李文亮，宋金虎，孙 强

(1.兖矿集团机电设备制造厂，山东 邹城 273500;2.兖矿集团东华技术研究中心，山东 邹城 273500)

1 引言

煤矸石露天排放和地表塌陷破坏是煤矿生产中最主要的环境问题，是影响矿区经济发展的重要因素;大量的“三下”压煤严重制约了煤炭资源的合理开发，是目前煤矿资源采出率较低的主要原因之一。

2 整机结构组成及创新点

2.1 充填工艺设计思路

井下迎头面的矸石分别经过井下轨道运输巷、翻罐笼、矸石仓、给煤机等环节输送到胶带输送机上，再经胶带输送机传送给矸石填充机，最后由矸石填充机将矸石抛填到采空巷道内［1］，如图1、2所示。

图1 充填工艺图

2.2 整机结构组成及工作原理

该机主要由抛射皮带、送料卸载机构、底架总成、行走部、后支撑器、液压系统、电气系统以及喷雾灭尘系统等组成［2］(见图3)。行走部驱动机器移动，底架总成系统可根据工况来调节左右方向的位置及偏斜角度，保证矸石平稳落入送料卸载机构，液压马达驱动的滚筒马达带动抛射皮带转动，矸石由抛射皮带抛出，矸石堆积完成巷道充填。液压系统及电气系统为整机提供动力源及操作保障。

图2 充填工作示意图

图3 整机结构图

抛射皮带可在巷道宽度范围内上下左右摆动，能将整个巷道在宽度范围内填满矸石。当前面填满后，填充机向后退移一个步距，约500 mm。这时，皮带机储带与自动张紧装置能将松弛的皮带自动张紧。在退移过程中，如果行走机构偏离了送料皮带机中心一定的距离，就会使其上面的卸载滚筒同样偏离这一距离，从而导致送料皮带在运行中因此而跑偏。这时，可通过操纵调偏液压操纵阀手柄，调偏油缸拉动调偏架向跑偏侧偏移，直到将跑偏量完全克服，使皮带恢复正常运转。如果填充机向后退移时与送料皮带机偏移了一定角度，卸载滚筒架在调斜油缸的作用下，绕卸料点转动调整，直至与皮带拉力方向一致。如果巷道底板左右不平，可通过操纵调平液压操纵阀手柄驱动调平千斤顶活塞杆上下动作，调整卸载滚筒水平。总之，通过自动调偏、调向及水平调整这些措施，能使卸载滚筒始终与送料皮带机的机头驱动滚筒保持轴线平行，做到中心相同、方向一致，从而保证送料皮带机能够正常运行［3］。

矸石充填机主要技术参数:总重为22 t;外形尺寸(长×宽×高)为12.8 m×2.38 m×3.45 m;爬坡能力为-6°～+16°;物料粒度≤200 mm;运输能力为300 t/h;装机功率为37 kW;防爆形式为隔爆型;系统压力为20 MPa。

(1)抛射皮带 由承载段、连接段和卸载段组成。承载段与连接段用螺栓连接在一起;卸载段与连接段通过伸缩油缸连接，且卸载段可在连接段内的导轨槽内伸缩滑动，滑动的过程中有4个导向轮定位导向;承载段的后部装有驱动滚筒，前部装有涨紧滚筒和储带滚筒，储带滚筒通过涨紧油缸与连接段连接在一起，且储带滚筒在涨紧油缸的带动下可在承载段内的导轨上前后滑动，通过两油缸的串联动作，实现了抛射皮带正常运转的同时可自由伸缩动作;卸载段的前端下部装有推平装置，推平装置通过推平油缸与卸载段联接，在油缸的推动下推平装置可在卸载段下部的导槽内滑动，实现推平动作;承载段的下部设有交接耳座，通过销轴和升降油缸与回转工作台连接，且能随工作台回转和相对工作台作升降运动。

(2)送料卸载机 由机构、调偏机构和调斜机构组成。调平机构用销轴交接在底架总成的后架上面，通过2个调平油缸可对调平架进行水平方向的调节;调偏机构安装在调平机构上，通过调偏油缸与调平机构联接，利用调平油缸伸缩动作带动调偏机构在调平机构导轨槽内往复运动，实现调偏动作。调斜机构在调斜油缸的拉动下，可绕铰点旋转达到调斜作用。调斜机构头部装有改向滚筒，起到了卸载滚筒的作用，尾部装有压带滚筒，变坡时还可起到托带作用。

(3)底架总成 底架是整台设备的载体，所有部件都组装在上面，从结构上可分为两部分，前、后架和回转工作台，前、后架用高强螺栓连接成为一体，前架与回转工作台的回转轴承座用螺栓连接在一起，回转工作台通过回转油缸与前架连接，通过回转油缸带动回转工作台回转动作。前架两侧连接行走机构，上部通过回转架支撑抛射皮带;后架上部连接受料机构，后部装有两件后支撑器。

(4)行走部 主要由履带架、履带链、液压马达、减速机、张紧轮组、履带涨紧机构等组成。液压马达通过减速机及驱动轮带动履带链实现行走，制动装置为减速机内置，性能更加可靠。履带链与履带架体的连接为滑动摩擦式，这简化了结构，减少了故障率。履带涨紧机构是由涨紧轮组和涨紧油缸组成的，履带的松紧程度靠涨紧油缸推动涨紧轮组进行调节。涨紧油缸为单作用形式，涨紧轮伸出后靠卡板锁定。

(5)液压系统 系统由1台两联齿轮泵供油，齿轮泵用37 kW的风冷电机驱动［4］，输出2路压力油，分别供给九联换向阀和五联换向阀，九联换向阀控制抛射皮带升降油缸，抛射皮带回转油缸，抛射皮带伸缩油缸，推平油缸和履带涨进油缸这些动作，送料卸载机构的调平油缸，调偏油缸，调斜油缸和左右后支承油缸动作;五联换向阀控制左右行走马达动作，抛射皮带的液压滚筒驱动马达运转，以及后部配套送料皮带机的移动如图4所示。

图4 液压原理图

(6)电气系统 主要由电控箱、电控操纵箱以及其他控制元件组成，电控系统选用可编程序控制器为控制核心，自动控制交流真空接触器驱动泵站电机、电滚筒运行，同时控制前部运料皮带的运行、信号和闭锁。该系统保护功能齐全、可靠，具备过载、短路、缺相、漏电、油温、油位等保护功能，同时具备系统运行指示及填充照明功能。

2.3 创新点

(1)整机机构合理，履带式行走机构确保了整机移动自如，重心位置居中，辅以支撑器，整机更加稳定，适应更大坡度。

(2)抛射皮带的设计使机器能够满足最高6 m的巷道充填，同时抛射皮带可在一定角度内转动，提高了机器的灵活性，适用范围大大提高。

(3)送料卸载机构的设计防止了煤矸的侧漏，使煤矸石平稳的滑落到抛射皮带上，从而降低扬尘，减少了对皮带的冲击和损坏。同时具有调平、调偏机构，可更好地和后部配套送料皮带机进行搭接。

3 结语

该井下矸石充填机和配套充填工艺结合了矿井实际情况，并在关键技术上拥有创新，产品运行平稳、安全可靠、操作方便、故障率低，具有较高的技术含量和技术生产率，而且可减少因采煤造成的地表塌陷、生态破坏及水土流失等环境问题，已在济三煤矿及太原东山煤矿等多个煤矿成功运用，可推广至全国各个矿井，市场前景广阔，并对创建资源节约型企业和社会发展具有重要的现实意义。

［1］ 李法柱，曹 忠，李秀山，等.矸石膏体充填开采围岩演化规律研究［M］.北京:煤炭工业出版社，2002.

［2］ 陈卫峰.P120B型矸石充填机的研制与使用［J］.煤矿机电，1994(2):19-20.

［3］ 催明思，梁兴义.矿山机械［M］.北京:煤炭工业出版社，1978.

［4］ 雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.