带式储运机在煤矿掘进工作面的研究与应用

李新海 徐兴民 刘仕磊

（山东能源新汶矿业集团翟镇煤矿，山东省新泰市，271204）

1 矿井概况

新汶矿业集团公司翟镇煤矿1993年投产，设计生产能力120 万t／a。矿井目前为单水平开采，开采水平为-400水平，-400水平有六采区、七采区、后组三采区3个采区，生产能力200万t／a。原煤生产运输系统由井下皮带运输系统、立井提升运输系统和地面原煤运输系统组成。

2013年10月，翟镇矿对矿井原煤运输系统进行集中改造，取消了原有架线电机车运煤方式，矿井西翼、南翼和东翼采区原煤全部通过皮带运输系统输送至井底煤仓，经主井提升至地面，实现了矿井原煤无轨化运输。

2 课题的提出

由于采煤工作面和掘进工作面产出的原煤及矸石全部通过主运输皮带进行运输，如何合理分配采掘工作面的运输时间、实现煤矸分储分运、提高系统运输效率成为矿井原煤产量和矿井正常接续开拓的关键因素。以下弊端亟待解决：

（1）当采煤工作面出煤、掘进工作面出矸时，采煤工作面遇断层打放出矸、掘进工作面出煤时，为保证原煤煤质，采掘进工作面严禁同时出煤或矸石，通常情况下以采煤工作面优先，造成工作面产出的煤矸石无法及时外排，严重影响正常掘进，降低掘进效率。

（2）现矿井部分掘进工作面为炮掘，产生的煤矸石一般通过扒装机进行扒装后进入运输系统，扒装运输效率低，运输系统长时间轻载运行造成电能的极大浪费。

3 带式储运机结构及工作原理

针对制约掘进工作面的关键因素，通过反复研究试验改造，翟镇矿成功自行研制了配套适应掘进工作面的带式储运机，取代了煤矿井下传统应用的梭式矿车储运装置，用于集中存储、集中运输工作面产生的煤矸石。

3.1 带式储运机结构

该设备主要由驱动装置、储带仓、中间架、挡料板及机尾架组成。带式储运机结构见图1。

驱动装置由驱动架、驱动滚筒、永磁直驱变频装置组成，驱动架使用12 mm 钢板焊接成型，并用11＃工字钢作为横撑，防止驱动架受力变形，驱动滚筒使用ø500 mm×1400 mm 滚筒，永磁直驱变频调速电动机通过弹性柱销联轴器与驱动滚筒刚性联接；涨紧装置使用手动涨紧器配套ø320 mm涨紧滚筒、ø200 mm 导向滚筒手动涨紧；卸载装置机机尾装置使用11＃工字钢加工，卸载滚筒、机尾导向滚筒为ø320 mm×1400 mm；中间架使用14＃槽钢连接，横撑使用11＃工字钢连接固定；挡料板采用U 型结构，使用6 mm 钢板配套法兰盘加工，通过侧板与连接架固定，单位有效截面积可达0.9m2。

3.2 工作原理

当掘进工作面出矸或出煤时，储运机挡料板、挡料皮子及运输皮带形成储料空间，经工作面运输设备将煤矸石输送至储运机内，永磁直驱变频调速电动机通过弹性柱销联轴器与驱动滚筒刚性联接，通过变频控制，使驱动滚筒以带速0.2m／s驱动储运机皮带低速、匀速运行，实现对煤矸石的集中储存。当工作面出完煤矸石或储运机达到装载极限后停机，待运输系统具备运输条件时，将变频器切换至0.5m／s带速下，实现快速集中排料。

3.3 设备特点

（1）采用直驱同步变频系统为设备提供低速大转矩动力，通过对传统带式输送机驱动系统进行改造，使用大转矩永磁同步直驱变频电机取代传统的三相异步电动机、液力耦合器及减速箱，实现了传动系统结构的简化，并满足重载起动要求。

（2）采用模块化结构设计，构件全部通过螺栓固定连接，结构简单，重量轻，方便井下运输及现场安装，设计长度从30～50m 可随意根据现场需要进行调整。

4 效果分析

（1）通过带式储运机在掘进工作面的配套应用，实现了煤矿井下掘进工作面的掘、支、储、运一体化，每次存储能够满足工作面2～3个正规循环的矸石量，消除了运输系统环节对机械化生产的制约，实现综掘机械生产的连续性，杜绝了工作面无法及时排矸排煤进而制约正常的掘进速度，使掘进效率提高了20%。

图1 带式储运机结构

（2）通过配套永磁直驱变频驱动装置，使驱 动设备结构大大简化。一是省去减速箱，每年节省减速箱直接使用的320＃中负荷齿轮油费用约1.2万元；二是省去液力耦合器，使电机直接与传动滚筒进行刚性连接，过载系数由原来的0.8 提高至2.5，满足了现场设备重载启动要求；三是电机机械传动效率由原来的80%提高至95%，节能效率提高15%；四是传动设备实现免维护，使工人维修劳动强度大大降低；五是通过变频控制，运行速度可实现0.2～2.4m／s的高低速实时调节，极大提高了生产效率。

（3）该设备可一机多用，既可存储也可运输，实现了煤、矸分时分运和运输系统的集中运行，出矸出煤时间由原来的2h缩短为10min，杜绝了运输系统长时间轻载或空载运行，同时可根据峰谷分时合理调整运行时间，在谷段集中排料，大大降低电费支出，提高了系统运输效率，实现节支降耗。

（4）避免了掘进工作面矸石进入原煤运输系统，提高了原煤煤质。杜绝了区队为提高掘进速度，私自向运输系统偷排矸石的现象，提高了现场管理水平。

（5）设备采用模块化结构设计，结构简单，运输、安装、维修维护方便，使设备安装周期及生产准备时间大大缩短，可有效节约人力成本。

总之，翟镇煤矿自主研发设计的煤矿井下带式储运机，能够有效调节采掘工作面的生产冲突，提高煤矿炮掘及机掘工作面生产效率，提高辅助运输系统效率，大大降低设备运行维护费用，缩短生产准备时间，经过现场使用取得了较好的效果，在煤矿井下掘进工作面具有广泛的推广应用价值。

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