂的反復伸縮帶動錐形頂尖完成捅倉清堵工作[3]。該裝置不受堵塞物濕度、大小、硬度等的影響，操作簡單，清堵效果良好，如圖3所示。

圖3 工作原理圖(mm)

液壓頂伸縮行程為1 200 mm(可根據溜煤斗尺寸結構合理配置)，保證兩側頂尖伸出后可以實現少量錯位交叉，有足夠的長度可以觸碰到所有堵塞物。液壓頂油缸本體兩側分別配備進、回液管。液壓頂安裝平臺采用160 mm工字鋼梁對稱焊接或螺栓連接于溜煤斗兩側，在平臺上焊接液壓頂固定端底座，溜煤斗外壁上焊接液壓頂伸縮油缸托架，液壓頂固定端與平臺上的底座連接，伸縮油缸通過溜煤斗外壁上的托架固定。安裝液壓頂時要注意調整至合適的角度，避免兩側錐形頂尖伸出時碰撞，同時確保錐形頂尖收縮時不進入或略微超出溜煤斗內壁，防止頂尖完全收縮后仍有部分位于溜煤斗內，成為新的堵塞點，如圖3、圖4所示。

圖4 結構圖(mm)

在溜煤斗兩側同高度、非對稱各開1個長形孔，做為液壓頂錐形頂尖插入溜煤斗伸縮活動的入口。長形孔連接處需安裝封孔板，通過螺栓固定于溜煤斗兩側，封孔板上焊接桶形護罩，錐形頂尖穿過護罩伸入溜煤斗內部，防止溜煤斗內的煤通過長形孔外漏，如圖5所示。封孔板上桶形護罩的內徑要略大于液壓頂錐形頂尖的直徑，兩者間隙不能過大，否則無法起到防止煤泥外流的作用。

圖5 封孔板、頂尖護罩(mm)

2.2 溜煤斗液壓清堵裝置工作原理

本裝置的動力來自裝載硐室的液壓系統，只需配備一個多路液壓閥組，將該裝置的供液系統與給煤機供液系統形成并聯，確保雙方不同時打開，防止誤操作帶來安全隱患。通過高壓液管將本裝置油缸的進/出液管與裝載硐室液壓泵站接通，當溜煤斗處發生堵塞，振動給煤機無法解決問題時，啟動裝載硐室液壓泵站，將給煤機定量閘門控制閥關閉，同時打開清堵裝置供液閥，通過清堵裝置供液閥的反復開、關動作，控制溜煤斗兩側清堵液壓頂的反復伸縮捅倉，直到清堵完成。堵塞物落下后，恢復給煤機供液，關閉清堵裝置供液，正常裝載提煤，恢復生產。

本裝置的安裝使用要著重考慮溜煤斗本身的結構尺寸，選擇最佳的安裝位置可以有效提高清堵效率。建議將本裝置安設于溜煤斗偏下部的位置，然后結合實際，適當增大液壓頂的安裝角度和錐形頂尖長度，增加錐形頂尖伸入溜煤斗的垂直高度，從而擴大清堵的有效范圍，達到更好的清堵效果。

3 實踐總結

整個裝載硐室系統的改造是在實際應用中依據經驗設計，并根據使用效果不斷優化改良而成，制作簡單、操作便捷、效果顯著。

3.1 溜煤斗清堵裝置具有以下3個創新特點

1) 利用液壓泵站31.5 MPa的壓力作為動力，結構簡單、動力強勁，適用于所有堵塞物，不僅可以清除常規堵塞物，更是解決了空氣炮無法清除高濕度、高彈性、大尺寸堵塞物的缺點，適用場景廣，受環境影響小，清堵效果好。

2) 錐形金屬頂尖伸入溜煤斗內部進行捅倉清堵，耐磨損，故障率低，可靠性強，維護檢修工作量小。并且只作用于堵塞物，避免了長期使用空氣炮對結構件本身，尤其是螺栓連接部位造成的松動、磨損等傷害。

3) 因為結構簡單，成本低廉，可自行制作，而且受環境、空間約束性小，所以可復制性強、推廣性強，適用于所有煤倉金屬溜煤通道，可單獨使用，亦可配合空氣炮使用，可以解決所有直立式煤倉的清堵問題。

3.2 給煤機液壓馬達驅動裝置的改造創新特點

1) 通過液壓驅動和電機驅動互備，改變了生產環節關鍵設備單動力來源所帶來的影響，減少了生產制約因素，不僅為礦井生產任務達標提供了保障，更為礦井生產安全排除了隱患。

2) 將甲帶式給煤機從電氣設備轉向了機械設備，進行了質的改變，簡化了結構，減少了故障，提高了設備運行可靠性，并且極具推廣價值，為傳動系統動力源的選配豐富了思路，尤其是老舊設備的改良提供了指導意義。