综采工作面重型刮板输送机的现状与发展趋势

姜举臣

（神华神东煤炭集团公司三道沟煤矿，陕西 榆林 719400）

中国的煤矿以井工开采为主，占到煤炭总产量的80%，综合机械化采煤是最先进的井工采煤工艺，具有生产能力大、安全性高，回采率高、经济效益好的优点，现代化矿井的高强度生产模式对综采设备的可靠性和自动化提出更高的要求。

1. 工作面刮板输送机发展现状

进入21世纪后，在技术进步和市场需求的推动下，刮板输送机向大运量、长运距、大功率、高可靠性和长寿命方向发展，综采工作面摆脱供电容量的束缚，重型刮板输送机获得空前发展，铸焊式中部槽因可靠性高、制造灵活、配套方便得到广泛应用，中部槽内宽达到1000～1400mm，链条规格为Φ42～Φ60mm，装机功率2×700kW～3×1600kW， 输 送 能力2500～5000t／h，输送距离延长到300～450m，工作面年产量达到600～1000万吨。

1.1 进口工作面刮板输送机在国内的应用

20世纪90年代末，神东煤炭公司引进美国JOY公司AFC1000/2×700型刮板输送机，采用“双速电机+摩擦限矩器”驱动，功率2×700kW，使用交叉侧卸方式、铸焊式中部槽和Φ38×137紧凑型链条，槽宽1000 mm，链速1.51 m/s，输送能力2500 t／h，铺设长度250 m，采高4.5m，年产量达到300～600万吨。

2005年以后，神东公司又陆续引进美国JOY和德国DBT的刮板输送机，驱动功率3×855 kW和3×1000 kW，采用阀控充液偶合器或CST软启动方式、Φ48×152 mm的链条，链速提高到1.8 m/s，输送能力3000 t／h，铺设长度达到360m，采高5.5m，年产量达到800万吨。

2007年5月，神东公司引进JOY公司的AFC1250/3×1000型刮板输送机在上湾煤矿6 m大采高工作面成功应用，槽宽1250 mm、功率3×1000 kW，较先前的5.5 m采高煤炭回采率显著提高。

2010年至今，神东公司引进德国DBT公司的PF6H 1542/3×1600刮板输送机在7 m采高工作面使用，槽内宽1388 mm，采用Φ60 X181/197 变节距高强度链条，功率3*1600 kW，链速1.65 m/s，运量5000 t/h，设计长度400 m，年产量突破1000万吨。

大量国外高端煤机装备的进入推动了国内煤矿开采技术的现代化，同时对国内煤机市场造成一定冲击，但经过几十年的发展，国内煤机生产企业已具备较强的产品研发和制造能力，在竞争中不断提升产品品质，推动了国内煤矿开采技术的进步。

1.2 国产工作面刮板输送机的发展

2002年10月，中煤张煤机公司研制的SGZ1000/2×700型刮板输送机，在同煤集团四老沟矿投入使用，槽宽1000mm，功率2×700kW，采用交叉侧卸、整体铸焊式中部槽、126mm节距锻造销轨、Φ38X137 mm紧凑型加强链，链速1.25 m/s，运量2500 t／h，设计长度250米，实现了4.5m一次采全高。

2006年7月，第一套国产SGZ1000/3×700型刮板输送机在昌汉沟矿投入使用，使用Φ48×152mm紧凑型高强度圆环链、147 mm大节距整体模锻销轨、高强度交叉侧卸机头架，适应高5.5m，输送长度300m、输送能力3000 t/h，最高日产4.23万吨、月产达到80.4万吨。2007年9月，昌汉沟矿使用国产SGZ1000/3×1000型刮板输送机在创出月产100.8万吨、最高日产4.62万吨的纪录。

2009年，中煤张煤机、天地奔牛和山西煤机厂生产的SGZ1250/3×1000型刮板输送机在陕煤、宁煤、伊泰、晋城等各大煤矿得到广泛的应用，综采工作面采高达到6 m，年产量达到800万吨。

2011年11月，中煤张煤机公司研制驱动功率3*1500kW的超重型刮板输送机，运量5000吨/小时，采用Φ56×187圆环链、172mm节距整体模锻销轨，设计长度400米，在三道沟煤矿7 m采高大采高工作面投入使用，至今已在井下连续使用3个工作面，设备运行状况良好，过煤量已超过1600万吨。

由于顶板压力大，支架稳定性变差等原因，对于7米以上煤层采用放顶煤开采比较适宜。2003年，平朔公司安家岭井工矿采用国产SGZ1000（1200）/2×700型刮板输送机，功率2×700kW，配套φ42×146紧凑型高强度链条，运输能力2500t/h，长度250m，最高日产5.2万吨，月产达到130万吨。

2008年7月，平朔公司放顶煤工作面陆续采用国产SGZ1000/2×1000kW型前部刮板输送机和SGZ1200/2×1200kW型后部刮板输送机，采用阀控充液型偶合器软启动，φ48×152高强度链条，输送能力2500～3000 t/h，工作面长度300m，月产达到了118万吨，实现了14 ～ 20米厚煤层一次采全高。

2. 重型刮板输送机零部件技术现状

刮板输送机由机头传动部、中部槽、机尾传动部、驱动系统、链传动系统、及相关的电控和运行监控系统等构成。

2.1 机头架

根据卸载方式，机头架分为端卸机头架和侧卸机头架两大类

2.1.1 端卸式机头架

输送机端卸式机头架与转载机溜槽相互搭接，配置灵活，能够适应工作面起伏和倾角变化等复杂的地质条件；机头架体积小，便于运输，能适应小的顺槽断面尺寸。在地质条件差的中、东部地区的煤矿综采刮板输送机普遍使用端卸式机头架。

2.1.2 交叉侧卸式机头架

交叉侧卸式机头架与转载机机尾连成一体，机头架上的圆弧形犁煤板能够使煤流顺利转向90°，卸载更加通畅，减少了大块煤的堵塞与破碎；机头架高度低，有利于采煤机割透煤壁，便于设备配套；顺槽设备和机头架同时采用端头支架推移，推进速度快。

侧卸式机头架的缺点是体积大、运输困难，同时要求煤层起伏平缓、顺槽断面尺寸大。侧卸式机头架在地质条件好的西部地区应用广泛。

2.2 中部槽

铸焊式中部槽是目前最常用的形式，铲板槽帮和挡板槽帮采用铸造成型，中、底板为高强耐磨板，铸焊式中部槽优点是槽帮刚性好，零件数量少，焊接工作量小；可根据实际需要等改变槽帮形状与尺寸及性能，铸造槽帮的性能和外形尺寸要求严格，机械性能达到600～900MPa；槽帮与中板结合面采用熔透的焊接方式，达到母材自身强度。目前，1000mm内宽高质量中部槽过煤量能达到2000万吨以上。

2.3 软启动装置

大功率刮板输送机普遍采用的软启动有CST、阀控液力驱动、变频驱动三种方式。

2.3.1 CST可控传输装置

CST可控传输装置是在减速器输出端的行星架配置液粘摩擦离合器，可实现设备的空载起动和运行时的功率平衡。由于摩擦离合器布置在低速输出端，出现过载冲击时，离合器反应迅速，能够有效隔离电机和减速器的转动惯量对链传动系统的冲击，过载保护性能良好，延长链条使用寿命，但CST内部结构复杂，维修难度大、成本高。

2.3.2 阀控充液型液力偶合器

阀控充液型液力偶合器采用双涡轮结构，以清水作为工作介质，通过自动的阀控换液系统使水温保持在50度以下，具有液力传动特有的软启动和功率平衡功能，同时起到电机和减速器之间的隔震保护。早期的阀控偶合器采用闭式循环方式供液，对水质要求高，电磁阀易结垢堵塞，后来改为开式循环，解决了电磁阀结垢问题，工作可靠性显著提高。

2.3.3 变频驱动

近几年，随着技术的不断成熟和成本的降低，大功率高压变频驱动在刮板输送机上得到更多的应用，采用变频驱动不仅可实现设备按照预定的加速度启动，实现多电机驱动的功率平衡，同时可根据负载的大小长时间变速运行，电机自身的保护功能比较齐全，能够实现真正意义上的智能驱动

三种软启动方式的比较：刮板输送机上应用CST技术为DBT公司独有，开放性差，成本高，限制了其推广使用；阀控充液型液力偶合器的主体为机械构件，不存在元件老化问题，检修时通过更换轴承、密封和电磁阀等易损件，就能够长期使用，费用降低，目前在重型刮板输送机上应用最多；变频驱动的元件价格高，设备初期投资大，变频驱动技术需要继续改进提高。

2.4 大功率减速器

刮板输送机用减速器工作特征是低速重载、冲击频繁、体积受限，润滑和散热性能差。目前，中小型刮板输送机普遍采用国产减速器，重型刮板输送机对减速器性能要求高，进口产品占较大的比重。

由于设计手段的落后和设计经验的缺乏，以及生产制造过程中的不稳定性，国产减速器的体积被放大，以保证足够的安全系数；齿轮和箱体加工精度以及装配质量的问题也导致减速器震动和噪声等综合性能指标与进口产品存在差距，密封失效、轴承损坏等问题降低了减速器工作的可靠性。

2.5 可伸缩机尾架与链张力调节系统

由于采煤机的往复运行割煤，刮板输送机的负载随之周期性变化，刮板链张力也需要随负载大小而调节，否则过大的链张力会加速链条磨损，增加功率损耗；链张力过小则容易发生堆链，造成链条扭结损坏。理论计算表明，对于刮板输送机在运距300米的情况下，链条的伸长量达到800mm，手动预张紧模式不能保证刮板链随时处于适度张紧工作状态。目前，长运距的刮板输送机都采用可伸缩形式的机尾，便于链张力手动的调节。国内外各刮板输送机厂家也陆续开发了相应的链张力自动控制系统。

美国JOY公司刮板输送机的链张力自动控制系统的原理是在机尾设置磁性传感器，检测链条的悬垂程度，并产生强弱变化的感应信号，PLC逻辑处理单元根据感应信号的特征，来判定链条松紧程度，确定伸出或收缩机尾，实现链张力的自动调节。由于链轮传动的多边形效应使得链条上下抖动剧烈，测得的信号不能真实反应链条松紧，同时恶劣的工况也导致系统工作不稳定。JOY公司的链张力自动控制系统在设备上未能成功应用。

德国DBT公司刮板输送机链张力自动控制系统是依托自身独有的CST驱动技术，通过对减速器的输出扭矩的测定，计算分析链条的实际受力状况，确定出伸缩机尾油缸合理的张力数值，自动控制系统据此对油缸压力进行调整，实现链张力调节。DBT公司的链张力自动控制系统在地质条件好的矿井应用比较成功，在地质条件差的工作面，也常因为工作不可靠而被舍弃。

国内各厂家的链张力自动控制系统在原理上没有大的突破，未能够实现真正意义上的自动张紧。从目前来看，对链条松紧程度的判定是一个难点，只有能够确定链条的松紧程度，才能保证的链张力自动控制系统的稳定运行。

2.6 链轮组件

工作过程中，刮板输送机的链轮组件在煤、水和沙石中运行，链窝在与链环啮合过程中承受巨大的交变载荷、附加的冲击载荷，以及滑动磨擦和磨料磨损，链轮在耐磨的同时，还要有较高的强度和韧性。链轮组件的密封也非常关键，大工作负荷下，一旦密封失效，润滑油泄漏，煤和水等进入到工作腔，引起轴承损坏。

由于链轮与链条两者之间是非共轭啮合，运转精度要求低，为提高耐磨寿命，链轮通常采用淬透性好高合金材料，齿面淬火处理，硬度HRC48～58，淬硬层深度达到20mm，大型的链轮使用寿命达到400～600万吨。链轮窝采用数控机床加工成形，具有较高精度。

2.7 高强度紧凑型圆环链

圆环链是刮板输送机最薄弱的环节，它长时间承受交变应力的负荷和频繁的瞬间重载冲击，还受磨损、腐蚀等多种因素影响。圆环链的强度直接关系到整机的可靠性。目前，国产矿用圆环链最大规格到Φ48×152，破断负荷为3290kN，国外正式投入使用的矿用圆环链最大规格是Φ60×181/197，破断负荷为4920kN。

目前国内外大规格圆环链的材料通常采用23MnNiCrMo54高合金精炼钢，拉伸强度极限值≥1600～1800 MPa。采用闪光对焊工艺，避免了焊接过程中的过热、过烧等问题。在质量检测方面，对原材料、焊接和热处理后的组织进行金相分析，对拉伸断口利用扫描电镜进行断口分析；采用预拉伸强化工艺，提高链环承载能力和疲劳强度。

为在同样的槽帮高度下使用更大规格链条，适应大运量和大功率的要求，目前重型刮板输送机上通常采用扁平链（又称紧凑链）：平环仍然是正常的链环，能与链轮的正常啮合，立环高度被压缩。立环通常采用锻造成形，再通过焊接平环联在一起。扁平链的立环与中板接触面积增大，提高了抗磨损性能。

2.8 销轨

重型刮板输送机配套的采煤机牵引销轨采用优质合金精密模锻成形，强度高，耐冲击；销齿表面采用中频淬火，提高表面耐磨性。销轨的节距主要有126mm 和 147mm 两种，能承受的采煤机牵引力分别为1000千牛和1600千牛，最新7米采高工作面刮板输送机配置的节距172 mm销轨，可承受采煤机牵引力达到2000千牛。

3. 国内刮板输送机发展存在的问题

经过几十年技术引进、消化吸收和自主研发，我国已建成完整的煤机装备开发和制造体系，刮板输送机的整机产品开发也与国际先进水平的保持同步，为煤炭产量的稳定增长提供了有力的技术支撑，但同时也有很多因素制约着行业的健康发展。

3.1 产品以仿制为主，重大技术创新能力缺乏。

我国产品的开发主要是从引进、跟踪仿制开始，缺乏完整的自主创新的体制和相应的激励机制，技术研究资金投入严重不足，国内研究院和设备制造企业更多的是从事“短、平、快”应用性研究，较少的进行基础性、全面深入的系统性研究，核心技术缺乏，产品开发滞后，重大突破性的技术创新仍被国外公司主导。

3.2 整机已实现国产化，核心部件及材料依赖进口

目前，中小型刮板输送机已完全实现国产化，重型刮板输送机大型结构件的焊接、高强度槽帮的铸造以及销轨、哑铃、刮板的锻造等难题都已经解决，但关键的核心零部件如软启动装置、大功率减速器、高强度紧凑型链条依赖进口，中部槽采用的高强耐磨中板、以及轴承和密封等也通常进口。某些合同执行过程中，进口材料和进口零部件成本甚至超过设备总值的50%。严重削弱企业的盈利能力，制约了企业的发展。

3.3 技术参数与国外产品接近，设备运行可靠性低

国内刮板输送机的运量、运距等各项技术指标与国外同等产品相当，能够满足基本的使用要求，但整机可靠性差、使用寿命低，由于制造水平与经验的局限和质量控制不够严格，设备在使用中故障率高，日常维护量大，同规格国产刮板输送机的无故障运行时间相当于国外产品的70%～80%，进口设备1000 mm槽宽中部槽的寿命通常能达到2000万吨，国产中部槽超过1500万吨后，焊接和铸造等质量缺陷引起的问题就会频繁出现。

3.4 产品标准化程度低，互换性差

近十年，刮板输送机技术发展很快，新机型不断推出，相关产品标准制订滞后，又由于缺乏权威的行业主管部门的有强制力的管理，生产厂家各自为政，出于设计习惯和设计理念的等方面原因，不同厂家的同一机型零部件难以互换，即使同一厂家的同一机型的零部件也经常存在差异，不仅带来设备生产过程的困难，也给用户使用造成很多不便。

4. 重型刮板输送机的发展趋势

中国的占全球总产量的50%，但煤炭生产的机械化程度与世界先进水平仍有很大差距，《煤炭工业“十二五”发展规划》提出的重点任务是继续推动大型企业集团发展和大型现代化矿井建设，刮板输送机未来的发展趋势是：

（1） 向大型化发展。大采高工作面具有生产效率高、安全性高、经济效益好的特点，能够显著提高厚煤层煤炭回采率。以神东为代表的大型煤炭集团也将300m长度以上工作面、5m以上大采高、3000m以上长走向作为主要开采方式，年产量达到1200万吨。设备向大型化发展的重点是加强软启动装置、减速器、链条等核心部件的研发，提高国产化率。

（2） 向高可靠性方向发展。运用动态设计技术、可靠性技术、工艺等，提高设计水平和制造质量，保证减速器过煤寿命达到2000万吨，链轮过煤寿命达到800万吨，中部槽过煤量大于2000万吨，确保刮板输送机开机率达到85%以上，减少停机造成的损失，降低工人的劳动强度和备品备件的消耗。生产企业应改变“重量轻质”的观念，在产品开发过程中，认真进行动态设计和可靠性设计等先进设计方法，对制造工艺关键技术进行重点研究；生产过程坚持严格的质量标准，确保产品使用可靠性。

（3） 向自动化、智能化、信息化方向发展。运用机电液一体化技术，自动化技术、信息化技术实现刮板输送机的工况监测、预报型故障诊断、与采煤机和支架联动与通信，实现整个采煤工作面的自动化控制，使工作面生产过程自动化、采煤工艺智能化、工作面管理信息化。

（4） 向标准化、规范化方向发展。刮板输送机零部部件普遍标准化，规范化，以更严格的产品技术标准促进设计水平、制造工艺水平、产品技术性能的提高，为用户提供更优质的产品和服务。

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