马海红

（山西新景矿煤业有限责任公司，山西阳泉 045000）

0 引言

在采煤时，产生的废水会携带碎煤和其他杂物流到水仓中，这给矿井带来了水害的安全隐患。矿用螺旋提斗式多功能清仓机是专门用于对矿井中水仓进行清挖处理的专用器具，也是整个矿井保持整洁的主要设备，其主要功能是将沉积在水仓中的干煤泥和稀煤泥先进行收集汇总，再经过输送到指定地点。该设备解放了矿工的生产力，减少了矿工的劳动强度，使繁重的体力劳作转向了机械化生产，并且能够满足远距离的管道运输，提高了水仓处理速度[1-2]。现有的同类产品大多主要用于输送稀煤泥，并不能同时远距离处理干煤泥和稀煤泥，这就导致了矿井水仓清理的低工作效率和高劳动强度。

1 螺旋提斗式多功能清仓机的结构特点

螺旋提斗式多功能清仓机主要有电动机、水泵、清挖集装箱、输送皮带、输送泵、履带、司机操作台。考虑到大多数矿井的地质情况，为满足我国大多数生产矿井的投入使用，综合设计的主要参数如下：运送量至少为30 m3∕h，直线运行距离至少为800 m，考虑到矿井上下坡的高度差，垂直输送距离至少需达到50 m，螺旋的上下极限值范围为600 mm，最大可达到500 mm。结合矿井的实际情况，速度设置为7 m∕min，可适应的上坡度为16°，下坡度为18°，适应于多数巷道断面，总重量小于8 000 kg。

1.1 多功能清仓机动力系统

清仓机在矿井中进行废弃物料集输主要由隔爆电动机控制液压泵来提供生产动力。该液压泵为矿井专用，采用三连轴运移，包括主泵和辅泵，主泵为柱塞泵，所提供的动力可进行无极调节，能适应各种各样的工况，而辅泵是齿轮泵，它的功能主要用于清仓机的行走和移动以及为清仓机系统内各种机构提供液压油[3-4]。多功能清仓机示意图如图1所示。

1.2 清挖处理储集系统

通过螺旋产生的惯性力箱输送机进行物料汇集，然后将物料转移到下一个转运输送泵或通过下一节输送皮带进行转运。另外，设置了水仓内物料堆积高度监测装置来判断水仓内的装料情况，通过水仓内的螺旋机构上下旋转，将水仓内的汇集物料接连不断地传向下一提斗机系统。较之前矿井采用的传统刮板输送机结构，现在使用的提斗式输送机有着明显的使用高效性和广泛性，更有助于进行稀煤泥的清挖运输，同时也能有效处理干煤泥的清挖[5-6]。

图1 螺旋提斗式多功能清仓机主要结构示意图

1.3 输送机

输送管路适合输送含水率在45%以上的稀煤，采取这种方式效率较高，因为此时的煤泥流动性好，经过搅动后成稀状，可以很便捷地运送到指定地点。而当输送的含水率小于30%时，此时煤泥的可塑性较差，这种情况不适合使用管路远距离运送，常常直接输送至尾部的矿车中再进一步转移至合适的规定位置。

1.4 行走履带和司机操作处

选用液压行走履带来推动清仓机主要是考虑到水仓内的恶劣情况，而且设备在水仓内总是需要不断推动行走。司机操作处集合了各个操作控制器，司机能够清楚掌握物料所处情况、状态变化以及其他设备的变动和意外情况，从而能够快速做出较为准确的判断并做出相应的指令以进行应急操作[7]。

2 清仓机的工作原理

2.1 设备运行过程

清仓机启动后，电动机驱动链条及提斗仓开始运作，同时，链轮带动螺旋设备开始物料旋转进行物料收集，集料设备上装有两个螺旋机构，两螺旋机反方向运转将水仓中的物料向提斗机中央进行汇集，然后提斗机工作沿槽斗将煤泥等输送到尾部。运送的煤泥含水量较低时，直接输送到尾部的矿车中，矿车把干煤泥运到指定位置。而当运送水分较大的煤泥时，需要先降低水分再处置，具体实施方法是通过液压泵将煤泥浆抽到高压管中，经过高压煤泥输送管配送到规定地点。在整个设备运作过程中，设备的移动和提斗机的升降协调配合运行，这样就能顺利完成水仓的清理工作。

具体实施过程中，液压履带行走需要和旋转式提斗输送机相协调配合，这样才能源源不断地将水仓内的煤浆等物料收集输送到合适的地点，从而完成整套系统的运作和水仓的清理工作。按照设计运输量，多动能清仓机平均装满一辆5t的矿车需要10 min左右，如果是3 t的矿车耗时将会更短。和人工劳动对照，该设备实现了一体化作业，使速度得到了极大地提高，有效改善了清仓清理的恶劣作业环境。

2.2 液压系统原理

液压系统动力依靠电机控制液压泵和高压液压油，考虑到水仓内物料堆积和距离的变动较大，而且矿井下对设备的防尘防爆要求，所以这种液压油驱动较为可靠合理，安全性高，而且能适应复杂多变的井下条件。物料的集输和方向的控制都由液压自动转换，司机只需负责根据现场物料堆积情况改变行车路线即可，大大解放了人力，并提高了工作效率。当装运物料为较湿煤泥时，需要经由泵抽出经过高压管先尽可能去除水分，达到干煤泥的标准要求后装入矿车。

3 清仓机的设计与选型

3.1 清仓机驱动功率设计

清仓机输送量Q的计算：

其中，Q为输送量，m3∕h；i为仓内体积，m3；v为设备运行速度，m∕s；n为系数；d为料斗间距，m。以山西晋城海天矿为例，代入数据工况计算，其中i为5 m3，v取3 m∕s，n为0.8，d为1.2 m，则输送量为为40 m3∕h。

驱动轮转速n的计算：

其中，s为驱动链轮直径，m，以该矿实际情况为例，s为0.1 m，得n为9.5 r∕s。故根据计算结果设定输送量Q为40 m3，驱动轮转速为n为9.5 r∕s，该设计结果能够符合设计要求。

3.2 现场运行

根据实际情况代入相关参数，即可设定所需输送系统的相关设计数据，这样通过对比设计要求能完成对矿井螺旋提斗式多功能清仓机的设计与改进。本研究经过计算最终选用MQC-30型多功能清仓机，技术参数如表1所示。

表1 MQC-30型多功能清仓机主要参数

自2017年10月该套设备在山西海天煤业进行了为期半个月的现场试验，运行结果表明，设备在使用时效果良好，在实验期间，共清理煤泥水180 t左右。而且，该机器移动灵活，可操作性强，作业高效，具备很好的现场应用价值。

4 结语

本设计中清挖集料和设备驱动均采用液压油驱动，可充分适应矿井水仓的工况变动和工作条件。考虑到水仓内物料浓度差距变化较大，所以提斗输送是较为合理可行的输送方式[8]。矿井螺旋提斗式多功能清仓机要适应输送的角度在一个变化的范围内，设计主要参照的是当清仓机处在低位时的角度，因为当物料处于较高位置时。由于水的性质和物料自身的重力，煤泥等物料会较干，可直接运入矿车进行输送，对设备的设计影响较小。

理论研究和实践经验表明，此次设计的螺旋提斗式多功能清仓机设计科学，结构简单合理，安全可靠性高；采用双螺旋反方向运转向中间汇集的集料方式，和分段槽斗输送方式配合液压电机提供动力系统，能够有效实现水仓的机械化清理；另外，履带式系统的行走设计，能够适应矿井下的恶劣环境，而且爬坡能力强，制动性能好，不会出现刹车后的较大惯性滑行距离；液压泵的组合使用，使该机能够连续运输煤泥。井下使用表明，该设备不易损坏，维修方便，适应能力强，清仓效率高，能够极大地减轻矿工的劳动强度。矿井螺旋提斗式多功能清仓机的研制具有很大的矿井生产实用价值，并能够推广到其他矿井的使用。