矸石充填刮板輸送機的改造研制及應用

李亞雄

（冀中能源股份有限公司 邢東礦，河北 邢臺 054000）

1 研究背景

由于巖巷進尺、整修進尺及原煤篩分系統正常運行將會產生大量矸石，為保護環境，防止地面沉降，保護地表附著物及地面建筑物，邢東礦井下矸石不允許升井，不在地面設立矸石山，生產過程中產生的矸石全部用于井下充填。近幾年來該礦為解決矸石處理問題，專門設計了矸石充填工作面。

目前11235 矸石充填工作面正在回采，該工作面切眼長度約56 m，采用了SGZ800/200 矸石充填刮板輸送機，該型矸石充填刮板輸送機在11235 工作面使用良好，但也反映出了充填效率不夠高等問題。11215 矸石充填工作面切眼長度約91 m，為滿足生產需要，保證矸石充填率以滿足生產需求，改善地面沉降，利用現有設備對矸石充填刮板輸送機進行重新研制。

2 整體改造方案

傳統鑄焊結構耐磨性差，使用壽命低。目前11235 工作面所使用的刮板機中部槽中板采用進口NM450 材質，也僅能保證過矸量20 萬t，而該工作面的月產量為7 萬t 左右。也就意味著一套全新的刮板機使用3 個月后就要升井大修，維修費用大，影響生產進度。現有設備槽寬800 mm，其落煤孔設計較小，整體充填效率低，嚴重制約了綜采工作面的產能。11215 工作面預期產能是月產10萬t 左右，現用的刮板輸送機更加不能滿足生產需求。

此次配套采用SGZC900/400 刮板輸送機，在立項時的設計指標是400 t/h，按每天兩班16 h，每月工作24 d 計算，月產量約為15 萬t，完全滿足該工作面月產10 萬t 的既定標準。

（1）SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機采用3D 打印凈成型整鑄技術中部槽（圖1）及獨有的TNZ 系列貝氏體鋼，具有高強度、高耐磨、耐腐蝕，免于維護等優點，該材料的機械性能，抗拉強度1 242 MPa，硬度42（HRC），耐磨性為悍達500材料的1.623 倍。性價比高，能大幅度降低生產成本，為煤礦帶來顯著的經濟效益。

圖1 SGZ900/400 刮板輸送機中部槽Fig.1 Middle trough of SGZ900/400 scraper conveyor

（2）現用的SGZ800/200 型刮板輸送機工作時鏈速1.05 m/s，為保證充填效率，SGZC900/400 型刮板輸送機提高鏈輪速度至1.1 m/s，動力部由原有的200 kW 電機改為400 kW，同時機頭、機尾傳動部采用對稱結構設計，機頭、尾可互換安裝；電機旋轉90°固定，防止與皮帶輸送機干涉，但電機、減速機外形尺寸不增加。

機頭組件改進后主要由固定架、活動架、伸縮油缸、鏈輪組件、機頭軸、舌板等部件組成。固定架體與活動架體間采用油缸連接，通過液壓控制系統控制油缸伸縮，使活動架體前伸，從而達到緊鏈的目的。

（3）SGZC900/400 型刮板輸送機增大開窗尺寸至350 mm×660 mm（寬×長），增加了落料粒度及落料量（圖2）。

圖2 SGZ900/400 刮板輸送機Fig.2 SGZ900/400 scraper conveyor

（4）原輸送機中部槽槽體、槽幫采用焊接技術，由于輸送機吊掛不平整等因素造成了槽幫磨損程度加大，現采用整鑄技術大大提高了槽幫的耐磨性能。

（5）插板機構采用兩側導向，其中千斤頂側設計有導向滑塊，采空區側有導向輪及導向滑塊雙重導向設計，可以有效解決卸料插板開閉過程中的卡滯、歪斜、閉合不嚴等情況。

（6）中部槽采用3D 打印凈成型整鑄技術，槽寬由之前的800 mm 增大至900 mm，中部槽采用特殊的波浪紋減摩槽設計，有效地減少刮板與中板的接觸面積，并極大地緩解煤及矸石對中板、刮板的磨損，使整機運行能耗大幅降低10%～30%。中部槽中板采用高強度耐磨材料，中部槽之間通過高強度啞鈴銷連接，提高了強度，增加了可靠性，減少了工人維護工作量。

（7）刮板采用模鍛制造，以保證強度及特殊形狀的要求，調質處理加工。該機型采用的刮板，中間具有足夠的強度，兩端提高耐磨性，受力分布更加合理。

（8）刮板鏈條采用34×126-C 礦用加強型高強度扁平鏈，鏈環間距為200 mm，通過U 型螺栓固定在圓環鏈上，鏈條之間采用高強度接鏈環連接，U 型螺栓采用模鍛制造，緊固螺母采用特制自鎖六角螺母，提高了刮板輸送機運行的平穩性。

（9）機尾鏈輪、盲軸形式改為鏈輪組件形式。機尾部無動力部，增加漲緊底鏈裝置，以方便上底鏈。

SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機運量計算見式（1）。

式中：F 為中部槽裝載截斷面積，m2，F=0.122 7 m2；Ψ 為裝載系數，取0.9；v 為刮板鏈速度，取1.1 m/s；γ 為矸石容重，取1.5 t/m3。

計算Q=656 t/h。

3 應用效果

（1）采用的TNZ 系列貝氏體鋼，具有高強度、高耐磨、耐腐蝕的特性，免于維護，據數據統計可減少大修費用200～240 萬元；中部槽使用報廢后，廠家承諾高價回收，并可以舊換新，實現廢舊物資處置效益最大化，極大降低生產成本。

（2）整鑄刮板機核心部件具有耐磨性好、高強度等優點，相對鑄焊結構中部槽，在使用過程中免于維護，可極大地降低維修成本30%～50%。

（3）提高運輸矸石刮板輸送機工作時的速率，加大矸石刮板輸送機的電機功率，增大開窗尺寸從而提高矸石充填效率，能滿足11215 矸石充填工作面正常生產的充填需求。

（4）地面矸石投料系統建成投入使用，邢東礦今后所有回采工作面均為矸石充填工作面，因此提高矸石充填效率勢在必行。邢東礦技術人員反復研究討論，最終通過SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機的研制項目，提高矸石充填工作面后部充填刮板輸送機充填效率，保證了邢東礦每月的產量要求，且節省了新設備購置費用。原SGZ800/200 矸石充填工作面使用的刮板輸送機運輸能力為350 t/h，而升級改造后SGZC900/400 矸石充填刮板輸送機，運輸能力提高至656 t/h，提高產量1.87 倍，過去矸石充填工作面月均產量為5 萬t，該項目完成后可增加產量至9.35 萬t 煤，按噸煤價格562 元計算，每月合計新增銷售額為2 444.7 萬元。

4 結 語

矸石充填開采在工作面防火管理、防止瓦斯超限、防止地面沉降、頂板控制和防治水方面的效果顯著，同時項目的成功實施降低工人的勞動強度，解決矸石處理問題，保證了矸石充填率、充填效果及原煤產量，實現了“矸石不升井、采煤不見煤”綠色礦山的目標，對煤炭行業矸石充填方面的研究有借鑒意義。項目完成后將產生極大的經濟效益和社會效益，產生良好的社會影響，具有推廣應用前景。