煤矿井下皮带运输机落煤装置的设计

机械管理开发

MECHANICAL MANAGEMENT AND DEVELOPMENT

总第191期

2019年第3期

Total 191No. 3, 2019

设计理论与方法

D01:10.16525/l4-1134/th.2019.03.019

煤矿井下皮带运输机落煤装置的设计

贾虎强

(山西西山煤电股份有限公司西曲矿，山西古交030200)

摘要：针对煤矿井下原煤运输中存在的问题，对煤块撞击漏煤井内壁的过程进行了受力分析，验证了在漏煤

井中设置落煤装置的必要性；且为了使落煤装置可以彻底地解决漏煤井损伤以及煤炭资源浪费的问题,从缓冲 片三角形夹角的设计选取、材料的设计选取以及结构的设计三个方面，对落煤装置进行了研制。实践表明，该装

置不仅可以避免漏煤井的损伤，还可以实现煤矿的安全高效运输。关键词：煤矿开采皮带运输机落煤装置缓冲片高强度耐磨板中图分类号:TD528

文献标识码:A 文章编号:1003-773X( 2019 )03-0041 -02

引言

对于生产效率高、产量大的矿井来说,皮带运输

机已经成为了煤矿井下进行机械化开采的关键设

备,而作为井下原煤运输的一个重要部分,落煤装置 在其中起着举足轻重的作用。落煤装置通常位于皮 带运输机的下方位置处，一般是通过缓冲装置来减 慢煤流的速度，以使煤块对皮带的冲击减弱，确保煤

炭在皮带上可以稳定运行，但是由于井下生产环境 复杂以及工人操作不当等，常常会出现落煤的现象，

从而影响皮带运输机的装煤效率，阻碍矿井的正常 生产，故设计一部高效实用的井下落煤装置对于煤 炭的运送来说是极其重要的

1煤矿井下皮带运输机运送煤炭时存在的问题

在煤矿井下进行正常输送作业的过程中，经由

皮带输送机运送的煤炭从高处下落时，是通过漏煤 井来与下部皮带运输机连接的。同时在实际生产中，

煤矿井下的作业环境非常复杂，存在着许多不可控 的因素，再加上皮带运输机的运行速度非常快，因此 当煤炭从一台皮带运输机下落带另一台皮带运输机

上时,煤炭会与煤壁、漏煤井内壁以及皮带之间发生 碰撞,从而产生磨损，导致皮带损伤、断带以及煤炭

资源的浪费。井下漏煤井在设计制造时，其内部一般 采用的是网格结构，由普通钢板组焊接制成,由于钢 板的硬度较大，无法起到缓冲的作用，因此在长期的 运煤后，漏煤井会由于撞击而产生严重的变形，致使

漏煤井发生损坏；而且煤块在与煤壁或者漏煤井内 壁发生碰撞后，会四处飞溅，这些破碎煤块会危及井 下作业人员的人身安全，并对井下的机械设备造成

危害，此外这些煤块在飞溅后通常都不能准确地落 到下一部皮带运输机上，由此造成了煤炭资源的浪

收稿日期:2018-10-29

作者简介：贾虎强(1964—),男，毕业于长沙理工大学机械设计 制造及其自动化专业，机电工程师。

费，降低了煤炭运输的效率。因此在漏煤井中设计漏 煤装置是非常必要的，该装置可以实现对下落煤炭 的缓冲.减小煤炭的重力势能,避免煤炭对皮带产生 过大的冲击力，在保护漏煤井的基础上，防止漏煤井 产生损伤，并大大提高了煤炭的运送效率，减少了煤

炭资源的浪费，延长了皮带的使用寿命図。

2落煤装置研制设计的必要性分析

在漏煤井中未设置落煤装置时，煤块撞击漏煤 井壁的受力分析如图1所示，从图中可以看出，在与

漏煤井内壁碰撞后,在接触位置处会产生一个力F, 根据力的分解定理可知，该力可以分为水平向左的

力Ft 和垂直向下的力F2,其中Fi 是实际对井壁撞击 所产生的力，该力的大小与漏煤井内壁的撞击程度 相关,力越大，撞击越严重;F 2则是煤块由于重力向

下运动时与漏煤井内壁所产生的摩擦力。而在漏煤 井中设置落煤装置后，由于缓冲装置的存在,煤块会

在原来下落位置的上方处与井壁发生碰撞，此时也 会产生F,用'，用。且由三角形定则可知,F l F・cos &2,

用=F ・COS0|,又因为01 >02,F F・

cose-即尺>歼。故由以上受力分析可知，在设置落

煤装置后，煤块对漏煤井内壁所产生的撞击力不仅

大大减小,而且撞击落煤装置的力也得到了缓冲,从

源头上减少撞击力的同时，起到了对漏煤井的保护 作用,确保了落煤装置的安全,使落煤装置可以长期

稳定的使用。

图1

漏煤井内壁的受力分析

除此之外，从图1中还可以得到，F2=Fsin&2, F'Fsin。,,从这两个式子可以看出，在未设置落煤装置时，煤块撞击后在F.的作用下还会继续向下运动,从而与漏煤井内壁发生摩擦，造成损伤。而在增设落煤装置后，煤会从落煤装置中下落,不会与井壁发生接触，也就不会对井壁造成摩擦损伤。综上所述，在漏煤井中加入落煤装置是十分必要的⑶。

3落煤装置的研制设计

3.1缓冲片三角形夹角的设计选取

煤块从高处下落后，由于重力势能的作用,在落到皮带上时具有很大的冲击力,在这种情况下，由于漏煤井内部是由钢板焊接而成的网格结构，如果落煤位置恰当,则冲击力不会对漏煤井的网格结构造成影响，若落煤位置发生了偏差，则该冲击力就会对网格结构造成破坏，影响漏煤井的正常使用。因此为了确保漏煤井免于遭受煤块的冲击作用，将落煤装置设计成了三角形结构，如图2所示,三角形结构具有优良的稳定性,利用这一性质，三角形的斜边可以将冲击力分解，以增强该装置的稳固性以及耐受性⑷。

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图2运动分解

根据煤块的实际下落过程可知，煤块撞击漏煤井内壁的过程是一个平抛运动，从图中经过受力分析可以看出，设皮带运输机的运行速度为几,在漏煤井中煤块下落的时间为八则煤块在撞击漏煤井内壁时的水平方向的速度为匚=几,垂直方向的速度为v=gt,因此合速度为v,=Vv x2+v^；又由于水平方向所走的位移为％=沧,垂直方向所走的位移为冷护

所以下落的时间为«=vw；因此合速度与垂直方向的夹角为tana=V x/V）=Vo/gt,a=arctan（VJgt）,由此确定缓冲片三角形夹角的选取。

煤块从皮带运输机上落下时会产生一个煤流范围，该范围为力寸“要想使煤块全部落在落煤装置上，则必须经过上述计算来确定缓冲片三角形夹角的大小。以某矿为例，其井下运输系统中皮带运输机的运行速度为K>=3.9m/s,且通过实际测定可得，“为2.1m,y2为3m,则煤块在漏煤井中的下落时间为Z]=\/2y|/g=0.65s,t2=y/ly-Jg=0.78g取9.8m/s2,故所求得的缓冲片三角形夹角的大小为a,为31.48°,8为27.03。，所以最终选取的角度为29。。

3.2材料的设计选取

由于井下开采的特殊性，煤炭运输系统每天都

有20h左右在进行煤块的运送，其落煤装置的工作时间非常长，在较大冲击力的作用下每天都要承受20h的撞击，这种情况下，落煤装置的制造材料必须选择强度较高、耐磨性能较好的钢板,以减少板材的损耗。这种钢板是专门用在面积较大的磨损情况下的，由普通低碳钢或低合金钢和耐磨层复合制成的，复合后钢板的耐磨性能大大提高，能较好地承受工况点的震动和冲击。此外高强度耐磨板还具备优良的耐热性,即使是在高速摩擦下,该钢板也不会发生很大程度的变形。

3.3结构的设计

为了使落煤装置在实际使用过程中更好地发挥

其性能,对其进行了以下结构设计:首先将漏煤井内

壁组成网格结构的每块钢板设计成三角形，且与煤

流接触的斜边设计成锐角，这样可以对大块煤炭进

行破碎，以免影响煤炭的正常运输;其次钢板与钢板

之间采用100mm的距离套隔开，该距离套的作用是使煤炭在下落过程中实现自动分选，其中大于100mm的煤块在距离套的作用下先破碎再下落，而小于100mm的煤块则直接下落，不仅提高了煤块的运送效率，使煤块顺利地落入下一台皮带运输机,还提高了煤炭的质量;此外，为了保证该落煤装置的稳定性，使用直径为100mm的轴将落煤装置连接，整体上利用双螺母,并增设销轴来进行加固处理,避免该装置在与煤块碰撞过程中发生松动，同时还提供了预紧力，保证缓冲片总是处于水平方向上，方便工作人员进行安装和维护。

4使用效果分析

该落煤装置在通过上述研制设计后，在煤矿井

下进行了实际应用，由现场的实测可知，该装置彻底

地解决了漏煤井损伤的问题，减弱了落煤与漏煤井

内壁的磨损程度,延长了漏煤井的使用寿命;且通过

缓冲片三角形钢板的作用,降低了煤块的重力势能,

减少了煤炭的飞溅与资源的浪费，使对皮带的冲击

力减小;此外落煤与运输的效率大大提高，实现了煤

矿的安全高效生产。

5结论

通过缓冲片三角形夹角的设计选取、材料的设

计选取以及结构的设计，使高处下落的煤炭可以恰

当地落到下部皮带运输机上，提高了装煤效率，使漏

煤井得到了有效的保护，在保证工作效率的同时降低了工人的劳动强度，此外对落煤装（下转第52页

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