新型刮板输送机的研究与应用

用刮板链牵引、在槽内运送散料的输送机叫刮板输送机。在当前采煤工作面内，刮板输送机的作用不仅是运送煤和物料，而且还是采煤机的运行轨道，因此它成为现代化采煤工艺中不可缺少的主要设备。刮板输送机能保持连续运转，生产就能正常进行。否则，整个采煤工作面就会呈现停产状态，使整个生产中断。近几年来，兖州矿业（集团）有限责任公司及下属各矿与国内有关单位合作，在刮板输送机的研究试验方面也进行了大量工作，并且取得了良好的现场使用效果。

1 输送机发展趋势


研究指出：大功率、大运量、高强度、高可靠性输送机的推广应用将成为兖州矿区发展的必然趋势。

①中部槽。其结构的发展趋势主要以整体铸造槽帮钢、组焊中板结构为主 ，内槽宽考虑到互换性将保持在900~1000mm，中板和底封板均为高强度耐磨板。

②链条。目前的水平是Φ34×126mm矿用高强度圆环链，随着综采面铺设长度的增加，圆环链直径可能增大到Φ38mm或Φ42mm。

③采煤机牵引方式。由于兖州矿区对强力链轨式牵引方式有较好的使用效果，所以采煤机的牵引方式将会统一于这种模式，但强度更高、维修更方便的齿排式牵引也会成为选择方式之一。

④机尾。可伸缩式机尾结构可以方便地调整刮板输送机使用期间或紧链之后的链条松紧程度，在技术上也比较成熟，将得到进一步的推广应用。

⑤卸载方式。对综采放顶煤一次采全高工作面而言，由于上下两头超大支护空间及顶板情况，目前有把握的是端卸方式。但根据兖州矿区和国内外的使用经验，十字交叉侧卸方式在性能上优于端卸方式，虽然十字交叉侧卸方式还处于研究阶段，在重型高效一次采全高工作面将会得到应用。

⑥传动装置。随着综采面尤其是济东煤田煤层赋存条件较好将使工作面设计长度进一步增大，电动机单机功率在375kW的基础上将加大，传动装置的发展趋势将是以3.3kV电压等级双速电动机驱动，行星轮系减速器传动为主。

2 煤矿井下前、后部刮板输送机


其主要结构特点如下：

①前、后部刮板输送机的机头架、传动部、链轮组件、链条和刮板等组件均可互相通用，减少了备件的种类。

②前、后部输送机的传动部采用垂直布置的方式，布置在煤壁一侧，给液压支架留有合理的布置空间。

③机头的传动部采用端卸式，选用体积较小的行星减速器，并且把链轮组件设计成直接与减速器对接的型式，使得结构更加紧凑。

④在过渡槽的全长上布置了牵引销轨，以保证采煤机尽可能爬上机头，给采煤机截通工作面创造了较好的条件。

⑤中部槽的挡板槽帮和铲板槽帮均采用了高强、耐磨的铸钢整体铸成，前部刮板输送机的中部槽采用铸焊封底结构，后部刮板输送机采用开底式结构，易于处理底链断链事故。

⑥采用矮型机尾，直接与中部槽相连，机尾全长布置牵引销轨。

⑦后部刮板输送机槽帮设置有箱体形式的浮煤回收装置，提高了煤炭的回收率。

为了保证机头链轮的强度和精度，将以前常用的链轮焊接结构改为整体结构，避免了焊接缺陷，提高了链轮的可靠性。链窝由先进设备加工而成，保证了链窝、齿形和齿距的精度，与链条的啮合性也得到了极大改善，同时避免了齿面脱炭现象。链轮齿形淬火硬度HRC50以上，淬硬层深度达5mm。采用国内最新研制的中频冷却液，承载能力和耐用度比常规采用的油冷却液有很大提高。齿轮磨削时采用修缘、修毂新工艺，提高了齿轮的接触精度和传动平稳性。全部齿面均进行强力喷丸处理，增大了齿轮的疲劳强度。

3 煤矿综放工作面后部输送机的改进

中国矿业大学根据煤矿综放工作面和放顶煤支架对后部输送机的要求，利用现有的输送机改造成后部输送机。改进后的输送机可靠性高，煤矿井下工作面使用150d仍无故障，共运输煤炭64.41万t，实现了安全高效的目标。

目前国内尚无一整套比较成熟的与煤矿井下放顶煤液压支架相匹配的后部输送机。根据工作面条件重新设计制造新型的后部输送机不仅周期长、投入大，而且使用效果难以预测。最简单的办法就是利用现有的输送机进行改造，使之与放顶煤液压支架相匹配。煤矿综放工作面对后部输送机的要求是：不受采煤机配套的限制；铲煤板只要求具有装煤的功能；与支架的连接更加灵活；输送机机头、机尾的高度更加矮小；由于维修空间的限制，输送机应更加可靠；鉴于综放工作面的放煤量比机采的出煤量大，所以后部输送机要有更大的过煤量。

改造后的输送机具有以下特点：

①能够较好地与中间支架和过渡支架配套使用。

②机头、机尾的高度比较低，机头架和机尾架可以互换，减少了零部件的品种。

③输送机前后都安装了铲煤板，极大地减少了后推移千斤顶的损坏量。靠近支架的铲煤板可以有效地清除架间的煤炭，减少了清理浮煤的工作量。

④在支架的侧铲煤板处设计了特殊的软连接固定耳座，耳座上设有调节连接链高低的调节孔，可以得到不同的铲煤效果。

⑤刮板输送机的中间槽搭接两端焊有高锰钢制成的耐磨块，中板上堆焊着耐磨合金材料，提高了中部槽的过煤量。

⑥采用2台160kW的单速电动机，提高了电动机的可靠性。

⑦后输送机与后拉千斤顶之间采用链条软连接，有效地避免了后拉千斤顶活塞杆弯曲的现象。

4 刮板输送机机尾防回程煤堆积装置

位于兖州煤田的山东里能里彦矿业有限公司针对刮板输送机机尾回程煤堆积的问题，研制出了一种防止回程煤堆积的装置有效地提高了刮板输送机运输的可靠性和使用效果，具有良好的推广应用价值。

其设计思路是：需要解决的关键问题是防止回程煤在机尾堆积；制作应简单方便，结构紧凑合理；分体设计，组合安装，有利于维修人员更换或者维修；安装部位能实现无人值守，节约人力和物力；具有通用性，能够适用于同类型的刮板输送机机尾。

新研制的刮板输送机机尾防回程煤堆积装置的主要是由3块梯形钢板通过主体焊接和铆接构成的。利用刮板输送机无极循环运动来输送货载的原理，将2个新设计的部件焊接在机尾滚筒底座两壁的上半部，再将另2个新设计的部件焊接在机尾架两壁的下半部，使安装的防回程煤堆积装置与尾部滚筒保持100mm的距离，让刮板和煤能够顺利地通过该装置翻卷到上部溜槽中，同时注意安装该装置要与机尾螺栓固定。有关部位焊接完成以后，安装好的环形溜槽与机尾架应当成为两个部分，以方便维修刮板输送机机尾滚筒等部件。再将底板长度为300mm的L形部件沿着机尾底座平行装入。刮板输送机刮板所带出的回程煤沿着此板防回程煤堆积装置，然后由刮板带回上部溜槽。

该装置投入使用后，回空段刮板带回机尾的煤均能够通过此装置顺利地带入上部溜槽拉至机头卸载，如此反复循环，不再需要人员站在机尾处经常清理，机尾再也没有发生过堆煤现象。此项成果不仅避免了堆煤清理不及时压住机尾而引发的设备损害事故，而且还能防止因人员靠近机尾而引发的人身伤害事故，为煤矿采区的刮板输送机机尾布置和安全保护探索出了一条新的路子。

5 可弯曲刮板机输送煤泥的结构改造

煤泥是一种高水分高粘滞的工业性燃料，作为发电的能源已经有十余年的历史，但是国内的煤泥热电厂在煤泥转载中仍未加改造地采用原本运送松散干料的40t可弯曲刮板机，使用中不免有着很多不足之处。为此，兖州矿业（集团）公司兴隆庄煤矿煤泥煤矸石热电厂对40t可弯曲刮板输送机的机架进行结构改造，有效地降低了运行能耗和延长了使用寿命。

结构改造的原则是在保证不改变运输能力的前提下，充分吸收40t刮板输送机和铸石刮板输送机的优点。减小设备运行阻力是解决运行能耗的根本出发点。根据现场观察，运行产生的阻力主要有三种：煤泥运行摩擦阻力，刮板链与工作面、返回面之间的摩擦阻力，链条与压链铁、机尾上帮之间的摩擦阻力。在保证煤泥水分和运输量的前提下，前两种摩擦阻力无法去除，但后一种可以去除。他们去除了压链铁，把机头架、中部连接槽及机尾改进为同一水平的结构设计，机架间用螺栓联接，保持上链板在同一水平面与底链板平行运行，从而消除了链条与压链铁、机尾上帮的摩擦，减少了设备运行的总阻力。将机尾滚筒轴加长，并增设拉紧装置，可以及时调节链板的松紧，避免由于链板过松造成赶环、窝环现象。压链铁去除后，链板和机架的使用寿命从1年提高到 2年。

此外，高硬度的陶瓷作为耐磨材料衬于管道中广泛应用于输送干灰等各种冲刷性极强的介质，具有使用寿命长的特点，而且陶瓷的粘贴和涂刷技术也已得到各行业的认可。因此，在改型以后的机架运输面和返回面上铺设3mm的陶瓷层，可以使机架的使用寿命延长至20年。运行阻力的减少即减少了减速机运行的负荷，减速机、液力联轴器等的使用寿命也会得到延长。

6 刮板输送机开天窗中部槽改造

在SGZ960/750型刮板输送机大修中，对所有21节开天窗中部槽开展了渗透检验，均发现有表面裂纹现象，故对其进行了改造。

该开天窗中部槽规格为1500mm×960mm×315mm。原设计是在槽帮钢与中板焊接处开天窗，天窗宽度420 mm，槽帮钢开有2个长孔。开天窗插槽留有2个插头，装配时插到槽帮钢长孔处。由于井下环境恶劣，且刮板机运煤量大，开天窗处受力集中，故造成槽帮钢处出现裂缝。经计算分析，将开天窗部位由中板与槽帮钢焊接处改为向里，保留200 mm中板，避开焊缝，避免受力集中，开天窗部分和中板部分相互搭接连接。

为节约大修成本，他们决定在原有开天窗中部槽插槽基础上进行改造，将原有整体开天窗中部槽距离插头200 mm处用切割机切开，成为2个部件。利用刨床将切开的两部分加工出20 mm和23 mm搭接部分。再用切割机切出1块16 mm的钢板焊在加工的缺口位置，采用V型焊缝焊接；然后再将零件安装到开天窗中部槽上，所有与中板和槽帮钢连接处均采用V型焊缝双面焊接，与中板和槽帮钢焊平，焊缝高度15 mm。为方便焊接，把开天窗中部槽底板割开200 mm×500 mm，焊接完后再将该孔焊死。具体技术要求为：焊丝必须采用YJ707A型以保证焊接强度；所有需采用V型焊接的零件，加工坡口为15mm×45°。对中板和槽帮结合处的裂纹处理时，将开裂处用碳弧气刨刨开。刨开范围在长度方向要超过裂纹至少10mm，宽度方向要将裂纹完全覆盖，深度20 mm，要求上下都要刨开，然后施焊。开天窗中部槽改造后投入使用，没有再发现断裂或裂缝现象。

7 刮板机中部槽中板上弯变形的改造

技术人员针对SGZ-764/500WK型工作面刮板输送机中部槽的中板在使用过程中发生上弯变形的问题，进行了理论分析和验算，并制定了相应的改造措施。

该型刮板机的突出特点是框架结构，挡板、铲板和封底板三位一体，中部槽置于钢架之间靠外放的哑铃销连接。此型刮板机在使用中暴露出一些设计上的问题，其中危害最严重的是中部槽中板上弯变形，造成刮板E型螺栓弯曲甚至折断、刮板两端磨损加重、飘断链事故频繁发生，给生产带来严重影响。

造成中部槽中板变形的相关因素分析如下：

①刮板。再没有底煤的情况下，刮板上平面与中板的间隙为14mm；实际运行中，碎煤在框架两侧底部积存，有可能增加刮板的运行高度，减少刮板与中板之间的间隙，导致中板受到向上的力。

②底链。起伏不平的地质条件下，底链张力的作用一般仅限于中部槽两端的搭接处。

③框架。框架与中部槽帮两侧之间留有5mm的工艺间隙，在运行过程中浆液很快就会把这个间隙塞满。

在推（拉）移刮板机时，支架推移千斤顶通过间隙内的塞煤对槽帮产生推力，从而对中板产生一个力矩，有可能使中部槽中板发生上弯变形。由此可见，塞煤是引起中部槽中板上弯变形的唯一因素。从中部槽帮受力分析上可以看出：在槽帮下加焊限位板，不让支架千斤顶推溜（拉架）时对中板产生弯矩，就可避免中板上弯变形。为此，采用16M n材质设计了限位板，将其分别焊于底托架和中部槽的四个角上。改造后，中部槽中板没有发生大的弯曲变形，也没有发生一起因中板上弯变形而造成刮板及E型螺栓弯曲甚至折断的事故。

8 刮板输送机中部槽的优化设计


随着综采放顶煤技术的高速发展，原来广泛使用的轧制槽帮焊接中部槽由于受到尺寸、强度等因素的制约，已经不能满足煤矿对大功率、大运量刮板输送机的要求，分体轧制槽帮组焊结构中部槽和铸造槽帮中部槽的出现缓解了这一矛盾。其中，整体铸造槽帮在提高强度和减少连接元件两个方面均占有明显的优势，中部槽端头已经成为铸造槽帮的一部分，实现了无螺栓连接。

此项研究成果表明：溜槽内口翼板是刮板在槽内运行的导向装置，无论正常倾斜摆动情况下及刮板两端、中部槽上翼板正常磨损后刮板均不能脱槽。在满足这些条件的前提下，槽帮上翼板长度越短越好，以保证尽量大的货载断面和尽量小的运行阻力；中部槽间的连接目前有哑铃和大环两种，只有破断负荷3000kN以上的中部连接件，才能有效地控制外界横向和纵向载荷对槽间连接的综合作用力，满足高产高效工作面的要求；中部槽中板的搭接形式有两种，在满足要求的前提下，选择生产成本低的直边搭接结构更适合实际的需要；要根据采煤机生产能力初选槽宽，然后依据装载断面和采煤机过煤空间核算输送机输送量，同时考虑槽宽与支架、采煤机的配套关系，使之满足工作面要求；底刮板链与中板的间隙为10～12mm，刮板与封底板的空隙为3mm，可消除封底板焊接变形量对刮板运行的不良影响；长度1750mm的中部槽已投入使用，对于同一工作面长度，较当前普遍使用的1500mm中部槽减少了数量及连接环节，提高了可靠性。钢材9 大倾角综放面输送机上窜下滑的控制兖州矿业（集团）公司鲍店煤矿5308综放面倾向和走向长度长，两巷高差变化大，设备总重量达到4019t，增加了控制输送机上窜下滑的难度。他们通过精心调面，保证了前、后部输送机和转载机的合理搭接，在高差达到39m以上和溜头与溜尾割透都困难的情况下，严格控制了输送机的上窜下滑，为实现单面年产煤351万t奠定了基础。

由于现场影响因素和不确定因素较多，输送机的最佳控制状态应为支架两棵前立柱与进尺工程线距离相同，支架连杆位于马头门正中间，即支架和支架连杆位于既不向溜头转向也不向溜尾转向的最正状态。负责调面人员应根据输送机的当前状态（上窜、下滑或稳定状态）和前方工作面两巷的高差变化情况来确定当前和下一步的调面方案。

准确判断输送机的运动状态是调面的关键。每次决定进行连续调面前，必须仔细观察并与以前掌握的数据严格比较。主要观察内容有：

①支架两棵前立柱与进尺工程线的距离差。由于支架重量约为前部输送机重量的10倍，只要支架转向与希望输送机运动的方向不一致，就会制约输送机的运动。

②支架连杆的摆动方向。它预示着输送机有向连杆摆动方向运动的趋势，但由于支架通过连杆给予的作用力，在不同向的情况下将制约输送机的运动。

③输送机两端头和端头支架相对两巷煤壁的变化。这是判断输送机是否开始运动的主要数据。通常情况下如果输送机将向溜头运动，溜尾会先动，溜头滞后一段时间才动。反之亦然。该数据的变化受高差和超前值的变化影响较大：高差减小，超前减小，输送机两端头就会向外扩出；高差增大，超前增大，输送机两端头就会向里缩进。

10 综放工作面刮板输送机下滑控制


当综采工作面底板的倾角超过一定值时，输送机就会下滑，使输送机与转载机不能正确搭接，造成煤炭在输送机机头堆积、堵塞，严重时还会造成工作面停产。因此，控制工作面输送机下滑是工作面设备管理的重要内容。在干燥条件下，输送机与工作面底板摩擦因数一般为0.35～0.40，相应的摩擦角为18° ～20° 。即工作面倾角小于18° 时，输送机在静态、干燥条件下不会下滑。但是，工作面的情况是复杂的，影响摩擦因数的因素很多，潮湿的工作面底板使摩擦因数变小，外力作用也加大了输送机下滑的趋势。

综合以上因素考虑，输送机与工作面底板的摩擦角一般情况下为6° ～8° ，当工作面倾角大于6° 时输送机即开始下滑，大于12° 时严重下滑。也就是当工作面倾角大于6° 时，就必须对输送机采取防滑措施。控制工作面输送机下滑的方法很多，应针对工作面具体情况采取相应的措施。

此项研究结果表明：当工作面倾角小于12° 时，可采用工作面伪倾斜法控制输送机下滑，不需要配置防滑装置；当工作面倾角为12° ～16° 时，应在输送机机头、机尾增加防滑装置，中间适当辅以单体支柱进行锚固，配合工作面伪倾斜法控制输送机下滑；当工作面倾角大于16° 时，应综合采用上述各种防滑措施，并改双向割煤为下行单向割煤以减少输送机的下滑力，同时给液压支架增加防滑装置。

11 控制综放工作面输送机下滑的研究

工作面运输顺槽（溜头侧）标高低于轨道顺槽（溜尾侧）标高，因而输送机在沿走向推进的过程中向溜头侧运动，使输送机与转载机不能合理搭配，造成煤炭在输送机机头堆积、阻塞，严重时可造成工作面停产，因此控制工作面输送机的下滑既是一项技术性很强的工作，又是日常生产管理的重要内容。兖州矿业（集团）公司杨村煤矿在分析输送机下滑原因的基础上，总结了生产时伪斜调面的经验，对控制输送机的下滑有一定的借鉴作用。

将工作面调成伪斜是防止输送机下滑的最有效工艺措施。工作面伪斜角度一般以5°左右为宜。

①若工作面未及时采取调面而发生输送机迅速下滑后，可采用快速调面法；若工作面已按常规超前值进行调斜而仍发生轻微下滑，则可通过微调工作面两端头进尺适当增大为伪斜角度，并辅以逐架上行单向顺序推溜措施处理。

②在工作面快速调面生产期间，要及时调架控制支架下滑，防止支架间出现挤架和咬架，以有利于控制输送机的进一步下滑。一般在支架前移的过程中，可利用侧护板的相互作用逐渐向上调架，也可以将下滑的支架降架，用单体支柱将其底座往上蹬进行调架。调架必须做到随拉架随调整。

③后部输送机和支架采用链子进行软性连接，决定了后部输送机的运动状态比较自由。当后部输送机相对稳定时，能反映两巷在当前高差下后溜头合理的超前距离值。由于前部输送机受支架的牵制，经验认为前溜头常规超前距离值比后溜头合理超前距离值小2～3m，所以当前溜头处于常规超前距离值时，后部输送机时常会出现下滑现象，为此对后部输送机采取每隔10个支架安置1个千斤顶往上同时拉移的方法来处理。

12 中双链刮板机中部槽大修


该矿4310综放工作面装备的SGZ960/750中双链刮板输送机，是国家“九五”科技攻关项目高产高效综采放顶煤配套设备。工作面结束设备撤除升井后，发现大约有36节输送机中部槽的封底板存在不同程度的损坏。有的在中间部位向下凸出10～40mm，焊缝开焊；有的在变形的同时，整条焊缝撕裂，造成封底板开口。

经与厂方共同分析认为：此输送机中部槽采用铸焊结构，其中铲板槽帮和挡板槽帮是铸造件，用中板和封底板将铲板槽帮和挡板槽帮接成一个箱体结构，中板和封底板分别采用40mm和25mm厚的高强度耐磨板。如果焊缝质量有保障，不会出现大的质量问题。因此，这种事故是封底板在焊接过程中由于人为因素导致焊缝缺陷，在采煤机振动、碾压、千斤顶推拉、底链和回煤等长期综合作用下造成的。

限于东滩矿修理车间的设备条件，无法使用大型压力机对中部槽整形，回厂返修又需花费巨额运输费用；如果将封底板割掉，在一般中型压力机上整形后再重新焊接，其工程量和材料消耗十分巨大。因此，双方决定由厂方提供一定的人员和技术支持，在矿方现有条件下进行修复。在借助螺旋千斤顶和U型支架整形的基础上，使用碳弧气刨将撕裂的焊肉铲除干净，用手持式砂轮机将凹槽的表层打磨掉，直至露出内部金属本色，否则焊后焊缝部位含碳量较高，会使焊缝变脆影响机体强度。为了保证焊接质量，在封底板底面焊接完成后，又将焊枪伸入封底板与中板形成的空间对封底板的另一面两端各焊了一条长约500mm的焊缝。