带式输送机穿风门防风流逆流装置应用

杨育波

（山西沁和能源集团有限公司南凹寺煤业有限公司，山西 晋城 048000）

南凹寺煤业井下工作面掘进过程中，因出料运输系统需要，出料设备常布置于风门处，需要穿过风门墙，如果设备安装不严密，会出现漏风现象，风流调节机制受限[1-2]。特别是岩巷掘进过程中，运输系统采用刮板输送机出料，由于设备自身安装严密性不足，造成漏风进一步加剧，且刮板输送机使用中极易发生故障，维修期内致使生产效率降低，维修成本急剧增加。基于漏风严重、设备固定及可变成本增加、生产效率受影响严重等问题，对井下运输系统进行改良优化。

1 刮板输送机穿风门墙弊端

1.1 降低调节风量

南凹寺煤业采掘工作面多，通风系统复杂，井下设备陈旧，风流调节机制无法实现风量优化配置，造成现有井下通风系统无法满足工作面需求风量。作为风流主要调整设施的风门，由于刮板输送机在出料过程中要穿过风门墙，形成输送通道，出料运输过程中无法保证通风密闭性，风量损失加剧，使得风流调节效率进一步降低[3]。

1.2 设备自身不足

（1）链条寿命缩短

设备运行时间过长导致链条使用疲劳，磨损变形严重，刮板槽与链条匹配度降低，出料过程中小矸石易嵌入间隙中，造成链条紧绷卡死，进一步缩短链条有效使用期限，甚至会出现断链事故[4]。

（2）链条飘滑严重

溜槽槽帮经长时间磨损，溜槽无法有效卡住链条，再加上刮板缺失，使得链条发生滑链和飘链。若链条附近有人员经过，易导致人身安全事故。

（3）链条跳链频率高

溜槽经过长时间磨损，其平直度不再精准，在小矸石影响下，分链器无法保证链轮咬住链条，跳链频率增多。

（4）电动机超负荷损坏

当链条发生卡链以及溜槽夹矸事故，导致刮板输送机无法正常运行时，若使设备强行高负荷运行，或频繁启停设备，最终导致电动机烧毁。

（5）出料效率低

由于刮板输送机设备自身特点，在出料时受阻力较大，且阻力与长度成正比，降低运输系统整体效率。

1.3 设备运行成本高

南凹寺煤业掘进工作面现有刮板输送机40 台，以每套设备单价27 万元算，依据过往设备维修费用台账资料数据，平均每年每套设备维修成本可达10.78 万元，约占总价40%。以第一年设备使用状态计算，忽略由于设备检修而发放的检修工工资，以及自然危害对设备损坏而产生的维修费用额外增加，单套设备每天需3 人轮班操作，每人工资、绩效、奖金等平均以每月6000 元计，单月人工支付共计1.8万元，即年人工支付为21.6 万元，单套设备第一年至少投入总费用为59.4 万元。

2 风门改造优化

2.1 防风流逆流装置

防风流逆流装置如图1。整套装置由4 部分结构组件组成，其中1、3 结构部分分别对应于2、4结构部分，各为一组部件，各组对应部分结构相同，两组部件一组布置于风门墙体进风侧，另一组布置于回风侧，整套装置协作控制风流逆流。

图1 防风流逆流装置示意图（m）

2.1.1 结构部分1-3 组加工工艺

（1）主体结构。利用50 mm×50 mm×5 mm角钢将5 mm 厚钢板焊接成为主体结构，焊接完成后主体结构尺寸为1.1 m×0.5 m×1.0 m。

（2）防逆风结构。防逆风结构采用废旧皮带内衬钢板形式，整体形状制成扇形，扇形部分弧度参照主皮带弧度，保证出料工艺顺利进行基础上，在逆风方向起到防逆风作用，另一端采用夹板与螺丝固定，增强防逆风整体结构抗压能力。

（3）夹板结构。采用一块0.54 m×0.02 m 开孔钢板与长0.54 m 的DN20 钢管焊接而成。

（4）转动连接结构。利用DN15 钢管撬动主体预留孔洞及DN20 钢管，组成转动连接结构。

（5）托辊结构。为便于安装皮带托辊，皮带托辊卡槽焊接于距主体结构底部0.2 m 处。

（6）固定结构。距结构主体底部上向0.67 m处与2 根长0.5 m 短节皮带纵梁焊接，可与主皮带纵梁固定。便于使用0.1 m 开孔角钢对风门墙上防风流逆流装置进行二次固定，可将2 根开孔角钢布置于装置结构主体上部及侧部。

2.1.2 结构部分2-4 组加工工艺

防逆风结构：材质仅采用废旧皮带进行加工，无需钢板内衬。加工成型后，扇形与主皮带弧度相匹配，切割成单段2～3 cm 长的帘状。其余结构部分与1～3 组加工工艺相同。

2.2 带式输送机优点

（1）运距长。带式输送机相较于刮板输送机在运距性能上占据绝对优势。南凹寺煤业带式输送机运距最远可达2000 m 以上，并且在运输能力上也高于刮板输送机。

（2）持续作业。带式输送机可实现连续出料，出料过程平稳，撒料较少，更易实现自动化智能控制，提高运输效率。

（3）能耗少。由带式输送机自身特点，在出料过程中，上下皮带都以托辊进行支撑，部件间摩擦阻力较小，相较于刮板输送机阻力可降低约20%，降低能源消耗，日常设备维护工作简单。设备保护系统完善，有效保障带式输送机正常运转。

（4）成本低。带式输送机采用的是将主皮带直接穿过风墙，由此可节省刮板输送机多余设备及其附属岗位人员费用，且带式输送机运行稳定，机具磨损小，维护保养费用低[5-6]。

2.3 主带式输送机运输工艺

南凹寺煤业3 采区运输下山掘进工作面运输系统共采用5 部输送机进行出料，其中第3 部为刮板输送机，运距为60 m。依据运输线路布置，该刮板输送机要穿过带式输送机尾部车场风门墙，与后续带式输送机相连。第2 部设备为带式输送机，本次采用取缔第3 部刮板输送机方式，精简输送机数量，以第2 部带式输送机直接穿过带式输送机尾部车场风门墙，使带式输送机运距达到260 m。

在该风门墙处安装防风流逆流装置，结构部分1～3 组布置于风门墙进风侧，2～4 组布置于回风侧。为防止漏风，装置与墙体间缝隙用水泥砂浆或者填缝剂填满，使风门墙处于密闭空间。若使带式输送机稳定运行，装置与主皮带连接时，应预制0.5 m纵梁，辅以H 架调整胶带通过对应通道，使其处于平直状态。

3 应用效果分析

（1）优化岗位配置

南凹寺煤业秉持着“智能化、无人化、高效化”的智能发展理念，不仅最大限度提高生产技术水平，还要减少无用岗位及固定岗位的设置。之前采用刮板输送机时，需要穿风墙运输，相应增加1 个固定岗位和相关维修岗位，与矿山发展理念不符。装置使用后，与之相关岗位均可取消，实现岗位精简配置。

（2）增加有效通风量

由于南凹寺煤业初始为小煤矿，前期掘进不规范施工，导致通风系统复杂，风阻大，流经路径曲折，各工作面风量分配不足，风量损失严重。前期通过调节主扇扇叶角度来增加总风量，导致主扇风险增加。使用带式输送机穿过风门墙增设防风流逆流装置后，提高风流密闭性，减少风量损失。

（3）能源消耗低

通过对刮板输送机运转功率消耗测定，即使维持其基本运转，也会消耗总功率30%以上，且消耗占比与延设距离成正比。与之相比，带式输送机在同等条件下消耗功率占刮板输送机20%～30%。

（4）运行稳定

当工作面遇到断层、褶皱等地质构造时，需运矸石，刮板输送机穿风门墙工艺弊端越发明显。3采区运输下山掘进工作面在2020 年3 月16 日遇上断距3 m 以上正断层，全岩掘进，矸石量激增，最终导致刮板输送机故障率剧增。后经改为带式输送机直穿风门墙后，运输系统运行一直安全稳定，工作面掘进进度得以保障。

（5）节约成本

与带式输送机比较，刮板输送机在穿风门墙时，要多设置一整套设备，加上相关岗位，成本投入会增加。另外，刮板输送机机件之间磨损较大，日常维护及维修费用较高。经过改善后，带式输送机运行稳定，岗位精简，固定成本和可变成本投入均减少。

4 结论

通过对出料设备改装，以及对设计方案进行可行性论证，在南凹寺煤业掘进工作面应用且设备运行稳定。运行结果显示设备维修成本大大降低，风门墙密闭性良好，风流调节效率提高，满足工作面风量要求，保障井下运输系统高效运行，大大节约固定及可变成本，为相关矿井提供参考。