煤矿立井装载用板式定量输送机技术

李丰宇

（同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司机掘队， 山西 朔州 036000）

引言

按装载方式来划分，箕斗分定量斗和定量输送机这两种，而定量运输机可分为定量板式与定量带式两种。随着现在煤矿生产能力的不断扩大，对于主立井提升能力的要求也越来越越高，目前不少煤矿已经采用了20～50 t系列的大型立井箕斗，此大型箕斗的投产和使用使煤矿的生产能力、工作效率及经济效益均有显著提升。但箕斗的不断增大也给施工及运行问题提出了很大的挑战，同时相应装载硐室高度也增高，使得支护难度加大、施工期限延长。目前国内引进和开发的板式定量输送机可以显著降低硐室高度，板式定量输送机最早是由德国研制出的，国内煤矿例如常村煤矿、屯留煤矿等均引用并进行改造投入使用。我国许多专家学者根据传送皮带承载，将托辊加密研制出带式定量输送机，并在不少煤矿中得到应用。对两种定量运输机进行比较可知，板式定量输送机技术仍不成熟，目前多靠引进国外设备，但在运行过程中仍受很大程度的环境因素限制。

1 立井箕斗装载系统规范要求

立井箕斗装载系统要求煤的称量与储存均在箕斗的提升过程中完成，且在箕斗就位后，在休止停留期间装载系统需完成启动、加速及运行等操作过程，保证煤矿生产的安全高效。立井开采生产流程见图1，箕斗装载系统将煤仓中原煤装入提升箕斗。

在系统运行过程中，装载等程序均在箕斗休止停留期间完成，故装载速度应根据煤矿现场井筒深度、提升速度、箕斗运量等来确定。箕斗和装载设备在安装时应遵循二对一原则，即在一套装载设备中由分叉溜槽装设两个箕斗。这种布置方法要求一次装载卸载时间不能超过净提升时间的85%，否则需使用两台定量运输机装载。

图1 立井开采生产流程示意

2 板式定量输送机构成及运行

板式定量输送机设计的核心是要满足煤的称量与储存均在箕斗的提升过程中完成，且在箕斗就位后，在休止停留期间装载系统需完成启动、加速及运行等操作过程。为满足实际生产需要，对于系统的可靠性和精确性必须严格控制，减少维护成本，降低装载过程中的误差。箕斗装载系统主要由板式定量输送机、给料装置及配套阀门等组成。系统又包括井底煤仓阀门、平板分配阀门及分叉溜槽。将系统水平布置可以减轻井壁所受的压力，同时也降低了装载硐室的高度，有效减小井深和需提升高度，并节约了施工的成本和周期。

箕斗装载系统运行过程为：箕斗卸载完毕后向井下运行，随后板式输送机启动，井底煤仓打开向输送机卸煤，在达到设定质量后，输送机上方的测重感应器发出信号，井底仓阀门关闭，此时分叉溜槽开启，分料阀门开启，箕斗运行到板式皮带机下方指定位置，输送机快速运动，装载完成后皮带机转入低速，箕斗运走，进行下一个循环。

板式定量输送机的主要组成部分有电动机、减速装置、链轮、承载链板和滚轮等。其主要承载部件为链板，链板与滚轮经链条连接传动。称重感应部分对其整体计量称重。新型板式定量输送机具有变频调速驱动功能，可以自动定位箕斗位置，调整皮带速度，实现与箕斗的同步运行，避免了不断停机、启动时对设备的损害。为了克服原有技术的弊端，延长轴承使用年限，新设计将承载滚轮置于链节外，使其受力状态改变，不必参与啮合传动，且更加便于维修更换。

3 板式定量输送机关键技术

3.1 自动称量技术

自动称量的精确性关系到整个装载提升系统的安全性和正常运行，决定其计量感应的核心为承载支架的稳定性和传感器的性能，板式输送机载煤既要求准确计重又需承负荷、抗冲击，坚固耐用。板式定量输送机的称重结构为杆状水平方向，故需布置多个感应器保证测重的可靠性和精确度。

在输送皮带机运行过程中会产生水平方向力而影响测量精度，故设置几组水平拉杆以抵消水平方向力的影响。通过查阅文献及理论计算发现，框架本身的挠性形变若在1/600以内，则满足了1%的精度要求。此外，在自动称重系统发生故障时可选用定容传感器来测量，使箕斗不超载。

3.2 智能化装载技术

在一个装载运送周期内，板式输送机在载物和空运时以不同速度运行，完成原煤的装载、称重及箕斗运载。在开闸放煤到板式运输机时，运输机以0.14～0.40 m/s速度传送及称重，后箕斗运行到固定位置时，运输机以0.9～1.3 m/s快速行进对箕斗装载。在箕斗运行过程中常受到其他因素干扰，故当前所采用的两台功率不同的电动机及双速电机和超越离合器等不能实现实时定位、装载等工作，需不断开启、关闭运输提升系统。现提出基于变频调速的驱动方法，可以实现对调速及启动、制动性能无损转换，降低对设备的损耗，大大提高工作效率。

利用感应装置及计算机软件集成系统对装载输送过程中输送机、提升系统、箕斗等的运行状态、方位等进行数据采集和集成，使其相关信息经由通讯接口实时上传至集控系统，最终实现工作过程可以实时动态在井上、井下同步显示。在系统运行过程中，控制系统装设在板式定量运输机上，其可以确定箕斗位置和其运动速度等信息，并分析计算出到达指定位置所用时间，根据这些信息及自身当前位置、速度、原煤质量等调整速度曲线图，改变运输机的运行速度，解决了传统中系统不断重启的问题。

3.3 链传动技术

板式定量输送机高负荷的原煤承载及驱动工作是由两条大节距、高强度的输送链完成的，所以链条传动的可靠性对于整个系统的正常运行至关重要。由于链传动是多边形传动，在运行过程中存在多边效应。链条滚动与链盘啮合时的冲击力随着链速的增加而不断增大，此时还会使系统运行的稳定性降低，噪音加大，速度过快还可能造成跳链。在齿数一定的链盘中，链条的极限转速会随节距的增加而降低，故在设计时链条的选型亦至关重要。

系统工作过程中板式输送机会频繁变换速度，链条也不断张紧或伸张。此过程频繁往复进行，在交变荷载的作用下链板孔两侧的集中应力区则可能产生疲劳裂纹导致链板损坏。为提高链条耐磨损性及强度，对不同链孔形状进行受力分析，设计修改其形状以减少应力集中点。比如将切边内置，采用圆孔等方法。对链板受应力图进行分析，同驱动张力情况下，圆孔链板所受最大应力比长圆孔降低约12%，此时高应力区域的面积对比单切口方式大大减小，有效提高了链条的寿命和系统的稳定性。

4 结语

板式定量输送机的应用可以显著降低煤矿的生产周期，可稳定、快速增加产出效益。由于目前我国国内应用大型板式定量运输机仍比较少，许多技术研究尚不完全成熟，因此对板式定量输送机定量装载技术的研究仍是关键研究任务。