巷道修复机配套用移动式胶带转运装置设计

李旭涛

(中煤科工西安研究院(集团)有限公司,陕西 西安 710077)

赵庄煤矿现开采3号煤,根据矿方生产要求,修复机巷道底板修复施工在北辅运七联络巷进行,该段巷道底鼓变形严重,起底深度0.5～3.2 m,起底宽度约4.8 m,出渣量较大。现场应用情况发现,制约起底效率的主要因素在于渣料运输,特别是刮板运输装置后部转运效率较低,且存在掉渣现象,使得修复机起底效果难以显现,直接影响整个底板修复施工效率。并且现有刮板运输装置不能进行左右、上下摆动,进行连续运输,也是导致现有修复机施工效率较低的重要原因。

为此,开发一套机动性强、实现连续运输及一定角度偏转,可配置于现有修复机的胶带转运装置尤为必要,该方向的研究可提高修复机的工作效率,有利于修复机大批量推广。配套用移动式胶带转运装置的开发,可大幅提高巷道底板修复作业施工效率,扩大修复机对巷道治理的适用性,满足巷道修复多样性的工作需要,为巷道修复机市场推广提供有力保障。

1 总体方案设计

1.1 施工方法的选择

煤矿巷道作为煤矿井下生产系统最基本单元,其安全可靠是保证矿井正常生产的基础,但是随着我国煤矿开采强度和深度的进一步增加,导致巷道应力集中出现,围岩变形日益突出,特别是巷道底鼓变形更为严重[1-4]。巷道修复机作为煤矿井下巷道围岩修复治理的专用装备,具备凿、挖、运、装于一体[5-6],施工效率高、安全性好、操控灵活方便等特点,目前相关矿井采用巷道修复机配合运料小车进行出渣,如图1所示。其优点是设备之间简单搭接、机动灵活;其缺点是运料小车排队有间隔、运渣出料不连续,特别是在卸料地点较远的场所,渣料运输时间较长,且需较多的运料小车,燃油较多,环境污染大。

图1 巷道修复机+运料小车出渣Fig.1 Roadway repair machine+cart slag

近年来,随着巷道修复设备的广泛推广,为提高运渣出料效率,巷道修复机出厂前,给刮板运输装置尾部设计了卸料溜槽,其底部有旋转轴,人工可以推动卸料溜槽围绕旋转轴转动,以此改变卸料方向,调整卸料角度[7-8],如图2所示。卸料溜槽连续出渣作业,施工效力高,但是卸料溜槽笨重,旋转卸料方向时人工劳动强度大,且其不能沿巷道高度方向上下调节,仅能配合刮板机进行出渣施工。

图2 巷道修复机+卸料溜槽+刮板机出渣Fig.2 Roadway repair machine+unloading chute+scraper slag discharge

结合以上工况,配合WPZ-55/50/500L型煤矿用巷道修复机,拟研制一款修复机配套用移动式胶带转运装置,如图3所示。胶带转运装置实现渣料的连续运输,可搭配胶带输送机、刮板机或运料小车出渣,出渣方式多样,工艺适应性强。

图3 巷道修复机+胶带转运装置+胶带输送机Fig.3 Roadway repair machine+belt transfer device+belt conveyor

1.2 结构布局的确定

进一步掌握巷道围岩修复施工工艺的基础上,胶带转运装置结构布局宜采用以下结构:胶带转运装置主要包括调角机构和胶带转运机,如图4所示。调角机构通过螺栓连接于巷道修复机尾部、刮板运输装置正下方,便于转运渣料,调角机构分别设计偏转油缸和俯仰油缸,偏转油缸用于胶带转运装置沿机身方向左右偏斜,实现拐弯运料。俯仰油缸用于胶带转运装置上下角度调节,实现不同高度的渣料转运。通过2组油缸的组合调节,不仅可以适应运料小车、胶带输送机和刮板机等不同机身高度设备的卸料运渣,还可满足不同方向的拐弯运渣,提高修复机渣料运输的适应性,实现连续运输,进而提高巷道修复施工作业效率。

图4 胶带转运装置结构Fig.4 Belt transfer device structure

1.3 主要技术参数及特点

胶带转运装置主要用于配合巷道修复机进行运料出渣作业,考虑WPZ-55/50/500L型煤矿用巷道修复机挖装能力为50 m3/h,胶带转运装置主要技术参数见表1。

表1 胶带转运装置主要技术参数Tab.1 Main technical parameters of belt transfer device

移动式胶带转运装置特点:①整体式结构,结构简单、拆装方便,与修复机配套使用,实现机尾的全方位调节,增加对装料设备的适应性,实现胶带运输装置平稳、快速的对不同块料转运,减少渣料转运时间,提高巷道修复施工效率。②具有运料快捷方便、移动便捷、适用性强等特点,设计的调角装置具有调角范围大,调整速度平稳,能够充分体现二次运输的优势。

2 关键技术研究

2.1 调角机构

调角机构主要由焊接体Ⅰ、焊接体Ⅱ、焊接体Ⅲ、摆角油缸和升降油缸等部件组成,调角机构结构如图5所示。调角机构作用:①承载胶带转运装置;②上下、左右调节胶带转运装置卸料高度和角度。考虑调角装置与修复机连接的可靠性,在调角机构最左端设计20个20 mm×65 mm高强度螺栓,并且安装有M20NORD-LOCK防松垫圈。

图5 调角机构结构Fig.5 Angle adjusting mechanism structure

2.2 胶带转运机

胶带转运装置主要由机架、托辊、滚筒、挡板、液压马达、传动机构和张紧机构组成,胶带转运机结构如图6所示,其动力来源于修复机的液压泵站,液压马达通过滚筒带动转载胶带回转,实现渣料转载运输[9-10]。

图6 胶带转运机结构Fig.6 Belt conveyer structure

考虑到巷道修复工况的特殊性,胶带转运装置机架选用16号槽钢焊接,50角钢作为横梁连接件,局部位置加筋板,液压马达采用2K-130型,采用阻燃输送带,型号为EP100,托辊采用φ89 mm×190 mm和φ89 mm×600 mm托辊。滚筒均采用φ250 mm钢管焊接,轴承采用UC系列轴承。

2.3 液压系统

增加1套胶带转运装置,会增加3组液压动作,分别是:摆角油缸、升降油缸和液压马达。在巷道修复机现有液压系统上,增加LBF14-7-39B多路换向阀1片,增加HN-XAYMK4S-15先导手柄组2组,增加V0930分流阀1个。通过先导手柄的换向和分流阀的切换控制2组油缸姿态的调节,另外1个摩擦定位先导手柄控制胶带运渣速度。

3 现场应用

根据赵庄煤矿生产要求,巷道底板修复施工布置在3号煤北辅运七联络巷内进行,该巷道为矩形断面,高度4.3 m,宽度4.8 m,巷道断面20.4 m2。3号煤层平均厚度4.5 m,倾角5°～10°,采深400～500 m。煤层直接底为黑色泥岩,薄层状,水平层理发育,其下为砂岩,中厚层状,具有水平层理。

底板修复最大深度约3.2 m,项目组决定采用逐层剥离、逐步深挖,一运刮板运输装置及配套移动式胶带转运装置协调出矸方式进行施工作业。第1层底板修复完成后,需对巷帮进行支护,支护完成之后进行第2次修复,再次进行支护;第2轮修复施工工艺与第1轮修复施工工艺相同,通过3轮连续施工作业,即完成最大巷道修复施工作业[11-12]。修复机底板修复施工如图7所示。

巷道底板修复采用WPZ-55/50/500L型修复机(配套移动式胶带转运装置)进行施工,修复施工期间,该移动式胶带转运装置移动便捷、运矸平稳、可靠,调角机构调角范围广。移动式胶带转运装置的成功设计,提高了修复机矸石转运效率,为修复机的销售推广提供了装备与技术保障。

4 结语

(1)研制的胶带转运装置结构简单、拆装方便,可实现机尾的上下和左右调节,增加对装料设备的适应性,实现胶带运输装置平稳、快速地对不同渣料转运,减少渣料转运时间,提高巷道修复施工效率。

(2)设计的调角装置调角范围大、调整速度平稳,胶带转运机采用液压系统,实现无极调速;采用低速大扭矩马达,扭矩大、运转平稳。胶带转运装置配合修复机和煤矿井下带式输送机或刮板机可实现连续运输作业,提高巷道修复施工作业效率。

(3)现场应用结果表明,胶带转运装置各项技术指标完全满足煤矿井下巷道修复机对于渣料转载使用要求,并且充分证明转运装置结构强度和液压系统设计的合理性、可靠性,该装置的成功研制为巷道修复机提高施工效率提供了装备保障。