李向南

(晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 三元煤業(yè)股份有限公司，山西 長治 046200)

裝載硐室作為井工煤礦井上、井下煤流運(yùn)輸?shù)奈ㄒ魂P(guān)口，裝載硐室的可靠運(yùn)行至關(guān)重要。裝載硐室系統(tǒng)主要包含煤倉溜煤斗和給煤機(jī)兩部分，電氣設(shè)備主要是圍繞甲帶式給煤機(jī)配備。給煤機(jī)將煤倉溜煤斗下落的煤塊傳遞至主井箕斗，由主井提升系統(tǒng)運(yùn)送至地面，整個(gè)裝載環(huán)節(jié)中，常見故障點(diǎn)有兩個(gè)：給煤機(jī)電氣故障和溜煤斗堵塞。給煤機(jī)電氣故障主要是給煤機(jī)電源開關(guān)和電機(jī)本身的故障，常見的應(yīng)對方案皆是故障后的替換應(yīng)急處理，并未在源頭上采取有效預(yù)防措施；溜煤斗堵塞無法從源頭上避免，只能尋求好的清堵方法，采用較多的是空氣炮清堵。本文結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，利用現(xiàn)有液壓站對裝載硐室系統(tǒng)的兩個(gè)主要部分進(jìn)行了優(yōu)化：①為裝載硐室給煤機(jī)加裝液壓驅(qū)動(dòng)裝置，將原有的電機(jī)驅(qū)動(dòng)改造成液壓和電機(jī)雙驅(qū)動(dòng)，并且以液壓驅(qū)動(dòng)為主，電機(jī)驅(qū)動(dòng)備用，減少電機(jī)動(dòng)力源的使用頻率，從源頭上避免給煤機(jī)電氣故障所帶來的影響；②設(shè)計(jì)新型溜煤斗液壓清堵裝置，取代或配合空氣炮清堵，有效解決空氣炮無法適應(yīng)高濕度、高彈性、大顆粒堵塞物的弊端。優(yōu)化措施徹底改善了裝載硐室的運(yùn)行環(huán)境，提高了系統(tǒng)可靠性，降低了故障率，減少了維檢工作量。

1 給煤機(jī)加裝液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置

裝載硐室給煤機(jī)擔(dān)負(fù)著全礦的原煤生產(chǎn)裝載任務(wù)，處于原煤生產(chǎn)的咽喉環(huán)節(jié)，若出現(xiàn)故障將直接影響原煤提升。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，故障點(diǎn)主要在給煤機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)及提供電能的開關(guān)上，因?yàn)檠b載1次給煤機(jī)開關(guān)就分合閘1次，同樣給煤機(jī)電機(jī)就啟停1次，年產(chǎn)260萬t的井工礦井平均裝載次數(shù)可達(dá)500次/日。長期運(yùn)行，開關(guān)和電機(jī)的使用壽命會(huì)大大降低，故障率也會(huì)隨之升高。為了保證原煤順利提升，降低開關(guān)和電機(jī)故障對原煤裝載的影響，設(shè)計(jì)利用現(xiàn)有裝載硐室液壓系統(tǒng)，在給煤機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒后側(cè)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)上側(cè)加裝液壓馬達(dá)，正常生產(chǎn)時(shí)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)作為主用，電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為備用，用液壓驅(qū)動(dòng)取代電機(jī)驅(qū)動(dòng)[1]，將電機(jī)驅(qū)動(dòng)作為故障時(shí)的備用動(dòng)力來源，從源頭上降低電氣故障對裝載的影響，同時(shí)降低給煤機(jī)電機(jī)、開關(guān)出現(xiàn)故障的頻次，減少維檢工作量和材料消耗。

如圖1所示，甲帶式給煤機(jī)原有結(jié)構(gòu)不變，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒上方安裝液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，通過螺栓固定于給煤機(jī)金屬結(jié)構(gòu)件上焊接的固定底座，只需保證液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)滾筒的3個(gè)傳動(dòng)齒輪位于同一垂直面內(nèi)，使驅(qū)動(dòng)滾筒的傳動(dòng)鏈條可以任意連接液壓馬達(dá)齒輪或驅(qū)動(dòng)電機(jī)齒輪，從而實(shí)現(xiàn)液壓驅(qū)動(dòng)與電機(jī)驅(qū)動(dòng)之間互為備用和隨時(shí)切換的目的。

圖1 液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置局部原理圖

液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力來自于裝載硐室原有液壓泵站，進(jìn)回液管路分別加裝截流閥組和溢流閥組，閥組固定在給煤機(jī)電機(jī)頂部平臺(tái)上，如圖2所示。液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置工作壓力3～6 MPa，公稱排量20 mL/r.正常工作狀態(tài)下以液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，給煤機(jī)驅(qū)動(dòng)滾筒傳動(dòng)鏈條僅與液壓馬達(dá)傳動(dòng)齒輪連接，電機(jī)傳動(dòng)齒輪不與鏈條接觸，電機(jī)作為備用動(dòng)力源。通過調(diào)整液壓站截流閥和溢流閥可調(diào)節(jié)流量、壓力大小，從而實(shí)現(xiàn)給煤機(jī)運(yùn)行速度的調(diào)整[2]。

圖2 液壓馬達(dá)裝置整體結(jié)構(gòu)圖

2 溜煤斗液壓清堵裝置設(shè)計(jì)

溜煤斗作為連接煤倉和給煤機(jī)一個(gè)短小的通道，通常由耐磨鋼板制作而成，將煤倉至給煤機(jī)的直線落煤，通過金屬溜煤斗形成的鈍角傾斜滑道進(jìn)行緩沖，減少煤倉直接落煤對裝載硐室給煤機(jī)造成的沖擊損傷。但溜煤斗的鈍角結(jié)構(gòu)也伴隨著無法避免的堵塞、起拱問題，使落煤通道中斷，導(dǎo)致無法提煤，影響生產(chǎn)。

裝載硐室煤倉清堵其實(shí)就是煤倉縮口段溜煤斗的清堵。常見的清堵方法主要有：

1) 人工清堵。即打開觀察窗，人工采用長棍之類的器具進(jìn)行捅倉，不僅效率低，并且危險(xiǎn)性極大，現(xiàn)代礦井已基本摒棄了這種方式。

2) 空氣炮。這是目前普遍使用的一種清堵方式。安裝于溜煤斗外壁，通過空氣壓力制造高強(qiáng)震動(dòng)，使溜煤斗內(nèi)部的堵塞物松動(dòng)滑落，適用于濕度較小的環(huán)境(濕度大的細(xì)小煤塵會(huì)越震越密實(shí))。此法操作簡單，安全便捷，但弊端在于空氣炮是固定安裝，壓力傳導(dǎo)有限，而溜煤斗內(nèi)部的堵塞、起拱位置不固定，若起拱、堵塞位置在空氣炮的下方，不僅無法清堵，反而會(huì)使下方起拱位置處的煤越震越實(shí)；而且，空氣炮的安裝對溜煤斗現(xiàn)場環(huán)境空間有一定要求，并非全場景都可以使用；另外，空氣炮的長期震動(dòng)容易對溜煤斗本體以及搭接構(gòu)造的連接部位造成松動(dòng)、磨損等傷害。

為了彌補(bǔ)以上兩種清堵方式的弊端，更好地解決溜煤斗清堵問題，設(shè)計(jì)了如下裝置：

2.1 溜煤斗液壓清堵裝置結(jié)構(gòu)

裝載硐室溜煤斗清堵裝置由液壓頂、錐形頂尖、液壓頂固定平臺(tái)和液壓系統(tǒng)組成。液壓系統(tǒng)無需新裝，利用裝載硐室原有的液壓站即可，作為整套裝置的唯一動(dòng)力來源。在裝載硐室煤倉溜煤斗兩側(cè)對稱搭建液壓頂安裝平臺(tái)，液壓頂斜靠安裝于溜煤斗兩側(cè)平臺(tái)上，液壓頂伸縮油缸頂部安裝有錐形頂尖(錐形頂尖的最大外徑要與液壓頂伸縮油缸外徑相同)，液壓頂伸縮時(shí)錐形頂尖伸入溜煤斗，收縮時(shí)退出溜煤斗，通過液壓頂?shù)姆磸?fù)伸縮帶動(dòng)錐形頂尖完成捅倉清堵工作[3]。該裝置不受堵塞物濕度、大小、硬度等的影響，操作簡單，清堵效果良好，如圖3所示。

圖3 工作原理圖(mm)

液壓頂伸縮行程為1 200 mm(可根據(jù)溜煤斗尺寸結(jié)構(gòu)合理配置)，保證兩側(cè)頂尖伸出后可以實(shí)現(xiàn)少量錯(cuò)位交叉，有足夠的長度可以觸碰到所有堵塞物。液壓頂油缸本體兩側(cè)分別配備進(jìn)、回液管。液壓頂安裝平臺(tái)采用160 mm工字鋼梁對稱焊接或螺栓連接于溜煤斗兩側(cè)，在平臺(tái)上焊接液壓頂固定端底座，溜煤斗外壁上焊接液壓頂伸縮油缸托架，液壓頂固定端與平臺(tái)上的底座連接，伸縮油缸通過溜煤斗外壁上的托架固定。安裝液壓頂時(shí)要注意調(diào)整至合適的角度，避免兩側(cè)錐形頂尖伸出時(shí)碰撞，同時(shí)確保錐形頂尖收縮時(shí)不進(jìn)入或略微超出溜煤斗內(nèi)壁，防止頂尖完全收縮后仍有部分位于溜煤斗內(nèi)，成為新的堵塞點(diǎn)，如圖3、圖4所示。

圖4 結(jié)構(gòu)圖(mm)

在溜煤斗兩側(cè)同高度、非對稱各開1個(gè)長形孔，做為液壓頂錐形頂尖插入溜煤斗伸縮活動(dòng)的入口。長形孔連接處需安裝封孔板，通過螺栓固定于溜煤斗兩側(cè)，封孔板上焊接桶形護(hù)罩，錐形頂尖穿過護(hù)罩伸入溜煤斗內(nèi)部，防止溜煤斗內(nèi)的煤通過長形孔外漏，如圖5所示。封孔板上桶形護(hù)罩的內(nèi)徑要略大于液壓頂錐形頂尖的直徑，兩者間隙不能過大，否則無法起到防止煤泥外流的作用。

圖5 封孔板、頂尖護(hù)罩(mm)

2.2 溜煤斗液壓清堵裝置工作原理

本裝置的動(dòng)力來自裝載硐室的液壓系統(tǒng)，只需配備一個(gè)多路液壓閥組，將該裝置的供液系統(tǒng)與給煤機(jī)供液系統(tǒng)形成并聯(lián)，確保雙方不同時(shí)打開，防止誤操作帶來安全隱患。通過高壓液管將本裝置油缸的進(jìn)/出液管與裝載硐室液壓泵站接通，當(dāng)溜煤斗處發(fā)生堵塞，振動(dòng)給煤機(jī)無法解決問題時(shí)，啟動(dòng)裝載硐室液壓泵站，將給煤機(jī)定量閘門控制閥關(guān)閉，同時(shí)打開清堵裝置供液閥，通過清堵裝置供液閥的反復(fù)開、關(guān)動(dòng)作，控制溜煤斗兩側(cè)清堵液壓頂?shù)姆磸?fù)伸縮捅倉，直到清堵完成。堵塞物落下后，恢復(fù)給煤機(jī)供液，關(guān)閉清堵裝置供液，正常裝載提煤，恢復(fù)生產(chǎn)。

本裝置的安裝使用要著重考慮溜煤斗本身的結(jié)構(gòu)尺寸，選擇最佳的安裝位置可以有效提高清堵效率。建議將本裝置安設(shè)于溜煤斗偏下部的位置，然后結(jié)合實(shí)際，適當(dāng)增大液壓頂?shù)陌惭b角度和錐形頂尖長度，增加錐形頂尖伸入溜煤斗的垂直高度，從而擴(kuò)大清堵的有效范圍，達(dá)到更好的清堵效果。

3 實(shí)踐總結(jié)

整個(gè)裝載硐室系統(tǒng)的改造是在實(shí)際應(yīng)用中依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并根據(jù)使用效果不斷優(yōu)化改良而成，制作簡單、操作便捷、效果顯著。

3.1 溜煤斗清堵裝置具有以下3個(gè)創(chuàng)新特點(diǎn)

1) 利用液壓泵站31.5 MPa的壓力作為動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)力強(qiáng)勁，適用于所有堵塞物，不僅可以清除常規(guī)堵塞物，更是解決了空氣炮無法清除高濕度、高彈性、大尺寸堵塞物的缺點(diǎn)，適用場景廣，受環(huán)境影響小，清堵效果好。

2) 錐形金屬頂尖伸入溜煤斗內(nèi)部進(jìn)行捅倉清堵，耐磨損，故障率低，可靠性強(qiáng)，維護(hù)檢修工作量小。并且只作用于堵塞物，避免了長期使用空氣炮對結(jié)構(gòu)件本身，尤其是螺栓連接部位造成的松動(dòng)、磨損等傷害。

3) 因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，可自行制作，而且受環(huán)境、空間約束性小，所以可復(fù)制性強(qiáng)、推廣性強(qiáng)，適用于所有煤倉金屬溜煤通道，可單獨(dú)使用，亦可配合空氣炮使用，可以解決所有直立式煤倉的清堵問題。

3.2 給煤機(jī)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的改造創(chuàng)新特點(diǎn)

1) 通過液壓驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)互備，改變了生產(chǎn)環(huán)節(jié)關(guān)鍵設(shè)備單動(dòng)力來源所帶來的影響，減少了生產(chǎn)制約因素，不僅為礦井生產(chǎn)任務(wù)達(dá)標(biāo)提供了保障，更為礦井生產(chǎn)安全排除了隱患。

2) 將甲帶式給煤機(jī)從電氣設(shè)備轉(zhuǎn)向了機(jī)械設(shè)備，進(jìn)行了質(zhì)的改變，簡化了結(jié)構(gòu)，減少了故障，提高了設(shè)備運(yùn)行可靠性，并且極具推廣價(jià)值，為傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力源的選配豐富了思路，尤其是老舊設(shè)備的改良提供了指導(dǎo)意義。