永定莊礦矸石運輸系統(tǒng)優(yōu)化創(chuàng)新與實踐研究

酈金鐘

（同煤集團永定莊煤業(yè)公司運輸一區(qū)，山西 大同 037024）

永定莊煤業(yè)有限責任公司礦井開拓方式采用主斜副立開拓，為單水平開采，采用混合抽出式通風方式，采煤方法為單一長壁后退式，綜合機械化采煤，自然垮落法輔以人工放頂管理采空區(qū)頂板。當前永定莊礦的矸石處理還是采用國內比較常見的野外填埋模式，因運輸系統(tǒng)能力有限，造成了大量的矸石堆積影響到了煤礦的正常開采。本論文提出了以閉環(huán)式排矸系統(tǒng)為主核心的矸石運輸系統(tǒng)優(yōu)化方案。系統(tǒng)建成并投入實際應用后矸石運輸情況良好，可以給同類型矸石運輸系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。

1 永定莊礦矸石運輸系統(tǒng)優(yōu)化改造的原因分析

永定莊礦的生產能力為200萬t/a，排矸量為2138t/d，矸石運輸系統(tǒng)是巷道掘進順利進行的重要保證。煤礦矸石從掘進工作面運進地面排矸場，需要經過運搬工區(qū)、運轉工區(qū)等單位共同完成。運搬工區(qū)主要負責水平大巷、采區(qū)上（下）山運輸任務；綜合工區(qū)主要負責從北副立井井底到排矸場全巖提升工作；運轉工區(qū)負責用15#、15-2#副井來提升半煤巖、材料等。根據上述工作范圍可知，掘進工區(qū)對運搬工區(qū)有考評權，運搬工區(qū)與綜合工區(qū)、運轉工區(qū)之間也存在類似關系。而綜合工區(qū)和運轉工區(qū)之間由于職責范圍不同，它們之間呈現一種無關的關系，導致運輸系統(tǒng)無法銜接。

永定莊礦當前采用1t固定式礦車進行矸石的運輸工作，矸石從副井輸出后，由電機車運至矸石山，經翻罐籠翻轉到翻矸斗后提升至矸石山頂進行翻矸。矸石運輸送至翻矸點由8名工作人員進行翻矸操作，加上運輸過程中的3名人員，共11名人員負責。鋼絲繩在工作中磨損過度，增加了企業(yè)的成本。永定莊礦矸石的堆放采用傾倒后自然滾落堆起，自然形成的邊坡靜安息角為40°，矸石堆放的穩(wěn)定性差，遇到外界因素容易導致滑坡等安全事故，影響整個煤礦生產的安全與進度。所以當前急需對永定莊礦矸石運輸系統(tǒng)進行改造優(yōu)化，提高其運輸能力和安全性。

2 永定莊礦矸石運輸系統(tǒng)改造優(yōu)化方案的設計

根據永定莊礦日排矸量為2138t的現狀，綜合考慮整個工業(yè)區(qū)廠房的布置情況，初步設計了兩套方案進行選擇。

方案一：制作翻矸架將其做為矸石落地的方式。可以制作高位翻矸架，井下的矸石通過提升機運送到地面后，再經過軌道運送到達翻矸點，然后經絞車牽引至高位翻矸架，矸石直接落地進行堆積，當數量達到預定一定規(guī)模后再用裝載機運出礦區(qū)。

方案二：構建一套閉環(huán)式排矸系統(tǒng)來進行排矸。在井面上鋪設一個環(huán)形的軌道，安裝翻車機、清車機、爬車機、礦車整形機形成一個閉環(huán)式排矸系統(tǒng)。然后將矸石經高位翻矸機翻到運輸汽車上運出礦區(qū)。

綜合考慮到永定莊礦區(qū)的廠房區(qū)域比較小，布置非常密集，礦區(qū)的鍋爐房距離矸石堆放點不遠。所有工況都表明，矸石點不宜大規(guī)模堆放，需要將矸石急時運出礦區(qū)，然后進行填溝造田作業(yè)，所以永定莊礦區(qū)矸石運輸系統(tǒng)的優(yōu)化改造方案采用第二種閉環(huán)式排矸系統(tǒng)方案。

永定莊礦區(qū)閉環(huán)式排矸系統(tǒng)由地面環(huán)形軌道、高位翻車機、清車機、礦車整形機、爬車機及電氣控制設備等部分組成，其具體的工作運輸示意圖如圖1所示。

圖1 永定莊礦區(qū)閉環(huán)式排矸系統(tǒng)流程圖

礦車（矸石）經副井提升機到井面后，采用電機車牽引，通過環(huán)形軌道到達翻矸房，液壓推車機推至高位翻矸機，礦車旋轉110°后矸石落到運輸汽車內，運出礦區(qū)進行填溝造田作業(yè)。通常礦車內還會殘留部分泥巖等粘性物質，對翻矸后的礦車進行檢查，如果積渣過多就讓其經推車機推至清車機進行積渣的清理工作，如果清理過程中礦車發(fā)生變形還需要由整形機對其進行整形作業(yè)，再送到下一個作業(yè)循環(huán)當中。利用清車機與爬車機之間坡度，礦車在重力影響下可自動行向爬車機，由其運出來后就可以回到副井井口車場。

3 閉環(huán)式排矸系統(tǒng)主要設備的作用及工作原理

3.1 高位翻矸機

高位翻矸機是該閉環(huán)式排矸系統(tǒng)的核心設備，主要由翻車架、液壓缸、翻車斗等部件組成，見圖2所示。

圖2 高位翻矸機示意圖

高位翻矸機通過電磁閥的動作使液壓缸內液壓油的傳動來實現翻矸。首先，液壓馬達驅動銷齒輪轉動，銷齒輪撥動鏈節(jié)在滑道內前進，將其傳動給拉爪裝置并推動裝矸礦車前進；推至高位翻矸機下通過阻車器來實驗其在高位翻矸機下準確進行停留，按下按鈕使液壓缸導出壓力油，帶動翻轉油缸動作完成翻矸，若翻矸機轉臂無法復位，讓復位油缸參加動作，使翻矸機轉臂復位，完成整個翻矸動作。

3.2 清車機及圓環(huán)鏈爬車機

清車機在閉環(huán)式排矸系統(tǒng)中主要起到清理礦車的作用。其工作原理為：本站提供動力，由升降油缸、推移油缸調整工作機構位置，然后開啟升降油缸及挖掘油缸，使鏟板沿礦車側板下降并合攏，進行工作。爬車機主要目的是補償車輛的勢能，工作原理為由帶有爬車爪的牽引鏈，通過傳動裝置驅動在斜坡道上進行作業(yè)。

4 實踐應用效果分析

經過2個月的施工改造，永定莊礦閉環(huán)式排矸系統(tǒng)順利完工并投入使用，成功地避免了狹窄廠區(qū)因矸石山的存在而導致的生產問題。通過改良，又增加了1臺備用高位翻車機，提高翻矸量。該系統(tǒng)應用效果主要表現在：（1）閉環(huán)式排矸系統(tǒng)維修保養(yǎng)費用低，排矸效率高。運行6個月時間內，運輸系統(tǒng)的設備故障率為零，保障了運輸系統(tǒng)的正常工作，降低了因故障維修帶來的各項經濟損失。（2）閉環(huán)式排矸系統(tǒng)去掉了矸石傾倒流程，降低了廠區(qū)內因矸石傾倒而導致的噪聲污染和粉塵污染，降低了對周圍環(huán)境的破壞，提高了環(huán)保效果。

5 總結

本文以大同煤礦集團永定莊煤礦為研究對象，對其矸石運輸系統(tǒng)的不足進行了優(yōu)化創(chuàng)新設計，并進行了實踐應用。實踐效果表明，優(yōu)化改進后的以閉環(huán)式排矸系統(tǒng)為主核心的矸石運輸系統(tǒng)效果良好，基本可以滿足永定莊煤礦的矸石運輸工作要求，同時產生了相當的經濟效益，提高了環(huán)保效果，可以給同類型矸石運輸系統(tǒng)的優(yōu)化提供參考。