刮板输送机中部槽冲击磨损的试验研究

樊东毅

（山西省潞安集团漳村煤矿，山西 长治 046032）

现代化矿井的开采高度普遍较大，在工作面开采过程中截割下来的煤体落在槽体内会形成冲击，从而形成了输送机中部槽的冲击磨损[1]。对于刮板输送机而言，中部槽体不仅作为采煤机截割的运行轨道，而且是支架推移输送机的支点，故中部槽磨损过大会影响工作面的正常开采。煤体的性质、开采高度以及冲击流量等因素均会对冲击磨损效果造成影响。因此本文对不同因素的影响效果进行系统分析，从而为输送机中部槽的后期设计提供一定的依据。

1 试验方案分析

本次选择磨损量作为中部槽磨损程度的量化指标，磨损量的计算方法众多，考虑到本次试验所用冲击磨损试验台的结构特征、试样以及磨损介质的特点，选择质量磨损作为评价指标，通过公式（1）计算：

式中：

W1、W2-分别为试验前和试验后试样的质量。

在进行冲击磨损试验分析前，需要对其磨损状况进行取样研究，然后再根据输送机所处工作面的环境综合考虑，最终确定本次研究的影响因素为冲击高度、冲击流量、煤流速率以及煤体性质这四个方面，通过调整试验系统下料口到中部槽的距离可以实现冲击高度的控制，通过控制电机转动速率可以调节煤流速率，利用电机设定频率的不同可以控制冲击流量，而煤体性质通过选择不同煤种来实现，则最终得到的试验方案如表1所示。

表1 冲击磨损试验方案统计表

2 不同因素的影响效果分析

（1）煤流速率的影响

为了获得煤流速率对中部槽冲击磨损的影响规律，本次控制其他变量不变，选择煤种为焦煤，冲击流量为15t/h，冲击高度为0.7m，由此得到试样磨损量与煤流速率的关系如图1所示。

图1 试样磨损量与煤流速率的关系示意图

从图1中可以发现，煤流速率从0.05m/s增大到0.25m/s，左试样磨损量从0.0045g增大到了0.0187g，右试样磨损量从0.0052g增大到了0.0172g。左试样、右试样以及平均的磨损量均随着煤流速率的增加而增大，而且三者的变化趋势几乎趋于一致，煤流速率愈大，则意味着在同样时间范围内对中部槽形成冲击的煤体量愈大，槽体受到磨损的次数增大，由于受到频繁的冲击作用，则试样表面金属达到极限强度的可能性加大。

左试样和右试样磨损量的差值也随着煤流速率的改变而改变，而磨损量的差值反应了磨损均匀性的变化特征，由此说明在实际开采条件下刮板输送机中部槽的磨损表现为不均匀的特性。

（2）冲击高度的影响

本次同样选择煤种为焦煤，冲击流量为15t/h，煤流速率为0.15m/s，由此得到试样磨损量与冲击高度的关系如图2所示。

图2 试样磨损量与冲击高度的关系示意图

从图2中可以发现，随着冲击高度的增加，右试样的磨损量在不断增大，从0.0077g逐步增加到了0.012g，而左试样的磨损量表现为先增大后减小的趋势，当冲击高度从0.4m增大到0.6m，左试样的磨损量从0.0083g增加到0.0098g，而冲击高度从0.6m增大到0.8m，左试样的磨损量先减小到0.0087g，而后又复而增加到0.0099g。同时，当冲击高度为0.7m时，左试样和右试样磨损量的差值最为显著，达到了0.0025g。

（3）冲击流量的影响

选择煤种为焦煤，冲击高度为0.6m，煤流速率为0.15m/s，由此得到试样磨损量与冲击流量的关系如图3所示。

图3 试样磨损量与冲击流量的关系示意图

从图3中可以发现，随着冲击流量的增大，左试样和右试样磨损量均在不断增加，且二者增加的趋势大致相似。当冲击流量从5t/h增加到15t/h时，左右试样磨损量的增加速率较小，而冲击流量从15t/h增加到20t/h时，二者的增加速率较大。另一方面，在冲击流量不断增大的过程中，左右试样磨损量的差值表现为先减小后增大的规律。

（4）煤体性质的影响

选择冲击流量为10t/h，冲击高度为0.6m，煤流速率为0.15m/s，由此得到试样磨损量与不同煤种的关系如图4所示。

图4 试样磨损量与煤种的关系示意图

从图4中可以发现，煤种不同时试样的磨损量就不同，煤体性质对左试样磨损量的影响较小，而当煤种为无烟煤时，右试样的磨损量最大。平均磨损量的排列顺序表现为：无烟煤＞烟煤＞焦煤。

不同因素对中部槽冲击磨损的试验结果显示，各个因素均会影响试样的磨损特性，煤体性质是矿井开采煤层的固有属性，人为无法控制[2]，而其他因素均可以合理控制，以最大程度减小对输送机中部槽的冲击磨损。

3 不同因素的复合影响效果分析

由上文可知，各个因素或多或少都会对试样的磨损特性造成影响，而矿井实际开采环境中，各个因素会共同作用对输送机中部槽造成冲击磨损。正交试验法在研究多因素多水平方案中具有独到优势，故本次通过正交试验法对各个因素的复合影响效果进行研究[3]。选择上文研究的四个因素为研究对象，由于煤体性质只有三种，故此处选择各个因素的水平均为三种，由此建立的正交试验方案如表2所示。

表2 正交试验方案统计表

在表2中，共设计了9组试验方案，通过输送机中部槽的冲击磨损试验得到的各个组别的试验结果如表3所示。

对正交试验结果进行极差分析（Ri）可以反应各个影响因素作用下磨损量的变化特征，进而得到各个因素对磨损量影响的程度。通过极差分析法得到冲击高度、冲击流量、煤流速率以及煤体性质这四个因素的极差分别为0.0042、0.006、0.0025、0.0154，故认为在矿井开采过程中，各个因素对中部槽冲击磨损的影响程度表现为：煤体性质＞冲击流量＞冲击高度＞煤流速率。究其原因，煤体性质不同，其硬度就不同，硬度较大的煤体在与输送机中部槽接触过程中更加容易对金属表面造成磨损。

表3 正交试验结果统计表

当冲击高度为0.8m、冲击流量为15t/h、煤流速率为0.25m/s以及煤体性质为无烟煤时，磨损量最大，其值为0.0202g，这是因为冲击高度、冲击流量以及煤流速率较大时，煤体与中部槽的接触紧密，造成其磨损显著。

4 结语

本文对不同因素的影响效果进行系统分析，从而为输送机中部槽的后期设计提供一定的依据。磨损量与冲击高度、冲击流量以及煤流速率均呈现为正相关系，在实际开采条件下刮板输送机中部槽的磨损表现为不均匀的特性；对于不同煤种而言，磨损量的排列顺序表现为：无烟煤＞烟煤＞焦煤；在矿井开采过程中，各个因素对中部槽冲击磨损的影响程度表现为：煤体性质＞冲击流量＞冲击高度＞煤流速率；当冲击高度为0.8m、冲击流量为15t/h、煤流速率为0.25m/s以及煤体性质为无烟煤时，磨损量最大。