矿用刮板输送机中部槽耐磨性能

升级改造项目设计与应用

论 文 摘 要

文章主要介绍了中煤塔山煤矿后部刮板运输机在使用过程中存在的各种问题以及根据中部槽的磨损失效机制，提出了使用“自熔合金熔融堆焊”的方法提高中部槽耐磨性的方案，通过理论研究、相关实验数据分析以及现场工矿应用情况对比，论述、验证了在矸石含量较大的煤质条件下后部刮板运输机中部槽耐磨性提升的技术方案，为类似煤矿在设备选型提供应用实践支持。

关键词：刮板运输机；中部槽；耐磨性

目  录

1 矿井基本情况及刮板运输机存在问题 3

1.1矿井基本情况 3

1.2工作面地质条件 3

1.3后部刮板运输机存在问题 3

2研究和解决方案 5

2.1中部槽的磨损失效机制 5

2.2中部槽耐磨性能对比 6

2.3耐磨焊施工工艺要求 6

2.4耐磨焊施工技术方案 6

2.5耐磨性能升级项目工艺及特点 8

2.6技术保障措施 8

3耐磨处理达到效果 9

4参考文献： 9

矿用刮板输送机中部槽耐磨性能

升级改造项目设计与应用

作者：袁碧波

（中煤能源集团中煤大同能源有限责任公司 塔山煤矿，山西 大同 037001）

作者简介：袁碧波(1985—),男,山西大同市,汉族,机电管理处处长。Tel：18635296528

1 矿井基本情况及刮板运输机存在问题

1.1矿井基本情况

中煤塔山煤矿行政区划隶属大同市云冈区口泉乡，隶属中煤资源发展集团公司，矿井核定生产能力为300万吨/年，为单井单面高效高产矿井。

1.2工作面地质条件

综采工作面为一次采全高放顶煤工作面，煤层平均厚度约15.8米。根据3-5号煤层矿建地质报告和回采中煤质情况分析，3-5号煤层中普遍含有5～11层夹矸，夹矸的岩性为铝土质泥岩、黑色炭质泥岩、褐色高岭岩、灰色粉砂岩，以砂岩为主，硬度约为f=5～6；单层夹矸的最大厚度为2m，总厚最大为7.5m，平均为4m，矸石含量约43%。

1.3后部刮板运输机存在问题

综采工作面为一次采全高放顶煤工作面，设计长度为160米（煤壁到煤壁）。目前已回采两个工作面，分别是30501、30509工作面。根据30501以及30509综采工作面设备使用磨损情况分析，30515综采工作面后部刮板运输机溜槽无法保证一个工作面顺利回采完成。

1.3.1 30501综采工作面磨损情况

30501综采工作面后部刮板运输机中底板材质为JFE-400日本进口板材，中板厚度为45mm，底板厚度为30mm。在回采过程中出现后部刮板运输机机头处中部槽中板磨透，为了保证正常回采，已在中板贴敷一层高强度耐磨板，而机尾处中部槽中板磨损严重。

后部刮板运输机中部槽图片1

后部刮板运输机中部槽图片2

中部槽链道磨损图片                         中部槽槽帮磨损图片

2点为支架侧链道，3点为老塘侧链道，可以看出2点和3点链道部位磨损严重，其中老塘侧链道磨损最为严重，磨损量已达到原值的71%。

1.3.2 30509综采工作面磨损情况

为了提升中底板耐磨性，30509综采工作面对中底板材质进行调整，由JFE-400改为更耐磨的瑞典进口HARDOX450板材，并由原厚度45mm增加到50mm；对中部槽翼板材质进行了加强，采用更耐磨的6BM材料。

30509综采工作面于2017年3月投入使用，2017年8月27日由于中部槽底板脱落事件对后部中部槽进行了更换，2018年6月15日回采完毕升井。更换后的后部刮板运输机溜槽在井下连续使用8个月，过煤量400万吨。

2点为支架侧链道，3点为老塘侧链道，可以看出2点和3点链道部位磨损严重，其中老塘侧链道磨损最为严重，磨损量已达到原值的40%。

HARDOX450材质在30509工作面使用8个月，老塘侧链道磨损量已到达40%，根据材质耐磨性能分布和磨损机理，可以预测无法保证整个工作面的正常生产完成。

2研究和解决方案

根据矿井综采工作面后部刮板输送机溜槽严重磨损情况以及对同煤集团塔山煤矿、同忻煤矿进行调研的情况分析，为了保证30515综采工作面的安全顺利生产，对后部刮板输送机进行耐磨性能升级改造项目。

2.1中部槽的磨损失效机制

中部槽的磨损主要发生在中板和槽帮上，是由物料（煤、矸石、岩石等）和活动部件（刮板、链环等）与其产生相对运动而造成的一种磨粒磨损和金属间磨损同时存在的混合式磨损。刮板输送机中部槽在经过一个使用周期后，主要损坏形式是中板表面磨损。中板磨损机理如下：

2.1.1刮板带动原煤在中板表面不断滑动，对中板表面产生均匀磨损，使中板整体变薄。

2.1.2刮板是通过链条来拖动的。一方面，链条在一定程度上限制了其下方原煤的自由活动，增加了与链条下方中板表面的摩擦机会，进而加剧了中板的局部磨损；另一方面，处在链条下方的中板，既要承受原煤自身的重力，还要承受链条重量造成的附加压力，所承受的应力水平远高于其他部位，进一步加剧了链道下的局部磨损，导致中板表面规则地出现与链环宽度相对应的沟槽。

2.2中部槽耐磨性能对比

刮板输送机中部槽中板为瑞典进口Hardox450。该板属热轧的热处理板，组织是合金马氏体+贝氏体+残余奥氏体，依靠合金元素强化固溶体获得硬度和耐磨性。其优点是具有很好的耐冲击韧性和弯曲性能，但作为高性能的耐磨材料，其耐磨指数已不能满足煤矿实际生产需要。Hardox450耐磨指数布氏硬度为HV450，相当于洛氏硬度HRC≤48。

通过对国内耐磨技术的调研以及参照周边矿井耐磨焊应用情况，最终选择了威海三盾耐磨科技工程有限公司自主研发的“自熔合金熔融堆焊”工艺。该工艺中的耐磨堆焊材料以铁基高铬合金为母本，通过引入硼和稀土元素，研究合金的交互作用，成功地开发出性能优于国外同类产品的耐磨合金（专利）。该合金中大量的四方形和三角形金属碳硼化合物取代了以往传统铁基高铬合金中六边形和长条状的金属碳化物，而且分布均匀组织弥散，具有微观组织结构独特、硬质相硬度高、与基体结合牢固等特点，因此耐磨性能优越。耐磨处理后耐磨层洛氏硬度HRC≥62，远远大于Hardox450板材洛氏硬度HRC≤48，耐磨性能大幅提高。

通过对刮板输送机中部槽中板的耐磨性研究，不仅可以保障工作面采煤任务的顺利完成，提高输送机的使用寿命，还能降低设备维护及修理费用，减少井下检修的安全风险。

2.3耐磨焊施工工艺要求

2.3.1为了保证耐磨处理效果，在施工前对施工部位以及焊材进行热处理工艺，保证耐磨焊处的温度。

2.3.2为防止出现断层脱落情况，需要提前对耐磨焊部位进行堆焊过渡处理，以降低中底板和耐磨层硬度差距。

2.3.3在耐磨焊时需要对部位进行保温处理。

2.3.4为了降低高温对材质的破坏，整个焊接需采用人工方式，分断、间歇进行施工。

2.4耐磨焊施工技术方案

2.4.1中板堆焊4道耐磨层。链道部位堆焊2道耐磨轨道，平均厚度3～4mm，平均宽度≥60mm；其他易磨损部位堆焊2道耐磨轨道，堆焊平均厚度2.5～3mm，平均宽度≥45mm。

2.4.2中板上表面在堆焊链道的基础上堆焊菱形网格耐磨层，堆焊区域保证覆盖整个易磨损部位，平均厚度≥2mm，平均宽度≥12mm，网格平均间距≤175mm。

2.4.3底板两端易磨损部位各堆焊3道耐磨层，由底板两端向中间延伸300mm，堆焊平均厚度2～3mm，平均宽度≥55mm。

2.4.4槽帮内侧圆弧处易磨损部位左右各堆焊一道耐磨轨道，平均厚度2～3mm，平均宽度≥30mm。

后部刮板运输机中部槽耐磨焊设计正视图

后部刮板运输机中部槽耐磨焊设计图

后部刮板运输机中部槽耐磨焊施工图

2.5耐磨性能升级项目工艺及特点

采用“手工焊、间歇焊、多层焊”的工艺，采用专用的耐磨合金焊条及粉块，用堆焊的方式在中板表面形成一层耐磨合金层。堆焊层中能产生大量的块状一次碳化物Cr7C3和二次碳化物，金相组织中的“硬质相”析出物是“金属碳硼化合物”，耐磨损性能高于“硬质相”析出物是碳化物的高铬合金，与Hardox450等金相组织中没有“硬质相”析出物的中碳低合金热处理钢比较，具有耐磨损性能更加优越的特点。

耐磨层材质为高铬硼系硬质合金，其中硼元素的加入，不仅在堆焊过程中防止了原有基板中的成分向耐磨层中渗透，起到所谓“稀释”作用，而且能使耐磨层中的成分向基板内部“反渗透”。这种“反渗透”不仅加强耐磨层与原基板结合的牢固程度，而且由于这种合金的液相表面张力低，使最后形成的耐磨层表面更为光滑。在使用过程中还会表现出另外一个奇特的特点——节能。具体表现是越磨越亮，越磨越光滑，刮板在其表面上运动犹如雪橇在冰面上运动毫不费力，通常可以节能10～15%。

采用手工堆焊工艺对中部槽进行表面处理的特点是耐磨性大幅增强，且操作灵活，可根据工件磨损情况随时更换堆焊材料、调整堆焊厚度及堆焊部位，适合中部槽这种复杂磨损工件的现场耐磨处理。

2.6技术保障措施

2.6.1采用的“手工焊”耐磨处理方式施工过程中需“分段、间歇”堆焊，避免“自动焊”一次成型导致的中板母材急剧升温、递加升温，最大限度的减少对中板母材的热影响。

2.6.2Hardox450板母材马氏体的退火温度需≥520℃，而耐磨处理时中板除耐磨焊道（平均宽度≤6cm）外，其余部位温度≤120℃。故耐磨处理对中板母材的整体影响微乎其微。

2.6.3耐磨处理“手工焊”施工时要求工人以手掌在距耐磨焊道旁100mm处试温，当温度过高时及时停止堆焊，以此减少热影响区域；同时堆焊时不断对中板进行锤击，以释放堆焊产生的应力。

2.6.4耐磨处理“手工焊”施工时要求严格控制电流（电流≤220A），以减少热影响区域。

2.6.5耐磨焊道要求远离中部槽出厂时的机械焊缝，避免产生裂纹。

3耐磨处理达到效果

刮板运输机是煤矿生产中主要的运输设备，使用广泛，而中部槽使用寿命直接关系到煤矿的效益和安全。根据考察情况来看，耐磨处理后中部槽的使用寿命，可进行二次使用。对于磨损极其严重的转载机部位也可保证一个工作面正常生产。这样不仅可避免在井下再进行耐磨焊，保证综采工作面的安全生产；而且中部槽升井再处理后可二次使用，降低煤矿资金投入，有益于企业的经营管理。

4参考文献：

[1] 于风福. 双金属复层耐磨钢板堆焊材料及工艺技术研究.复杂磨损堆焊材料与结构因素研究.高耐磨药芯焊丝制造技术.双金属复层耐磨钢板堆焊材料及工艺技术研究.高耐磨药芯焊丝制造技术。

[2] 郑少勇.堆焊复合耐磨钢板在刮板输送机中部槽的应用.江苏科技信息.2015，（24）：60-61。

[3] 孙玉宗，于洪爱，李慧琪，等.刮板输送机中部槽等离子熔覆合金涂层技术[J].煤矿机械，2007（9）:112-113。

[4] 孔强.延长刮板运输机中部槽使用寿命的方法[J].煤矿机械，2007（11）：161。