煤礦巷道掘進(jìn)裝備選型配套研究

文/涂興子黃愛(ài)軍

為了科學(xué)擬定平頂山天安煤業(yè)股份有限公司所屬礦區(qū)配套的掘進(jìn)機(jī)械化設(shè)備選型方案，力爭(zhēng)以最少的投資、最先進(jìn)可靠的技術(shù)和設(shè)備、最優(yōu)化的組合配套方案，實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)設(shè)備選型符合各礦井安全可靠、配套協(xié)調(diào)、實(shí)用經(jīng)濟(jì)的需要，本文闡述了影響掘進(jìn)裝備選型配套的主要因素，提出了煤礦巷道掘進(jìn)裝備選型配套的流程，研究表明：煤礦巷道掘進(jìn)裝備選型配套應(yīng)當(dāng)綜合考慮各種影響因素，制定切實(shí)有效的配套方案才能適應(yīng)礦井需要。

一、影響掘進(jìn)裝備選型配套的主要因素

煤礦井巷綜合掘進(jìn)機(jī)械化工作面設(shè)備是由掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和運(yùn)輸設(shè)備完成煤巖的落、裝、轉(zhuǎn)、運(yùn)作業(yè)，同時(shí)還需要配置輔助運(yùn)輸設(shè)備以便運(yùn)輸支護(hù)材料和其他器材。為創(chuàng)造良好的掘進(jìn)作業(yè)環(huán)境，需要設(shè)置通風(fēng)和除塵設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，需要配置瓦斯斷電儀等安全裝置及相應(yīng)的供電、供水和控制設(shè)備，并組成一個(gè)完整的作業(yè)線。

從整個(gè)巷道中的主體布置來(lái)講，掘進(jìn)裝備選型配套包括煤、矸運(yùn)輸，除塵通風(fēng)，材料運(yùn)輸，巷道支護(hù)，供電系統(tǒng)五個(gè)方面。其中除了巷道支護(hù)是根據(jù)圍巖條件不同而決定以外，其他四個(gè)方面都與巷道斷面大小、采區(qū)巷道布置方式、巷道最大掘進(jìn)長(zhǎng)度、巷道支護(hù)形式、礦井生產(chǎn)的運(yùn)輸系統(tǒng)等五項(xiàng)因素有關(guān)。在確定掘進(jìn)裝備選型配套方案時(shí)，應(yīng)綜合考慮上述五項(xiàng)因素。

二、煤礦巷道掘進(jìn)裝備選型配套的流程

煤礦巷道掘進(jìn)工作面設(shè)備選型配套通常采用的流程依次為：地質(zhì)條件工藝性評(píng)價(jià)，掘進(jìn)工藝方式選擇，工作面單位時(shí)間進(jìn)尺確定，掘進(jìn)機(jī)選型，轉(zhuǎn)載機(jī)選型，輸送設(shè)備選型，輔助運(yùn)輸設(shè)備選型，設(shè)備配套。

三、掘進(jìn)機(jī)的選型

選擇掘進(jìn)機(jī)時(shí)，應(yīng)以滿足巷道斷面和巷道地質(zhì)要求作為主要依據(jù)。

1.巷道斷面積。巷道斷面積的大小基本決定了機(jī)型的尺寸和重量，機(jī)型的選擇應(yīng)滿足以下不等式：

式中：S機(jī)min—機(jī)型可掘最小斷面；S機(jī)max—機(jī)型可掘最大斷面；S巷—巷道斷面。

每一種機(jī)型都在一定的巷道斷面積范圍內(nèi)適應(yīng)，但更應(yīng)考慮最佳的巷道斷面積。

2.巷道地質(zhì)條件。

（1）巷道底板情況。目前，國(guó)外掘進(jìn)機(jī)履帶接地比壓在45-180KPa范圍內(nèi)，我國(guó)目前可供用戶選用的機(jī)型中接地比壓都在80-150KPa左右。因此，應(yīng)根據(jù)巷道底板堅(jiān)硬情況，在上述接地比壓范圍內(nèi)選擇機(jī)型。

（2）煤巖特征。煤巖的類型和堅(jiān)硬系數(shù)是決定機(jī)型和切割頭特征的又一個(gè)重要依據(jù)。從我國(guó)煤礦巷道情況來(lái)看，有煤巷、半煤巖巷和全巖巷之分。通常在煤巷中含30%以下的夾石稱為半煤巖巷。從物料的堅(jiān)硬系數(shù)和機(jī)型的關(guān)系來(lái)看，通常時(shí)，可選用全煤巷部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)；當(dāng)時(shí)，可選用半煤巖部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)；當(dāng)?shù)娜珟r巷，若選用部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)則應(yīng)用效果會(huì)大幅下降，故應(yīng)視其全巖巷道的長(zhǎng)短，選擇全斷面掘進(jìn)機(jī)或鉆爆法掘進(jìn)。

（3）巷道彎曲情況。巷道的拐彎半徑必須與所選機(jī)型能達(dá)到的拐彎半徑相吻合。另外，在初始掘進(jìn)的80m巷道長(zhǎng)度，機(jī)后的物料輸送不可能配用伸縮帶式輸送機(jī)或其他輸送設(shè)備。因?yàn)榭缮炜s帶式輸送機(jī)的最小鋪設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)為80m，所以在初始80m巷道中只能采用礦車或其他簡(jiǎn)易的輸送方式。

3.其他因素。其他還應(yīng)考慮生產(chǎn)能力對(duì)機(jī)器的要求，以及配件供應(yīng)，維修能力，職工素質(zhì)等因素。

四、轉(zhuǎn)載機(jī)的選型

轉(zhuǎn)載機(jī)主要用作掘進(jìn)機(jī)與輸送設(shè)備中間的轉(zhuǎn)載設(shè)備。一般轉(zhuǎn)載機(jī)都以膠帶為傳送機(jī)構(gòu)。考慮轉(zhuǎn)載機(jī)選型時(shí)，應(yīng)注意其輸送能力應(yīng)與掘進(jìn)機(jī)相適應(yīng)，同時(shí)要考慮后配套的輸送設(shè)備的使用能保證充分發(fā)揮掘進(jìn)的生產(chǎn)效率。當(dāng)后配套選用可伸縮帶式輸送機(jī)或刮板輸送機(jī)時(shí)，一般選用各種橋式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)，通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)前后與掘進(jìn)機(jī)和帶式輸送機(jī)搭接長(zhǎng)度的變化可保證轉(zhuǎn)載與運(yùn)輸?shù)倪B續(xù)性。當(dāng)與帶式輸送機(jī)配套時(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾的支撐小車應(yīng)騎跨在伸縮帶式輸送機(jī)機(jī)尾的軌道上，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板輸送機(jī)配套時(shí)，應(yīng)換成大輪支撐小車。當(dāng)后配套設(shè)備選用礦車軌道運(yùn)輸時(shí)，為解決礦車倒運(yùn)而停掘進(jìn)機(jī)的矛盾，可采用半吊掛或支腿式轉(zhuǎn)載機(jī)，此時(shí)轉(zhuǎn)載機(jī)可根據(jù)一次轉(zhuǎn)載礦車的數(shù)量調(diào)整自身長(zhǎng)度。

有些掘進(jìn)機(jī)，可自帶懸臂式擺動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)，適用于工況條件多變、不能構(gòu)成連續(xù)輸送物料的礦井，該轉(zhuǎn)載機(jī)適于后配套設(shè)備為刮板輸送機(jī)或礦車時(shí)使用。

五、輸送設(shè)備的選型

巷道布置方式?jīng)Q定了煤、巖的運(yùn)輸方式。垂直彎曲的巷道可采用刮板輸送機(jī)、可伸縮帶式輸送機(jī)、齒軌式機(jī)車、無(wú)軌膠輪梭車、膠套輪電機(jī)車；水平彎曲巷道可采用防爆特殊蓄電池電機(jī)車、無(wú)軌膠輪梭車、刮板輸送機(jī)。在連續(xù)運(yùn)輸方式時(shí)，只能選用可伸縮帶式輸送機(jī)和刮板輸送機(jī)，但可伸縮帶式輸送機(jī)伸縮方便、功耗小，故應(yīng)優(yōu)先選用可伸縮帶式輸送機(jī)作為掘進(jìn)機(jī)后配套的輸送設(shè)備。為解決采用可伸縮帶式輸送機(jī)在初始80m巷道的運(yùn)輸問(wèn)題，可采用刮板輸送機(jī)與可伸縮帶式輸送機(jī)共用的方案，在掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)時(shí)延長(zhǎng)刮板輸送機(jī)，當(dāng)延長(zhǎng)到帶式輸送機(jī)鋪設(shè)長(zhǎng)度時(shí)，拆除刮板輸送機(jī)30~75m，將刮板輸送機(jī)縮到25~50m，并將可伸縮帶式輸送機(jī)延伸到80m。

有些掘進(jìn)機(jī)自身帶有懸臂式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)，這時(shí)配套可選用多臺(tái)刮板輸送機(jī)作為輸送設(shè)備。懸臂式膠帶轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板機(jī)搭接長(zhǎng)度為4~5m，掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)4.5m（相當(dāng)于三節(jié)溜槽長(zhǎng)度）需要移一次輸送機(jī)機(jī)尾，接三節(jié)溜槽。

當(dāng)掘進(jìn)巷道長(zhǎng)度達(dá)千米時(shí)，可選用伸縮帶式輸送機(jī)和固定帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)煤巖。這樣既具有可伸縮性能，又可由固定式帶式輸送機(jī)代替可伸縮帶式輸送機(jī)而不必由2臺(tái)或3臺(tái)伸縮帶式輸送機(jī)搭接。此時(shí)，伸縮帶式輸送機(jī)跟隨掘進(jìn)機(jī)前進(jìn)。

六、輔助運(yùn)輸設(shè)備的選型

當(dāng)確定了主要運(yùn)輸方式后，就可以確定輔助運(yùn)輸方式。若采用軌道機(jī)車牽引或無(wú)軌膠輪梭車運(yùn)輸時(shí)，則可簡(jiǎn)化輔助運(yùn)輸設(shè)備；若采用連續(xù)運(yùn)輸方式時(shí)，則要考慮輔助運(yùn)輸設(shè)備的選用。

當(dāng)輔助運(yùn)輸設(shè)備選用鋼絲繩牽引單軌吊時(shí)，可適應(yīng)巷道設(shè)備擁擠、空間狹窄，以及巷道底板底鼓和有積水的情況，也適用于坡度較大的巷道。架棚機(jī)和單軌吊可共用一個(gè)軌道。架棚機(jī)也可作短途運(yùn)輸用。當(dāng)輔助設(shè)備選用鋼絲繩牽引卡軌車時(shí)，可適用于頂板破碎但要求巷道底板較好，無(wú)積水。卡軌車安全可靠不易掉道，還可用來(lái)撤除巷道掘進(jìn)設(shè)備。

無(wú)論是鋼絲繩牽引單軌吊或防爆低污染柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)單軌吊都適于巷道斷面大于7m2的水平彎曲和垂直彎曲巷道中使用。鋼絲繩牽引卡軌車是我國(guó)近幾年發(fā)展起來(lái)的輔助運(yùn)輸設(shè)備，它具有牽引力大、運(yùn)輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于斷面大于6m2，水平彎曲和垂直彎曲的巷道，坡度在25°以下的巷道使用。

綜合掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化作業(yè)線的設(shè)備配套是很重要的。為了提高綜合掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化成套設(shè)備的可靠性，保證配套單機(jī)的最佳工況和協(xié)調(diào)工作，設(shè)備配套應(yīng)遵循以下原則：配套單機(jī)的主要積水特性和參數(shù)必須滿足掘進(jìn)巷道的地質(zhì)條件和巷道掘進(jìn)工藝的要求；綜合掘進(jìn)機(jī)機(jī)械化成套設(shè)備的綜合生產(chǎn)能力，應(yīng)以掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力為主要依據(jù)；配套單機(jī)之間的配套尺寸和布置應(yīng)當(dāng)合理。