葛世榮，王俊濤，宋智麗

(1.中國礦業(yè)大學(xué)〈北京〉機(jī)電與信息工程學(xué)院，北京市海淀區(qū)，100083；2.中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，河北省張家口市，075100；3.寧夏天地奔牛實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司，寧夏回族自治區(qū)石嘴山市，753000)

1 刮板輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展概述

刮板輸送機(jī)是井下采煤工作面的“脊梁”裝備，它既是煤流裝運(yùn)、輸送的關(guān)鍵裝備，也是導(dǎo)引采煤機(jī)和牽引液壓支架的核心裝備。刮板輸送機(jī)經(jīng)歷了多次技術(shù)變革，推動(dòng)了采煤工藝發(fā)展及生產(chǎn)效率的大幅度提升。

刮板輸送機(jī)依靠撓性體嚙合傳動(dòng)來連續(xù)輸送松散物料，其工作原理雛形可以認(rèn)為是公元186年古代中國人畢嵐發(fā)明的刮板翻水車，如圖1所示，它以外力驅(qū)動(dòng)木鏈轉(zhuǎn)動(dòng)，木鏈上的刮板就把河水提升到岸上，堪稱史上最早刮板輸送機(jī)。

圖1 古代中國的腳踏翻水車及刮板提水原理

1795年，英國誕生了帶式輸送機(jī)，在碼頭上用于谷物裝船。1860年，俄國人洛巴金(Г.Лопатин)用帆布制成輸送帶，在西伯利亞金礦運(yùn)輸?shù)V砂，帶寬約0.7 m，運(yùn)距10～20 m，并在輸送帶鋪上橫向木條，間距40～80 mm，以阻止傾斜輸送帶上的礦砂滾落[1]。1880年，德國LMG公司制造出蒸氣機(jī)驅(qū)動(dòng)帶式輸送機(jī)。1889年，美國人托馬斯·羅賓斯(Thomas·Robins)發(fā)明了槽型輸送帶結(jié)構(gòu)，1892年他為托馬斯·愛迪生(Thomas·Edison)礦石公司設(shè)計(jì)了1條輸送煤炭和礦石的槽型帶式輸送機(jī)，1896年獲美國發(fā)明專利。1902年，瑞典山特維克公司制造出輸送礦石的鋼帶輸送機(jī)。這些技術(shù)發(fā)明為近代刮板輸送機(jī)的創(chuàng)制奠定了技術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)。

17世紀(jì)末，英國煤礦的煤炭開采出現(xiàn)了長壁開采方式，稱為什洛普郡(Shropshire)采礦工藝，礦工們沿著工作面煤層寬度落煤，將其運(yùn)出工作面，再用木支柱支撐工作面后撤所留下的頂板。大約在1900年，機(jī)械化設(shè)備用于長壁開采。1940年，采煤工作面開始使用帶式輸送機(jī)，它沿著工作面平行布置，與電動(dòng)截煤機(jī)或鉆煤機(jī)聯(lián)合使用，從此長壁開采工藝進(jìn)入“輸送機(jī)工法”階段，煤礦的開采效率和安全性顯著提高。迄今為止，煤礦刮板輸送機(jī)技術(shù)經(jīng)歷了6個(gè)發(fā)展階段。

(1)第1階段：1900-1940年，誕生可拆卸刮板輸送機(jī)，開啟煤礦半機(jī)械化開采時(shí)代。1902年，英國煤礦在采煤工作面使用布萊克特(Blackett)公司發(fā)明的帶環(huán)刮板輸送機(jī)，它是單鏈驅(qū)動(dòng)、小功率機(jī)型，與截煤機(jī)聯(lián)合使用。從1906年起，帶式輸送機(jī)被普遍用于采煤工作面，同年英國和德國還推出慣性振動(dòng)輸送機(jī)；大約在1923年，英國人阿諾德·瑞德勒(Arnold·Redler)發(fā)明了埋刮板輸送機(jī)。這一階段，采煤工作面主要采用帶式輸送機(jī)，刮板輸送機(jī)使用較少。

(2)第2階段：1940-1950年，創(chuàng)制出可彎曲刮板輸送機(jī)，煤礦進(jìn)入機(jī)械化開采時(shí)代。1941年，德國威斯特伐利亞-呂恩公司研發(fā)出世界第1臺(tái)用于刨煤機(jī)采煤工作面的鎧裝輸送機(jī)(Armoured Face Conveyor，AFC)，它是一種邊雙鏈牽引的可彎曲刮板輸送機(jī)，這種輸送機(jī)對(duì)起伏底板適應(yīng)性強(qiáng)，可沿底板彎曲推移，并作為刨煤機(jī)或滾筒采煤機(jī)運(yùn)行軌道，既能裝運(yùn)煤炭也能在移溜時(shí)清理底板，這對(duì)機(jī)械化采煤技術(shù)發(fā)展具有劃時(shí)代意義。1947年，英國達(dá)勒姆郡的莫里森-巴斯蒂煤礦(Morrison Busty)首次使用鎧裝刮板輸送機(jī)，同年梅塞爾·道梯(Messrs·Dowty)研發(fā)出液壓支柱。在此期間，英國煤礦工作面使用輸送機(jī)達(dá)8 500臺(tái)，其中帶式輸送機(jī)占64%，鏈板輸送機(jī)占18%，振動(dòng)輸送機(jī)占18%[2]。

(3)第3階段：1950-1985年，創(chuàng)設(shè)出可自移的刮板輸送機(jī)，煤礦跨入綜合機(jī)械化開采時(shí)代。1953年，英國煤礦工作面開始使用液壓支柱支護(hù)頂板。1954年，伽立克公司(Gullick Ltd)制造出第1臺(tái)自移式柱式液壓支架，與安德森-博耶斯公司(Anderson-Boyes)制造的卻盤納采煤機(jī)和鎧裝刮板輸送機(jī)組合，形成世界第1個(gè)長壁工作面綜合機(jī)械化機(jī)組，在英國德比郡的奧蒙德煤礦(Ormonde)首次運(yùn)行，從此煤礦進(jìn)入高效機(jī)械開采新時(shí)代，并一直沿用至今。從此之后，采煤工作面刮板輸送機(jī)約每隔10年左右就產(chǎn)生一個(gè)技術(shù)跨越。

(4)第4階段：1985-2000年，發(fā)展重型化刮板輸送機(jī)，煤礦走向高產(chǎn)高效綜采時(shí)代。20世紀(jì)80年代中期，英國道梯麥柯公司(Dowty Meco Ltd)首先研制成功整體鑄焊式封底溜槽，使溜槽的強(qiáng)度、壽命和可靠性得到大幅度提高；同期，德國采礦公司DBT研制出PF4型整體軋制式封底溜槽，使得刮板輸送機(jī)可靠性和開機(jī)率顯著提高。此外，大功率電機(jī)、高強(qiáng)度圓環(huán)鏈、交叉?zhèn)刃妒叫遁d裝置、液壓緊鏈器和雙速電機(jī)、限矩聯(lián)軸器及行星減速器的傳動(dòng)裝置等先進(jìn)結(jié)構(gòu)誕生，讓刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效工作面日產(chǎn)0.8萬～1.0萬t的煤流運(yùn)輸。到20世紀(jì)90年代中期，工作面刮板輸送機(jī)最大裝機(jī)功率已達(dá)4×800 kW，輸送能力達(dá)4 500 t/h，輸送長度達(dá)450 m，1996年世界高產(chǎn)綜采工作面平均日產(chǎn)2萬～2.5萬t煤炭[3]。

(5)第5階段：2000-2010年，研發(fā)出自動(dòng)化刮板輸送機(jī)，煤礦邁向數(shù)字化綜采時(shí)代。國外有關(guān)公司研制出各種可控驅(qū)動(dòng)裝置和自動(dòng)調(diào)鏈裝置，它們是自動(dòng)化刮板輸送機(jī)開始應(yīng)用的1個(gè)主要特征。在此期間廣泛應(yīng)用的有德國 DBT 公司和美國DODGE 公司研制的CST 型裝置，德國道斯騰(Dorsten)公司研制出的薩夫科賽道(Safcsydor)驅(qū)動(dòng)裝置，德國福伊特(Voith Turbo)公司研制出的DTP液力偶合器，以及可控硅、變頻器等驅(qū)動(dòng)裝置。1988年，德國 DDM研究中心首先研制成功AVK型刮板輸送機(jī)自動(dòng)緊鏈裝置，之后美國久益(JOY)公司也研制出機(jī)尾自動(dòng)伸縮緊鏈裝置(ACTS)。2010年，高壓變頻拖動(dòng)技術(shù)開始用于我國重型、超重型刮板輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了可控軟啟動(dòng)及多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的平衡控制。此外，這一時(shí)期的刮板輸送機(jī)安裝了電壓、電流、速度及電動(dòng)機(jī)和減速器溫升等在線監(jiān)測(cè)傳感器，實(shí)現(xiàn)了井下中央控制室和地面調(diào)度室對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)監(jiān)控。這些自動(dòng)化新技術(shù)有效解決了重型刮板輸送機(jī)的啟動(dòng)過載問題、功率平衡問題、過載保護(hù)和松弛懸鏈問題。同時(shí)這一時(shí)期，電液控制的液壓支架和計(jì)算機(jī)控制采煤機(jī)的技術(shù)有了巨大進(jìn)步，形成了以刮板輸送機(jī)為脊梁的采-運(yùn)-支聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)字化綜采工作面模式。

(6)第6階段：自2010年之后，創(chuàng)新智能化刮板輸送機(jī)，開啟了煤礦少人化智采時(shí)代。刮板輸送機(jī)技術(shù)進(jìn)入數(shù)字化、自動(dòng)化、智能化新階段后，國內(nèi)外陸續(xù)推出不同層次的智能控制刮板輸送機(jī)。2010年，重型刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)可控軟啟動(dòng)及多點(diǎn)驅(qū)動(dòng)平衡控制；2015年，寧夏天地奔牛集團(tuán)推出基于多參數(shù)、分級(jí)調(diào)速的智能控制刮板輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)了刮板輸送機(jī)的可控軟啟動(dòng)、鏈條張力主動(dòng)調(diào)控、多驅(qū)動(dòng)點(diǎn)功率協(xié)調(diào)、智能變頻調(diào)速、關(guān)鍵零部件健康診斷及剩余壽命預(yù)測(cè)、多設(shè)備信息融合協(xié)同控制等功能[4]。2021年，張家口煤機(jī)公司研制成功綜放工作面3 000+2 000 kW型前后部智能刮板輸送機(jī)。目前，我國智能刮板輸送機(jī)技術(shù)已位居世界前列。

歸納以上6個(gè)發(fā)展階段，礦用刮板輸送機(jī)機(jī)型圖譜如圖2所示。

圖2 礦用刮板輸送機(jī)機(jī)型圖譜

2 英國制造刮板輸送機(jī)歷程

2.1 道梯-麥柯公司生產(chǎn)機(jī)型

1909年，麥柯礦山技術(shù)公司(Mining Engieering Co，Meco)在英國謝菲爾德市成立，1925年公司業(yè)務(wù)遷到伍斯特市，1929年制造出Meco E.22型電驅(qū)振動(dòng)輸送機(jī)，1934年該公司生產(chǎn)出摩爾(M·Moore)先生發(fā)明的麥柯-摩爾(Meco-Moore)裝載機(jī)，并首次在英國蘭開夏郡的1個(gè)煤礦使用，截割桿切下來的煤炭被裝載到輸送帶上，將其運(yùn)出工作面。

1968年，道梯(Dowty)公司并購了麥柯公司，1979年組建為道梯-麥柯公司(Dowty-Meco)。道梯公司于1931年由喬治·道梯(George Dowty)創(chuàng)立，生產(chǎn)飛機(jī)部件，1940年更名為設(shè)備制造公司，當(dāng)年制造出采煤工作面帶式輸送機(jī)如圖3所示。二戰(zhàn)結(jié)束后，道梯公司生產(chǎn)煤礦液壓支柱和支護(hù)系統(tǒng)，1952年制造出柱式液壓支架，成為采礦工程技術(shù)的重要突破。1960年，位于阿什徹奇的道梯采礦設(shè)備公司推出“頂板大師”——全機(jī)械化頂板液壓支護(hù)系統(tǒng)。1981-1984年，英國道梯-麥柯公司生產(chǎn)出功率為2×525 kW、運(yùn)輸能力為250 t/h的側(cè)卸式刮板輸送機(jī)，在南非和澳大利亞煤礦創(chuàng)造并保持了世界最高運(yùn)煤紀(jì)錄[5]。

圖3 道梯公司1940年制造的帶式輸送機(jī)

道梯-麥柯公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)主要機(jī)型有：ML-190型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率90 kW(如圖4所示)，輸送能力470 t/h，鋪設(shè)長度157 m；ML-220型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×90 kW，輸送能力600 t/h，鋪設(shè)長度157 m；ML-250型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×110 kW，輸送能力700 t/h，鋪設(shè)長度200 m；ML-500型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×112 kW，輸送能力500 t/h，鋪設(shè)長度200 m；ML-722型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×112 kW，輸送能力700 t/h，鋪設(shè)長度200 m；ML-1000型雙中鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×225 kW，輸送能力850～1 000 t/h，鋪設(shè)長度230 m。

圖4 道梯-麥柯公司制造的雙鏈刮板輸送機(jī)

2.2 安德森-梅沃公司生產(chǎn)機(jī)型

1881年，繆爾和梅沃(Muir and Mavor)在布里奇頓市成立電氣公司，1891年改為梅沃-庫爾森公司(Mavor and Coulson，M&C)，1894年制造出串激電動(dòng)機(jī)，1897年開始制造電動(dòng)截煤機(jī)，生產(chǎn)出第1臺(tái)密閉式電動(dòng)截煤機(jī)和鐵殼電動(dòng)機(jī)。1908年，該公司開始制造地下采煤輸送機(jī)和裝載機(jī)，如圖5所示，1926年制造出英國第1臺(tái)地下大運(yùn)距槽型帶式輸送機(jī)，1940年推出可拆卸帶式輸送機(jī)，如圖6所示。

圖5 M&C公司1933年的可移動(dòng)裝載機(jī)

圖6 M&C公司1940年的可拆卸帶式輸送機(jī)

1945年，安德森-博耶斯(Anderson Boyes )公司制造出第1臺(tái)高效長壁截裝機(jī)，具有煤層切割和裝載帶式輸送機(jī)的雙重功能。1948年該公司把鎧裝刮板輸送機(jī)引入英國煤礦，實(shí)現(xiàn)了采煤連續(xù)化。1966年，該公司與梅弗-庫爾森公司合并為安德森-梅沃公司(Anderson-Mavor)，1974年更名為安德森-斯特萊斯克拉德公司(Anderson Strathclyde)，1983年該公司被英國特許聯(lián)合公司(Charter Consolidated)購并。

安德森-梅沃公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)主要機(jī)型有：LM-250型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×110 kW，輸送能力600 t/h，鋪設(shè)長度205 m；LM-500型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×110 kW，輸送能力600 t/h，鋪設(shè)長度185 m。1980年，該公司制造出“無畏”(Dreadnaught)型1 500重型刮板輸送機(jī)，運(yùn)輸能力達(dá)到1 500 t/h，與當(dāng)時(shí)功率最大的AM-1 000型采煤機(jī)配套使用。

3 德國制造刮板輸送機(jī)歷程

3.1 威斯特伐利亞公司生產(chǎn)機(jī)型

1941年，德國威斯特伐利亞-呂恩公司研發(fā)出世界第1臺(tái)用于刨煤機(jī)工作面的邊雙鏈牽引的重型可彎曲刮板輸送機(jī)(AFC)，它可沿底板彎曲推移，并作為刨煤機(jī)或滾筒采煤機(jī)運(yùn)行軌道，既能裝運(yùn)煤炭也能在移溜時(shí)清理底板，這對(duì)機(jī)械化采煤技術(shù)發(fā)展具有劃時(shí)代意義。1963年，該公司研發(fā)出單中鏈刮板輸送機(jī)；1970年，該公司和哈爾巴赫-布朗公司研制出雙中鏈刮板輸送機(jī)，它集中了雙邊鏈和單中鏈輸送機(jī)優(yōu)點(diǎn)。1982年，西德煤礦使用雙中鏈刮板輸送機(jī)的占比約60%，而使用雙邊鏈機(jī)型和單中鏈機(jī)型的占比約為23%和17%，西德煤礦刮板輸送機(jī)的機(jī)型迭代如圖7所示。

圖7 20世紀(jì)70年代西德刮板輸送機(jī)機(jī)型迭代

威斯特伐利亞公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)主要機(jī)型有：PF00、PF0、PF1、PF2型雙邊鏈刮板輸送機(jī)，輸送能力500～600 t/h，PF1型刮板輸送機(jī)如圖8所示。1981年，該公司推出PFⅡV-MR8型薄煤層刨煤機(jī)的刮板輸送機(jī)。中雙鏈刮板輸送機(jī)包括PFⅡV-600型，其驅(qū)動(dòng)功率2×160 kW，輸送能力900 t/h，鋪設(shè)長度208 m；PF3型的輸送能力1 000 t/h；PF4型的驅(qū)動(dòng)功率3×750 kW，輸送能力4 500 t/h，鋪設(shè)長度350 m；PF5型的驅(qū)動(dòng)功率3×855 kW，輸送能力4 500 t/h，鋪設(shè)長度450 m。

圖8 PF-1型可彎曲鏈板輸送機(jī)

1993年，德國威斯特伐利亞-貝考瑞特工業(yè)技術(shù)公司與美國道奇公司合作，試制成功刮板輸送機(jī)可控啟動(dòng)(CST)裝置，1995 年 CST 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在美國長壁工作面首次投入使用，之后有 400 余套 CST 控制裝置被用于美國、澳大利亞、中國、德國、捷克的煤礦重型刮板輸送機(jī)。

3.2 哈爾巴赫-布朗公司生產(chǎn)機(jī)型

1929年，德國艾柯夫公司開始制造帶式輸送機(jī)，后來分建了哈爾巴赫-布朗公司(Halbach &Braun)，1959年開始研制重型單鏈刮板輸送機(jī)，1962年，該公司推出EFK-0型單鏈?zhǔn)芥z裝輸送機(jī)，這是世界第1臺(tái)直角轉(zhuǎn)彎鎧裝輸送機(jī)。1969年，該公司研制成功側(cè)卸式刮板輸送機(jī)。到1974年，EKF型單鏈輸送機(jī)占德國煤礦綜采工作面輸送機(jī)總數(shù)的60%，其中EKF-3機(jī)型占EKF機(jī)型總數(shù)的85%。

哈爾巴赫-布朗機(jī)械制造有限公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)主要機(jī)型有：EKF-3型中單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×90 kW，輸送能力500 t/h，鋪設(shè)長度200 m；EKF-3/E73V型中單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×90 kW，輸送能力500 t/h，鋪設(shè)長度205 m，我國曾進(jìn)口28臺(tái)；EKF-3/74V型中單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×160 kW，輸送能力700 t/h，鋪設(shè)長度200 m，我國曾進(jìn)口67臺(tái)；EKF-3/E74V型中單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×160 kW，輸送能力700 t/h，鋪設(shè)長度205 m。1990年，艾柯夫公司制造出EKF-4/HB280型刮板輸送機(jī)，輸送量達(dá)1 500～2 000 t/h，水平鋪設(shè)長度250～300 m；之后又制造出EKF-6型刮板輸送機(jī)，其輸送能力達(dá)到1 300 t/h。

3.3 德國采礦技術(shù)公司生產(chǎn)機(jī)型

1995年，由哈爾巴赫-布朗機(jī)械制造有限公司、海爾曼-赫姆夏特機(jī)械制造股份有限公司、威斯特伐利亞-貝考瑞特工業(yè)技術(shù)公司合并成立德國采礦技術(shù)公司(DBT)，成為全球刮板輸送機(jī)研發(fā)制造領(lǐng)先企業(yè)，它繼承了威斯特伐利亞公司的PF刮板輸送機(jī)產(chǎn)品標(biāo)識(shí)。

1996年，DBT公司造出MTA-42-3×1000型重載軟起動(dòng)刮板輸送機(jī)，裝機(jī)功率為3×750 kW，雙中心鏈2×Φ42/46 mm，軋焊溜槽高355 mm，寬1 200 mm，運(yùn)輸能力4 500 t/h，在美國科羅拉多州塞浦露斯20英里礦與朗艾道公司制造的EL3000型安德森電牽引采煤機(jī)聯(lián)合運(yùn)行，1997年6月創(chuàng)造月產(chǎn)99萬t煤炭的世界紀(jì)錄。

2002年，DBT公司研發(fā)出PF6型刮板輸送機(jī)，該機(jī)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)了易更換的耐磨中部槽結(jié)構(gòu)，如圖9所示，可拆卸中部槽采用超硬耐磨材料軋焊結(jié)構(gòu)，固定部件采用超高強(qiáng)度材料制造，輸送槽允許垂向擺動(dòng)±6°、橫向擺動(dòng)0.8°～1.2°，對(duì)復(fù)雜底板具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，用于年產(chǎn)量1 000萬t以上工作面煤流運(yùn)輸。

圖9 PF6刮板輸送機(jī)的新型耐磨中部槽結(jié)構(gòu)

2006年2月，美國比塞洛斯國際公司(Bucyrus International)收購了德國DBT公司；2011年7月，美國卡特彼勒公司收購了比塞洛斯國際公司，自此DBT公司刮板輸送機(jī)制造業(yè)歸入卡特彼勒公司，產(chǎn)品系列包括PF3、PF4、PF5、PF6、PF HD和PF7型號(hào)，中部槽寬度822～1 542 mm，運(yùn)輸能力1 300～6 200 t/h。

2015年，卡特彼勒(中國)公司制造出PF6型刮板輸送機(jī)，在大同煤礦集團(tuán)東周窯煤礦放頂煤工作面運(yùn)行，采高8 m，工作面長度可達(dá)260 m，該機(jī)型采用模塊化設(shè)計(jì)，將耐磨硬化鋼部件與高強(qiáng)度鋼支撐結(jié)構(gòu)分成兩部分，可使磨損部件更換更為方便，前部刮板輸送機(jī)的輸送量可達(dá)2 500 t/h，后部刮板輸送機(jī)為3 000 t/h，輸送機(jī)總裝機(jī)功率為4×1 050 kW。

4 蘇聯(lián)制造刮板輸送機(jī)歷程

1913年，蘇聯(lián)煤炭產(chǎn)量約0.29億t，采煤機(jī)械化程度僅為1.7%。到1933年，工作面使用截煤機(jī)占42.3%、運(yùn)輸機(jī)占39.7%，采煤機(jī)械化程度達(dá)到70%，煤炭產(chǎn)量為0.76億t。1940-1955年，蘇聯(lián)井工煤礦使用的機(jī)械設(shè)備數(shù)量見表1，其中1950年大型機(jī)械化煤礦有897處，運(yùn)行聯(lián)合采煤機(jī)為688臺(tái)，重型割煤機(jī)4 815臺(tái)，刮板輸送機(jī)18 996臺(tái)，機(jī)械化割煤和落煤占98.7%，工作面機(jī)械化運(yùn)煤占99.1%，機(jī)械化大巷運(yùn)輸占93%，煤炭產(chǎn)量達(dá)到2.6億t[6-7]。

表1 1940-1955年蘇聯(lián)井工煤礦機(jī)械數(shù)量情況

1931年，五一礦務(wù)局的機(jī)械師А.И.巴哈穆特斯基設(shè)計(jì)出世界第1臺(tái)帶有刮板輸送機(jī)的采煤康拜因，命名為Б-1型，如圖10所示，該機(jī)安裝在帶有橫向刮板輸送機(jī)的底板上，1932年在頓巴斯的煤礦進(jìn)行試驗(yàn)。1932年，布良斯克礦務(wù)局試制出У-3型截煤機(jī)康拜因，該機(jī)后面掛有裝煤刮板輸送機(jī)，把煤炭裝入工作面的СТ2-11型刮板輸送機(jī)。1935-1938年，這種采煤康拜因制造了7臺(tái)，在布良斯克礦務(wù)局和紅色頓河礦務(wù)局使用。

圖10 帶有刮板輸送機(jī)Б-1型采煤康拜因

1939年，礦工之光機(jī)械制造廠和安熱爾機(jī)械制造廠開始生產(chǎn)СКР-11型刮板輸送機(jī)，如圖11所示，СКТ3-6型刮板輸送機(jī)(如圖12所示)和СТР-30型刮板輸送機(jī)。到20世紀(jì)40年代末，這些輸送機(jī)廣泛用于煤礦工作面運(yùn)輸。1950年，礦工之光機(jī)械制造廠制造出СК-30型雙鏈驅(qū)動(dòng)可逆轉(zhuǎn)刮板輸送機(jī)，功率29 kW，如圖13所示。至20世紀(jì)80年代初，蘇聯(lián)煤礦采出的煤炭約有一半由礦工之光機(jī)械制造廠生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)運(yùn)出。目前，該廠成為烏克蘭科魯姆(Corum)集團(tuán)成員，開始生產(chǎn)СП-326型低速刮板輸送機(jī)。

圖12 СКТ3-6型刮板輸送機(jī)

圖13 СК-30型刮板輸送機(jī)

1961年，蘇聯(lián)國立采煤機(jī)器制造實(shí)驗(yàn)研究院歸并編制出刮板輸送機(jī)新型譜，把31種刮板輸送機(jī)型號(hào)整合為16種型號(hào)，見表2。到1963年，煤礦使用的3.5萬臺(tái)刮板輸送機(jī)分別由哈爾柯夫斯克礦工之光機(jī)器制造廠、斯科賓斯克機(jī)器制造廠、安熱爾機(jī)器制造廠生產(chǎn)[8]。

表2 蘇聯(lián)刮板輸送機(jī)新舊型譜歸并替代

從1976年開始，紅光機(jī)械制造廠開始生產(chǎn)СП-202型(如圖14所示)和СП-87П型刮板輸送機(jī)(如圖15所示)，該廠擁有專門生產(chǎn)中部槽的42條連續(xù)作業(yè)線，焊接機(jī)械化程度達(dá)82%。為了提高刮板輸送機(jī)關(guān)鍵部件的耐磨壽命，該廠在連續(xù)焊接線上為中部槽同時(shí)堆焊4條耐磨帶，設(shè)置專用機(jī)械手實(shí)現(xiàn)СП型刮板輸送機(jī)牽引鏈輪的耐磨堆焊強(qiáng)化。1981年，該廠開始研制СПЦ-151型、СПЦ-169型、СПЦ-261型、СПЦ-271型、СПЦ-301型刮板輸送機(jī)。

圖14 СП-202型刮板輸送機(jī)

圖15 СП-87П型刮板輸送機(jī)

1976年，斯克賓斯基機(jī)器制造廠研制出СП-64П2型單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率45～110 kW，運(yùn)輸能力260～300 t/h，以替代СП-63М型刮板輸送機(jī)。該機(jī)于1977年9月在羅文科夫斯基礦區(qū)71號(hào)礦井和“十月革命六十周年”礦井進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，平均日產(chǎn)量達(dá)570 t和750 t，運(yùn)輸能耗為0.37 kWh/(t·km)，輸送機(jī)無負(fù)荷、半負(fù)荷、滿負(fù)荷的啟動(dòng)時(shí)間分別為1.5 s、2.5 s、3～3.5 s[9]。

1980年，斯科琴斯基礦業(yè)研究所設(shè)計(jì)制造出КЬ-1型無刮板輸送機(jī)樣機(jī)(如圖16所示)，由溜槽、卸載頭部、傳動(dòng)部和平轉(zhuǎn)封閉鏈組成，該機(jī)運(yùn)距100 m、設(shè)計(jì)運(yùn)力200 t/h，鏈條為Φ24×86圓環(huán)鏈，鏈速0.91 m/s，承載槽寬400 mm、高193 mm，空程鏈槽寬200 mm。該機(jī)在頓巴斯無煙煤聯(lián)合企業(yè)的查坡洛什礦的15號(hào)東方工作面巷道進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，并與СП-63型刮板輸送機(jī)進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，在基本相同的運(yùn)行工況下，КЬ-1型無刮板輸送機(jī)能耗為0.053 kWh/t，比СП-63型刮板輸送機(jī)能耗(0.15 kWh/t)降低了67%[10]。

1-機(jī)架；2-溜槽；3-輸送鏈；4-轉(zhuǎn)載口；5-驅(qū)動(dòng)鏈輪；6-底盤；7-導(dǎo)鏈裝置；8-回鏈。

1982年，莫斯科煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)院研制出СП-301型刮板輸送機(jī)(如圖17所示)，用于0～35°煤層的工作面運(yùn)輸，運(yùn)輸能力為1 150 t/h，運(yùn)距120 m，傳動(dòng)功率240 kW，該機(jī)在南庫茲巴斯的托姆斯占婭礦進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)。工作面煤層厚度3.5 m，傾角6°～8°，長度100 m，最高日產(chǎn)煤炭2 370 t。

圖17 СП-301型刮板輸送機(jī)

1985年，礦工之光機(jī)械制造廠研制出1СК-38М型刮板輸送機(jī)，在頓巴斯無煙煤生產(chǎn)聯(lián)合公司的《消息報(bào)》煤礦及斯達(dá)哈諾夫生產(chǎn)聯(lián)合公司扎米柯夫煤礦進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，該機(jī)是СК-38輸送機(jī)的改進(jìn)機(jī)型，分為運(yùn)距110 m、170 m和驅(qū)動(dòng)功率30 kW、2×30 kW 4種機(jī)型，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸能力125 t/h和140 t/h[11]。

1987年，斯科賓斯克機(jī)械制造廠生產(chǎn)出СПЦ-162型刮板輸送機(jī)(如圖18所示)，在巴甫洛格勒礦區(qū)的捷爾諾夫斯科煤礦進(jìn)行了工業(yè)試驗(yàn)，該機(jī)運(yùn)距200 m，運(yùn)輸能力360 t/h，驅(qū)動(dòng)功率180 kW，溜槽平均使用壽命45萬t，平均無故障工作時(shí)間36 h，平均維修時(shí)間1.05 h，運(yùn)輸能耗3.03 kWh/(t·km)[12]。

圖18 СПЦ-162型刮板輸送機(jī)

蘇聯(lián)煤礦刮板輸送機(jī)代表性機(jī)型有礦工之光機(jī)械制造廠生產(chǎn)的СП-202型、СП-87ПМ型、СП-63М型、КМ81-02БМ型可彎曲刮板輸送機(jī)；斯科賓斯克機(jī)械制造廠生產(chǎn)的СПУ-161型、СПЦ-161型、СП-48М型、СПМ-46型可彎曲刮板輸送機(jī)；烏茲洛夫斯克機(jī)械制造廠生產(chǎn)的КЦ-3М型、СУОКП型、СУОКП-70型可彎曲刮板輸送機(jī)；安熱爾機(jī)械制造廠生產(chǎn)的СК-38型、СР-70М型、С-53МУ型可拆卸式刮板輸送機(jī)[13]。

5 其它國家制造刮板輸送機(jī)歷程

1941年，波蘭雷布尼克(Rybnik)機(jī)械廠制造出首臺(tái)刮板輸送機(jī)并在伍耶克煤礦使用，該廠曾是世界刮板輸送機(jī)主要制造工廠，20世紀(jì)60年代，該廠推出了薩姆遜-НП型刮板輸送機(jī)，1967年造出西里西亞-67型、薩姆遜-67型、格洛特-67型等標(biāo)準(zhǔn)化刮板輸送機(jī)機(jī)型；1971年制造出Rybnik-71型刮板輸送機(jī)，1972年推出Rybnik-72型刮板輸送機(jī)，1973年推出Rybnik-73型單鏈刮板輸送機(jī)。到1973年，波蘭有采煤礦井73處，運(yùn)行采煤機(jī)718臺(tái)、刨煤機(jī)121臺(tái)，井工產(chǎn)量1.44億t，采煤機(jī)械化程度為88%，并可生產(chǎn)14種型號(hào)的刮板輸送機(jī)，最大功率270 kW，最大輸送能力500 t/h。1976年，該廠推出Rybnik-76型，1980年推出Rybnik-80型雙中鏈刮板輸送機(jī)。

20世紀(jì)60年代，匈牙利制造了П-620型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率4×55 kW，輸送量300 t/h，鋪設(shè)長度200 m。羅馬尼亞制造了ТР-3型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率4×22 kW，輸送量150 t/h，鋪設(shè)長度180 m；ТР-4型三鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率4×45 kW，輸送量300 t/h，鋪設(shè)長度240 m。捷克制造了ТГ-500A型邊雙鏈或三鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×30 kW，輸送量190 t/h，鋪設(shè)長度180 m；ТГ-600A型邊雙鏈或三鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率4×55 kW，輸送量200 t/h，鋪設(shè)長度200 m；ТГ-500Ц型三鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×100 kW，輸送量500 t/h，鋪設(shè)長度200 m。

在日本，三井三池公司生產(chǎn)的刮板輸送機(jī)有H620邊雙鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度100 m，輸送量150 t/h，驅(qū)動(dòng)功率2×40 kW；H450單鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度100 m，輸送量70 t/h，驅(qū)動(dòng)功率2×22.5 kW；MRG-SL90邊雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×90 kW，輸送能力350 t/h，鋪設(shè)長度204 m。三菱公司制造NSC-620型邊雙鏈刮板輸送機(jī)如圖19所示，鋪設(shè)長度300 m，輸送量120～250 t/h，驅(qū)動(dòng)功率120 kW；NSC-515型中雙鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度300 m，驅(qū)動(dòng)功率120 kW；NSC-450型單鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度200 m，驅(qū)動(dòng)功率90 kW。日立公司制造了HDC-620型單鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度300 m，輸送量100～120 t/h，驅(qū)動(dòng)功率2×40 kW；HDC-450型單鏈刮板輸送機(jī)，鋪設(shè)長度300 m，輸送量60～70 t/h，驅(qū)動(dòng)功率2×30 kW。

圖19 三菱公司制造NSC-620邊雙鏈刮板輸送機(jī)

此外，法國制造的刮板輸送機(jī)有TM12-14/350型中雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×9 kW；TM32-14/350型中雙鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率2×26 kW；TM64型單鏈刮板輸送機(jī)，驅(qū)動(dòng)功率64 kW。奧地利制造的刮板輸送機(jī)有EB620型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，輸送量200 t/h；EB515型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，輸送量130 t/h；EB440型邊雙鏈刮板輸送機(jī)，輸送量75 t/h。

6 結(jié)語

刮板輸送機(jī)的迭代創(chuàng)新已有100多年的歷史，為煤礦機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化開采奠定了重要裝備基礎(chǔ)。刮板輸送機(jī)創(chuàng)始于英國，拓展于蘇聯(lián)，改進(jìn)于德國，普及于歐洲。刮板輸送機(jī)發(fā)展歷經(jīng)了可拆卸刮板輸送機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、可自移刮板輸送機(jī)、重型化刮板輸送機(jī)、自動(dòng)化刮板輸送機(jī)、智能化刮板輸送機(jī)等6次技術(shù)變革，先后開啟了煤礦半機(jī)械化開采時(shí)代、機(jī)械化開采時(shí)代、綜合機(jī)械化開采時(shí)代、高產(chǎn)高效綜采時(shí)代、數(shù)字化采煤時(shí)代和智能化采煤時(shí)代。目前，我國煤炭產(chǎn)量占到世界的50%左右，刮板輸送機(jī)是大型化煤礦不可或缺的生產(chǎn)裝備，我國已成為重型化、智能化刮板輸送機(jī)制造強(qiáng)國。

致謝：此文構(gòu)思起于2021年初，數(shù)據(jù)收集得到各方朋友幫助，感謝布頓-貝卡爾特繩索集團(tuán)公司(Bridon-Bekaert Rope Group)英國技術(shù)中心王捧柱博士、天地科技太原分公司王步康董事長、英國北方礦山研究會(huì)(Northern Mine Research Society)和礦業(yè)研究所(The Mining Institute)，同時(shí)感謝中國礦業(yè)大學(xué)(北京)高潔女士幫助收集到一些寶貴的蘇聯(lián)刮板輸送機(jī)資料。