張 彥

(晉能控股集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

麻家梁為年產(chǎn)1 200萬t的特大型礦井，礦井產(chǎn)量由兩個(gè)綜放工作面構(gòu)成，單個(gè)工作面年產(chǎn)約600萬t。工作面設(shè)備選型為：ZF13000/25/38型液壓支架、艾柯夫SL500型采煤機(jī)、PF6/1142型前部運(yùn)輸機(jī)、PF6/1342型后部運(yùn)輸機(jī)、PF6/1542型轉(zhuǎn)載機(jī)。在生產(chǎn)過程中，煤量大時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)過載事故，往往需要組織大量的人員進(jìn)行人工卸煤，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。為了解決這個(gè)問題，根據(jù)設(shè)備性能[1-2]，按照現(xiàn)場(chǎng)使用要求和實(shí)際情況，通過在該礦14103、14104、14107共3個(gè)工作面進(jìn)行改進(jìn)試驗(yàn)，對(duì)原有的轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽實(shí)施優(yōu)化布置，減輕轉(zhuǎn)載機(jī)的負(fù)荷，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行。

1 設(shè)備參數(shù)

PF6/1542型轉(zhuǎn)載機(jī)主要由機(jī)頭傳動(dòng)部、機(jī)尾、架橋槽、凸槽、凹槽、鉸接槽、中部槽、聯(lián)接槽、開天窗中部槽、卸料槽、刮板鏈等部件組成，具體參數(shù)如下：長度為52 m；轉(zhuǎn)載能力為3 500 t/h；總裝機(jī)功率為600 kW；刮板鏈型式為雙中鏈，鏈環(huán)規(guī)格為D38 mm×126 mm、鏈速為1.74 m/s；刮板間距為504 mm；電壓等級(jí)為3.3 kV，50 Hz；冷卻方式為水冷；中部槽結(jié)構(gòu)為鑄接型，連接為啞鈴銷和螺栓；驅(qū)動(dòng)布置方式為平行布置。

2 轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽優(yōu)化布置方案

2.1 方案一

在14103工作面試驗(yàn)將轉(zhuǎn)載機(jī)布置24節(jié)溜槽，長度為50.95 m，見圖1。

圖1 14103工作面轉(zhuǎn)載機(jī)布置示意(mm)

轉(zhuǎn)載機(jī)槽1～6號(hào)為固定穩(wěn)裝布置方式，為適應(yīng)巷道底板坡度及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)槽落地段的“柔性鏈接”，因此6號(hào)凹槽(落地槽)后，布置1節(jié)1 m7號(hào)中部短槽對(duì)接。考慮破碎機(jī)進(jìn)出料段(12-10號(hào))隨巷道坡度移動(dòng)及生產(chǎn)時(shí)，機(jī)械加破碎沖擊載荷震動(dòng)，在7號(hào)中部1 m短槽后，布置1節(jié)2 m普通中部過渡槽，10號(hào)破碎機(jī)出料口槽前，布置1節(jié)9號(hào)1 m中部短槽。破碎機(jī)進(jìn)料口12號(hào)后，布置3節(jié)2 m普通中部過渡槽(13～15號(hào))為未破碎煤流緩沖區(qū)間，轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口(17號(hào))前布置1節(jié)短節(jié)1 m中部溜槽(16號(hào))實(shí)現(xiàn)大塊煤流對(duì)進(jìn)料口產(chǎn)生巨大沖擊力及轉(zhuǎn)載機(jī)推移過程中柔性調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口17號(hào)后布置1節(jié)2 m天窗中部槽18號(hào)便于檢修及事故處理。前部運(yùn)輸機(jī)落煤點(diǎn)布置1節(jié)短節(jié)0.8 m中部溜槽便于緩解落煤緩沖及18～24號(hào)轉(zhuǎn)載機(jī)推移過程中的柔性調(diào)節(jié)。布置20號(hào)、23號(hào)中部普通過渡槽在前、后刮板輸送機(jī)減速機(jī)箱體頭端正對(duì)位置，20號(hào)、23號(hào)間布置21～22號(hào)2 m中部天窗槽，方便日常檢修及生產(chǎn)事故處理。

2.2 方案二

方案一仍然經(jīng)常出現(xiàn)“壓轉(zhuǎn)載機(jī)”過載現(xiàn)象，在14104工作面做進(jìn)一步優(yōu)化試驗(yàn)，將轉(zhuǎn)載機(jī)布置22節(jié)溜槽，長度為48.15 m，見圖2。

圖2 14104工作面轉(zhuǎn)載機(jī)布置示意(mm)

方案一布置方式在推移轉(zhuǎn)載機(jī)過程中布置1節(jié)1 m中部短槽對(duì)落地槽與巷道調(diào)節(jié)效果不佳，故6號(hào)凹槽(落地槽)后連續(xù)布置兩節(jié)1 m中部短槽“柔性鏈接”，因在方案一生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)破碎機(jī)產(chǎn)生的破碎沖擊力對(duì)中部槽的沖擊基本可忽略不計(jì)，所以在破碎機(jī)出料口(10號(hào))前布置1節(jié)2 m普通過渡槽(9號(hào))。轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口(12號(hào))與破碎機(jī)進(jìn)料口(15號(hào))間布置兩節(jié)2 m普通槽(13～14號(hào))實(shí)現(xiàn)未破碎煤流緩沖。轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口槽(15號(hào))后布置1節(jié)1 m調(diào)節(jié)短槽(16號(hào))，可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)前后調(diào)節(jié)。18號(hào)、21號(hào)為前、后刮板輸送機(jī)減速機(jī)機(jī)頭正對(duì)普通中部槽，因此在18～21號(hào)間布置19～20號(hào)帶天窗中部槽，方便日常檢修作業(yè)及生產(chǎn)事故處理，中部槽布置較為科學(xué)。

2.3 方案三

方案二對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)中部溜槽優(yōu)化設(shè)計(jì)布置后，在實(shí)際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)過載事故較方案一布置方式有所減少，但是在轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行電流遠(yuǎn)小于額定運(yùn)行電流的情況下仍然會(huì)過載，所以在方案二的基礎(chǔ)上對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽繼續(xù)優(yōu)化。將轉(zhuǎn)載機(jī)布置20節(jié)溜槽，長度為44.56 m，見圖3。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，破碎機(jī)出料口為破碎后煤流，無需長距離過渡，故在7～8號(hào)中部短槽后直接布置破碎機(jī)出料口槽(9號(hào))，觀察發(fā)現(xiàn)破碎機(jī)進(jìn)料口槽(11號(hào))至轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口槽(13號(hào))間布置1節(jié)2 m普通中間槽即可實(shí)現(xiàn)煤流過渡，在轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)料口槽(13號(hào))后布置1節(jié)1.4 m中部短槽調(diào)節(jié)槽，實(shí)現(xiàn)推移過程中前后調(diào)節(jié)，布置此調(diào)節(jié)槽也為后部運(yùn)輸機(jī)落煤點(diǎn)前移，可見方案三布置方式更為科學(xué)。

2.4 方案比較

經(jīng)過優(yōu)化布置，方案二較方案一縮短轉(zhuǎn)載機(jī)長度2.8 m，方案三較方案二縮短3.59 m，較方案一布置方式縮短6.39 m。方案三還使轉(zhuǎn)載機(jī)后運(yùn)輸機(jī)落煤點(diǎn)前移0.6 m，避免對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)尾鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)直接產(chǎn)生沖擊載荷。考慮到端頭支架長度與位置限制，方案三為轉(zhuǎn)載機(jī)最佳布置方式。

3 轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽優(yōu)化布置方案計(jì)算校核

3.1 轉(zhuǎn)載機(jī)空載/重載運(yùn)行功率對(duì)比

因?yàn)榱锊蹟?shù)、轉(zhuǎn)載機(jī)長度發(fā)生變化，因此需要對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)相應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算校核，見表1。由表1可看出，轉(zhuǎn)載機(jī)的長度直接影響了“壓轉(zhuǎn)載”的峰值電流及實(shí)際運(yùn)行功率，溜槽數(shù)越少，轉(zhuǎn)載機(jī)長度越短，重載時(shí)發(fā)生“壓轉(zhuǎn)載”峰值電流越高，實(shí)際運(yùn)行功率越大，轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行功率達(dá)到最大化。

表1 轉(zhuǎn)載機(jī)空、重載峰值電流與功率

3.2 轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行功率損耗計(jì)算

轉(zhuǎn)載機(jī)總功率為600 kW，鏈速為1.74 m/s，運(yùn)輸能力3 500 t/h，根據(jù)轉(zhuǎn)載機(jī)長度進(jìn)行計(jì)算中部槽單位長度上的裝煤量，即：

式中：q為刮板鏈單位長度的裝煤量，kg/m；Qm為轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)輸能力，t/h；V為刮板輸送機(jī)的鏈速，m/s。

轉(zhuǎn)載機(jī)的底鏈即空段的運(yùn)行阻力Wk和運(yùn)煤上鏈的重段運(yùn)行阻力Wzh分別為：

Wzh=(qw+q1w1)Lgcosβ-(q+q1)Lgsinβ

Wk=q1Lg(w1cosβ+sinβ)

式中：ω為煤在槽內(nèi)運(yùn)行的阻力系數(shù)，取 0.5；q1為刮板鏈單位長度的質(zhì)量，D38 mm×126 mm 刮板鏈的質(zhì)量為 88 kg/m；w1為刮板鏈在槽內(nèi)運(yùn)行的阻力系數(shù)，取0.4；L為轉(zhuǎn)載機(jī)長度，m；g為重力加速度，取9.8m/s2；β為轉(zhuǎn)載機(jī)傾斜角度，°。

轉(zhuǎn)載機(jī)的功率損耗P為：

p=(Wzh+Wk)v

根據(jù)上述公式，轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)行坡度-2～2°的狀態(tài)下滿足3 500 t/h 的輸送能力進(jìn)行計(jì)算，實(shí)際功率損耗見表2。由表2可知，隨巷道坡度增大，轉(zhuǎn)載機(jī)損耗功率逐漸增多，隨溜槽數(shù)減少，轉(zhuǎn)載機(jī)損耗功率逐漸降低，減少到20節(jié)時(shí)損耗功率為最低，且與重載時(shí)實(shí)際運(yùn)行功率相比較，轉(zhuǎn)載機(jī)功率得到最大化，因此PF6/1542型轉(zhuǎn)載機(jī)溜槽數(shù)為20節(jié)(44.56 m)已是該優(yōu)化方案的最佳設(shè)計(jì)，且按照600 kW的總裝機(jī)功率，可以有足夠的功率儲(chǔ)備能夠滿足片幫等造成煤量增加的異常狀況。

表2 轉(zhuǎn)載機(jī)功率損耗

4 應(yīng)用效果

PF6/1542型刮板輸送機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)布置后,于2019年10月在麻家梁礦14107工作面投入使用，設(shè)備運(yùn)行狀況良好，轉(zhuǎn)載機(jī)最大工作負(fù)荷工況下,電動(dòng)機(jī)的電流值為額定電流值124 A的80%，由于損耗功率大大降低后，轉(zhuǎn)載機(jī)很少出現(xiàn)過載情況，工作面平均日產(chǎn)量1.5萬t，最高產(chǎn)量2萬t。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)布置后，麻家梁礦兩個(gè)工作面按照此方案設(shè)計(jì)穩(wěn)裝轉(zhuǎn)載機(jī)，每次穩(wěn)裝布置減少了4節(jié)中部溜槽，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中延長了頭、尾鏈輪的調(diào)向周期及使用壽命?，F(xiàn)麻家梁礦年平均穩(wěn)裝工作面3個(gè)，可少購置轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽12節(jié)，每節(jié)按5萬元計(jì)算，可節(jié)省設(shè)備購置資金60萬元，節(jié)省頭、尾鏈輪6個(gè)，節(jié)省設(shè)備資金60萬元。工作面每穩(wěn)裝一次轉(zhuǎn)載機(jī)上下鏈條可節(jié)省26 m，節(jié)省轉(zhuǎn)載機(jī)刮板26整套。麻家礦每年設(shè)備穩(wěn)裝可節(jié)省D38 mm×126 mm型鏈條78 m，節(jié)省轉(zhuǎn)載機(jī)刮板78整套。由此可見，該方案實(shí)施可為麻家梁礦節(jié)省設(shè)備采購資金174.6萬元。

5 結(jié) 語

1) 通過對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)中部槽布置方案進(jìn)行優(yōu)化和實(shí)施，將轉(zhuǎn)載機(jī)長度由50.95 m縮短為44.56 m，縮短了6.59 m；同時(shí)使得后部運(yùn)輸機(jī)落煤點(diǎn)前移0.6 m，避免了落煤對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)尾鏈輪運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生直接沖擊載荷。

2) 通過對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)不同長度的功率損耗進(jìn)行校核，隨著溜槽數(shù)減少，轉(zhuǎn)載機(jī)損耗功率逐漸降低，減少到20節(jié)時(shí)損耗功率為最低，且與重載時(shí)實(shí)際運(yùn)行功率相比較，轉(zhuǎn)載機(jī)功率得到最大化，從而找到轉(zhuǎn)載機(jī)功率運(yùn)行的最佳平衡點(diǎn)。

3) 優(yōu)化方案實(shí)施后，轉(zhuǎn)載機(jī)過載現(xiàn)象大幅度減少，提高了開機(jī)率，降低了生產(chǎn)事故發(fā)生率，節(jié)省了人工成本，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了生產(chǎn)安全隱患。