煤矿井下皮带输送机落煤装置的设计方案

文章来源:贾虎强  人气:  发表时间:2020-01-31 08:29
    针对制造高效率、生产量大的煤矿而言,皮带输送机早已变成了煤矿矿井开展专业化采掘的主要设备,而做为矿井精煤运送的一个关键一部分,落煤设备在这其中起着至关重要的功效。落煤设备一般坐落于皮带输送机的正下方部位处,一般是根据缓存设备来缓减煤流的速率,令其煤块对传动带的冲击性变弱,保证煤碳在传动带上能够平稳运作,可是因为矿井环境繁杂及其职工实际操作不善等,经常会出現落煤的状况,进而危害皮带输送机的装煤高效率,阻拦煤矿的一切正常制造,故设计方案一部高效率好用的矿井落煤设备针对煤碳的运输而言是至关重要的。
 

    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。
 

    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F和垂直向下的力E,其中F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;F2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',F1',F2'。且由三角形定则可知,F1=F·cosθ2,F1'=F'·cosθ1,,又因为θ1>θ2,F'<F,因此F·cosθ2>F'·cosθ1,即F1>F1'。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。
 
漏煤井内壁的受力分析
 
    除此之外,从图1中还可以得到,F2=Fsinθ2,F2'=F'sinθ1,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2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。
 

    3、落煤装置的研制设计

 
    3.1缓冲片三角形央角的设计选取
 
    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。
 
运动分解
 
    故所求得的缓冲片三角形夹角的大小为α1为31.48°,α2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,此外对落煤装置进行研制设计,还为其他矿井的漏煤井出现类似问题提供了解决思路。

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