矸石充填刮板输送机的改造研制及应用

李亚雄

（冀中能源股份有限公司 邢东矿，河北 邢台 054000）

1 研究背景

由于岩巷进尺、整修进尺及原煤筛分系统正常运行将会产生大量矸石，为保护环境，防止地面沉降，保护地表附着物及地面建筑物，邢东矿井下矸石不允许升井，不在地面设立矸石山，生产过程中产生的矸石全部用于井下充填。近几年来该矿为解决矸石处理问题，专门设计了矸石充填工作面。

目前11235 矸石充填工作面正在回采，该工作面切眼长度约56 m，采用了SGZ800/200 矸石充填刮板输送机，该型矸石充填刮板输送机在11235 工作面使用良好，但也反映出了充填效率不够高等问题。11215 矸石充填工作面切眼长度约91 m，为满足生产需要，保证矸石充填率以满足生产需求，改善地面沉降，利用现有设备对矸石充填刮板输送机进行重新研制。

2 整体改造方案

传统铸焊结构耐磨性差，使用寿命低。目前11235 工作面所使用的刮板机中部槽中板采用进口NM450 材质，也仅能保证过矸量20 万t，而该工作面的月产量为7 万t 左右。也就意味着一套全新的刮板机使用3 个月后就要升井大修，维修费用大，影响生产进度。现有设备槽宽800 mm，其落煤孔设计较小，整体充填效率低，严重制约了综采工作面的产能。11215 工作面预期产能是月产10万t 左右，现用的刮板输送机更加不能满足生产需求。

此次配套采用SGZC900/400 刮板输送机，在立项时的设计指标是400 t/h，按每天两班16 h，每月工作24 d 计算，月产量约为15 万t，完全满足该工作面月产10 万t 的既定标准。

（1）SGZC900/400 矸石充填刮板输送机采用3D 打印净成型整铸技术中部槽（图1）及独有的TNZ 系列贝氏体钢，具有高强度、高耐磨、耐腐蚀，免于维护等优点，该材料的机械性能，抗拉强度1 242 MPa，硬度42（HRC），耐磨性为悍达500材料的1.623 倍。性价比高，能大幅度降低生产成本，为煤矿带来显著的经济效益。

图1 SGZ900/400 刮板输送机中部槽Fig.1 Middle trough of SGZ900/400 scraper conveyor

（2）现用的SGZ800/200 型刮板输送机工作时链速1.05 m/s，为保证充填效率，SGZC900/400 型刮板输送机提高链轮速度至1.1 m/s，动力部由原有的200 kW 电机改为400 kW，同时机头、机尾传动部采用对称结构设计，机头、尾可互换安装；电机旋转90°固定，防止与皮带输送机干涉，但电机、减速机外形尺寸不增加。

机头组件改进后主要由固定架、活动架、伸缩油缸、链轮组件、机头轴、舌板等部件组成。固定架体与活动架体间采用油缸连接，通过液压控制系统控制油缸伸缩，使活动架体前伸，从而达到紧链的目的。

（3）SGZC900/400 型刮板输送机增大开窗尺寸至350 mm×660 mm（宽×长），增加了落料粒度及落料量（图2）。

图2 SGZ900/400 刮板输送机Fig.2 SGZ900/400 scraper conveyor

（4）原输送机中部槽槽体、槽帮采用焊接技术，由于输送机吊挂不平整等因素造成了槽帮磨损程度加大，现采用整铸技术大大提高了槽帮的耐磨性能。

（5）插板机构采用两侧导向，其中千斤顶侧设计有导向滑块，采空区侧有导向轮及导向滑块双重导向设计，可以有效解决卸料插板开闭过程中的卡滞、歪斜、闭合不严等情况。

（6）中部槽采用3D 打印净成型整铸技术，槽宽由之前的800 mm 增大至900 mm，中部槽采用特殊的波浪纹减摩槽设计，有效地减少刮板与中板的接触面积，并极大地缓解煤及矸石对中板、刮板的磨损，使整机运行能耗大幅降低10%～30%。中部槽中板采用高强度耐磨材料，中部槽之间通过高强度哑铃销连接，提高了强度，增加了可靠性，减少了工人维护工作量。

（7）刮板采用模锻制造，以保证强度及特殊形状的要求，调质处理加工。该机型采用的刮板，中间具有足够的强度，两端提高耐磨性，受力分布更加合理。

（8）刮板链条采用34×126-C 矿用加强型高强度扁平链，链环间距为200 mm，通过U 型螺栓固定在圆环链上，链条之间采用高强度接链环连接，U 型螺栓采用模锻制造，紧固螺母采用特制自锁六角螺母，提高了刮板输送机运行的平稳性。

（9）机尾链轮、盲轴形式改为链轮组件形式。机尾部无动力部，增加涨紧底链装置，以方便上底链。

SGZC900/400 矸石充填刮板输送机运量计算见式（1）。

式中：F 为中部槽装载截断面积，m2，F=0.122 7 m2；Ψ 为装载系数，取0.9；v 为刮板链速度，取1.1 m/s；γ 为矸石容重，取1.5 t/m3。

计算Q=656 t/h。

3 应用效果

（1）采用的TNZ 系列贝氏体钢，具有高强度、高耐磨、耐腐蚀的特性，免于维护，据数据统计可减少大修费用200～240 万元；中部槽使用报废后，厂家承诺高价回收，并可以旧换新，实现废旧物资处置效益最大化，极大降低生产成本。

（2）整铸刮板机核心部件具有耐磨性好、高强度等优点，相对铸焊结构中部槽，在使用过程中免于维护，可极大地降低维修成本30%～50%。

（3）提高运输矸石刮板输送机工作时的速率，加大矸石刮板输送机的电机功率，增大开窗尺寸从而提高矸石充填效率，能满足11215 矸石充填工作面正常生产的充填需求。

（4）地面矸石投料系统建成投入使用，邢东矿今后所有回采工作面均为矸石充填工作面，因此提高矸石充填效率势在必行。邢东矿技术人员反复研究讨论，最终通过SGZC900/400 矸石充填刮板输送机的研制项目，提高矸石充填工作面后部充填刮板输送机充填效率，保证了邢东矿每月的产量要求，且节省了新设备购置费用。原SGZ800/200 矸石充填工作面使用的刮板输送机运输能力为350 t/h，而升级改造后SGZC900/400 矸石充填刮板输送机，运输能力提高至656 t/h，提高产量1.87 倍，过去矸石充填工作面月均产量为5 万t，该项目完成后可增加产量至9.35 万t 煤，按吨煤价格562 元计算，每月合计新增销售额为2 444.7 万元。

4 结 语

矸石充填开采在工作面防火管理、防止瓦斯超限、防止地面沉降、顶板控制和防治水方面的效果显著，同时项目的成功实施降低工人的劳动强度，解决矸石处理问题，保证了矸石充填率、充填效果及原煤产量，实现了“矸石不升井、采煤不见煤”绿色矿山的目标，对煤炭行业矸石充填方面的研究有借鉴意义。项目完成后将产生极大的经济效益和社会效益，产生良好的社会影响，具有推广应用前景。