一种具有防夹渣功能的新式缓冲型装载定量斗

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【摘 要】新郑煤电公司主井担负着全矿井的原煤提升的任务，其井下装载设备更是主煤流系统的咽喉要道。装载定量斗负责向箕斗装载原煤，其开关动作频繁，每次装载都要通过放空气炮对斗内屯煤进行冲击以达到清除屯煤、定量装载的目的。若不能对屯煤进行有效冲击造成屯煤淤积，则会影响定量装载，且屯煤将越积越多，甚至积满整个定量斗导致提升故障。而若在斗内存煤未放尽的情况下关闭定量斗闸门易造成渣块卡住闸门，造成闸门关不严，装载原煤撒煤撒至主井底影响原煤提升。严重情况下渣块卡入闸门转动轴，会损坏闸门转动轴，造成主井提升故障停车。

【关键词】主井提升；定量斗；屯煤；闸门

0 引言

新郑煤电公司现有的定量斗配备5台空气炮，分煤器配备3台空气炮，所有空气炮及其管道皆为水平方向安装，对定量斗冲击非常严重，定量斗固定所用螺栓、抬梁经常因受冲击损坏。而10月份主井提效增能改造后，单次提升量由原来的20吨增加为22吨，提升量的增加带来了定量斗装载量的增加，单次装载时有斗内存煤放不尽卡住闸门的情况发生。

为此，公司组织技术骨干，对定量斗进行了一次全新的改造设计，增加了缓冲装置和一组俯冲式空气炮，减轻了定量斗装载期间所受冲击；通过增加PLC程序中的节点实现了防夹渣功能。两项改造减少了定量斗维护量，提高了安全生产效率。

1 定量斗的缓冲改造

主井装载定量斗安装于装载硐室内，由装载皮带向内装载原煤，每斗定量22吨，箕斗到位后由定量斗通过分煤器分别向主箕斗、副箕斗装载原煤。

定量斗中部安装5台空气炮，当定量斗装载即将完成时大部分原煤都已通过定量斗底部溜煤筒、分煤器进入箕斗，只有少量屯煤会淤积在定量斗溜煤拐角处，此时装载信号工接通空气炮电磁阀，利用空气炮冲击力量将拐角处屯煤震落。

定量斗中部空气炮如图1所示：

空气炮安装在中部，沿水平方向冲击存在很大弊端，即对定量斗本身冲击力过大，由于定量斗与抬梁之间是利用螺栓连接紧固的，空气炮冲击力作用于定量斗就等于直接作用于抬梁之上，久而久之造成抬梁松动变形，而更换一根抬梁需在井壁上施工挖孔，费时费力且存在很大的危险性。

针对定量斗空气炮冲击过大问题提出了两种改进方法：（1）改变定量斗与抬梁之间的连接方式，之前是利用螺栓直接连接固定，改为加装缓冲装置，缓冲其对抬梁造成的冲击；（2）改变定量斗空气炮的冲击方式，将之前的水平方向冲击改为平行于溜煤筒方向冲击，避免了使定量斗直接受力。

1.1 定量斗缓冲装置的应用

如图2所示，在固定定量斗顶端的二平台处，用四个缓冲装置分别装在定量斗四角，从东西南北四个方向来缓冲其对抬梁带来的冲击，而原先图中所示缓冲装置处用于连接的仅仅为螺栓，两相对比，利用缓冲装置实现的定量斗与抬梁间的连接效果明显更有优势。

缓冲装置如图3所示，利用普通20mm钢板做外壳焊接而成，两部分外壳一大一小套装契合，中间留一定的缝隙（10mm到20mm不等），内部并排安装四根矿车碰头所用减震弹簧，前后利用销子各固定一块缓冲胶垫，减轻冲击时对前后面板的磨损。

缓冲装置前后打孔，利用螺栓分别与抬梁和定量斗顶端连接，避免了定量斗与抬梁直接连接，实现了缓冲装载。

1.2 定量斗空气炮风枪式冲击法

仅仅采取加装缓冲装置的方式效果比较单一，为了从根本上解决空气炮对定量斗的冲击问题，设计改变空气炮的冲击方向，如图4所示。

在正常生产中，处理煤仓屯煤的方法一般是利用风枪，“指哪打哪”的将某处的屯煤直接冲落下来。改造后的空气炮将冲击方向直接对准了定量斗拐角处最易屯煤处，利用强大的风压将屯煤冲散落下，而空气炮的控制方式实现了两种不同的控制方式：正常情况下电磁阀2失电关闭，电磁阀1得电打开，高压风由电磁阀1经风包分出并联三根1寸风管进入定量斗拐角处，可处理一般程度的屯煤；当屯煤较湿，且聚集较多，前一种方法不能有效处理屯煤时，将电磁阀1断电使其关闭，令电磁阀2得电打开，则空气炮投入使用，利用空气炮强大的冲击力将拐角处屯煤冲击落下。两种控制方式互相闭锁，简化了操作流程。

两种冲击方式改变了以往空气炮对定量斗水平方向冲击的旧方法，避免了因定量斗水平方向受力直接将冲击传递给抬梁造成抬梁变形、自身倾斜。冲击管道顺定量斗溜煤筒切向方向向下（如图4所示，可见并联进入定量斗拐角处的三根1寸管与溜煤筒底部平行），当定量斗闸门打开向箕斗内装载原煤时，其冲击力都朝向井筒，不会对定量斗本身产生任何影响。

2 定量斗的防夹渣技术改造

定量斗底部安装一台定量称，当定量斗装载量达到时接通装载程序中的装载完成节点，装载PLC根据节点得电情况判断装载完成，进而控制闸门关闭，闸门完全关闭后到位传感器得电，装载PLC向主提升PLC通讯闸门关闭节点，则主提升PLC方可开始下一轮提升。

定量斗及其部件组成图如图5所示：

如图5所示，定量斗闸门若关闭不及时，则会影响主提升效率，若关闭过快，则可能产生夹渣问题。在经过了一些列探索和研究之后，采用了在装载程序中加入延时器，利用定量斗闸门延时关闭的方法实现了闸门防夹渣。

定量斗装载达到21吨后，定量称反馈信号，“定量斗满”节点得电，给煤机停机，延时5秒后皮带停机。经过大量实践测得，延时这5秒期间皮带上余煤可达将近0.8吨，最大不超过1.2吨。

图6为定量斗闸门延时关控制的PLC梯形图，定量斗内存煤放空之后，定量称反馈信号，节点得电，“自动主斗定量斗闸门开控制”与“定量斗开”两个节点得电，延时器开始投入，延时6秒后，“自动主斗闸门关控制”节点得电，闸门开始动作，将定量斗关闭，开始下一轮装载。

3 系统的创新点与经济效益

通过对空气炮冲击、闸门夹渣两个方面问题的技术改造，系统达到了以下效果：（1）改变了定量斗与抬梁之间的连接方式，通过加装缓冲装置降低了定量斗对抬梁的冲击作用；（2）改变了原有的空气炮水平方向冲击的方式，将高压风管以切向方向接入定量斗拐角处，将空气炮冲击力引入井筒，避免了直接对定量斗的冲击，并实现了两种冲击方式的切换，灵活机动；（3）利用了小小的延时器实现了防夹渣功能，而且此延时器属于梯形图中的“软延时器”，不改变装载硐室的原控制电路，稳定性和可靠性良好。

定量斗的缓冲改造从两个方面延长了抬梁的寿命，使得定量斗能够持续、稳定的服务于原煤运输线，提高了主井装载的效率，减少了维护量。改造所用材料少且多为煤矿常用物资如钢管、电磁阀；原理简单，即使定量斗偶尔出现装载故障，检修维护也较之前所用方式更为省时省力。

防夹渣改造延时器所设置的6秒延时是经过机电队主副井维护机工电工共同讨论并经过试验得出的结论，若延时设为7秒则会增加闸门等待时间，延长主井提升周期，降低主井提升效率；若延时设为5秒则不能有效躲过渣块下落时间，防夹效果不理想。

以往主井装载硐室常出现定量斗与抬梁连接松动、空气炮垮塌、定量斗倾斜、甚至抬梁扭曲变形的装载故障，每次处理需要数人协同作业。按照我队比去年平均每月减少10次的定量斗检修工作，每个月节约至少20个工，按照每工120元计算，每年节约投入120×20×12 =2.88万元。

闸门夹渣故障每个生产班至少会出现两到三次，每次处理需要两人一起下至定量斗底部，一人操作一人监护，每次处理需40分钟左右，每天共需耗费工时4*3/8=1.5个。按照每个工时120元计算每年可为公司节省120*365=4.38万元。

通过技术改造，具有防夹渣功能的新式缓冲型装载定量斗每年可节省7.26万元。

4 结论

具有防夹渣功能的新式缓冲型装载定量斗技术改造仅仅利用高压风管、电磁阀等煤矿常用材料进行施工，就实现了定量斗缓冲装载和闸门防夹渣两种功能。特别是后者，对检修维护的没有额外要求，延时器加装在梯形程序中，改造的费用为零，无需任何硬件设备上的投入，利用PLC程序中的“软节点”解决了煤矿生产中“硬问题”。

技术改造的完成取得的另一个良好的效果-显著地减少了装载硐室电气焊的频率，新郑煤电公司风井为抽出式通风方式，矿区主副井都为进风口，进风口处进行电气焊作业具有一定的危险性。特别是自2014年开始，公司按照高瓦斯矿井进行管理，更是应该严格控制井下电气焊的频率。此次技术改造的完成，符合公司的管理理念，促进了安全生产，改造的指导思想和具体实现方法值得在兄弟单位乃至全行业推广。

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