風力輸送連續澆筑材料的實踐

李吉伊

（霍州煤電豐峪煤業有限責任公司通風區，山西 霍州 031400）

霍州煤電豐峪煤業井下運輸和通風巷道多采用錨桿、錨網、U型棚支護，U型棚與巷道圍巖之間采用水泥澆筑方式，可以有效的對巷道頂部和幫部變形進行控制，保障井下開采的安全。但是傳統的運輸方式實效性不佳，水泥混凝土供應不及時，導致U型棚、巷道圍巖的澆筑沒有辦法及時完成，同時因沒有及時的運輸到位也無法保證澆筑材料的質量。豐峪煤業采用風力輸送系統運輸預混料的方式，可以有效的解決混凝土澆筑不及時的問題。

1 風力輸送系統的構成

德國OLKO公司根據豐峪煤業井下巷道混凝土運輸的實況，有針對性的設計了全自動化物料風力輸送系統。該系統主要由地面站、井下中轉站、移動式工作面站、管路和控制系統五大部分組成，下面逐一進行分析。

1.1 地面站

風力輸送系統地面站由動力風源、動力風干燥車間、混合料儲運裝置、地面中心控制站、連接管路、線纜構成。根據動力風源最小工作壓力0.4MPa的要求，選定離心式空氣壓縮機，額定輸出壓力0.8MPa。動力風干燥車間選用SF3102型礦用電動輪空氣干燥器。地面中心控制站包含低壓配電柜、閥控柜、PLC控制系統和可視化系統。

地面混合料儲運裝置用來對混合料進行暫時性的儲存，根據施工現場的用料需求進行及時輸送。該料倉為分段結構，每個料倉容積為150m3，根據輸送量安裝多個儲料倉。每個單獨儲料倉最大輸送量為10t/h。料倉結構示意圖如圖1所示。

系統設有串聯發料加壓裝置，結構示意圖如圖2所示。該串聯發料加壓裝置由左、右兩個壓力容器、調節齒輪箱、驅動單元、計量和調節單元及壓風分配系統構成。左右兩個壓力容器可以相互交替的進行加注和排空作業，從而能有效的保證材料運輸的連續性。

圖1 料倉結構

圖2 串聯發料加壓裝置

1.2 井下中轉站

系統井下中轉站的構成見圖3所示。

圖3 井下中轉站

從圖3可知，井下中轉站由串聯加壓發料裝置、汽水分離器裝置和儲料倉三部分構成。該處串聯加壓發料裝置與地面站串聯加壓發料裝置相同，僅尺寸較大；儲料倉主要是對混合料進行暫時儲存或輸送；汽水分離器的作用為對水汽進行分離，同時實現對壓縮空氣的分配功能。

1.3 移動式工作面站

移動式工作面站為終端設備，包括螺旋式料倉、混凝土泵、帶行走機構、重型軌道梁和電氣動控制器，主要是為該風力輸送系統混凝土泵提供混凝土。設備安裝在吊掛式軌道梁上，在作業中可以跟隨巷道進行推移。

2 風力輸送系統工作原理

風力輸送系統工作原理如工作流程圖4所示：壓風機產生壓力風，經過干燥的礦井動力風后，充入到串聯加壓裝置與螺旋給料機輸送出的混合料均勻混合，控制系統根據用料需求將混合料從管道輸送至井下，經中轉站加壓輸送至迎頭。

2.1 空氣干燥器

空氣干燥器采用制冷技術對壓縮空氣進行強制冷卻，使壓縮空氣內含有的大量水汽、油霧凝結成液滴，經汽水分離器分離后，由自動排水器排出機外，經冷干機處理的壓縮空氣，其壓力露點可達2°～10°，滿足風力輸送的工業要求?？諝鈮嚎s機輸出的常溫含濕氣體首先進入前置分離過濾器除去液態油水和固體顆粒，然后進入預冷/回熱器與來自蒸發器的冷氣換熱，冷卻后的含水氣體經分離器進入蒸發器與冷媒再次換熱，冷卻至設定壓力的露點，出蒸發器的冷氣體經再次分離液態水后重新回到預冷/回熱器與壓縮機排出的熱氣體進行換熱至常溫，再經除油過濾器除油后進入供氣管道。

圖4 系統工作流程圖

2.2 地面站

（1）儲料倉：料倉加注為全自動化控制，通過加注軟管與散裝水泥車卸料軟管相連，動力風經過干燥后混合料吹入料倉。（2）串聯加壓裝置：混合料輸送開始后，關閉壓力容器進料口，加注動力風；螺桿給料機啟動，打開壓力容器卸料閘閥，輸送到管路。

2.3 中轉加壓站

（1）中轉站料倉：在注漿泵或者下級中轉站發出材料供應需求下，打開料倉進行卸料流程，螺桿輸料機向風力輸送裝置輸送混合料。（2）中轉站串聯加壓裝置：由中轉站料倉對左右兩個壓力容器相互交替的進行加注和排空作業，根據上游管路動力風壓力和流量全自動調節。

2.4 工作面站

移動式儲料倉：混合料在料倉進行分離，通過螺桿輸送機將混合料輸送到下游的風力輸送裝置，流體狀混合料通過風力輸送到迎頭消耗裝置攪拌機和混凝土泵。

3 控制系統構成和流程

從圖5可知該控制系統主要是由壓風機控制、冷卻器控制、地面中控站、中轉站控制、工作面站控制五個分系統控制器組成，基于現場總線與工業以太網互聯來進行各分系統控制器的控制信息交換與聯系。各分系統控制器主要是以井下工作面站物料的需求為設定，各分系統控制之間能進行全自動的協調控制。

圖5 控制系統構成

4 實踐應用分析

霍州煤電豐峪煤業公司1302工作面相關巷道進行混凝土施工作業中，采用了風力輸送系統進行混凝土的運輸，從而實現混凝土材料的連續澆筑。從實踐情況來看，該系統可以根據1302工作面掘進作業的用料需求連續提供混合料。通過自動化控制系統做到地面-井下迎頭的自動聯動運行，根據迎頭的用料需求量來調節運輸量，做到對混合料的及時補充。該風力運輸系統的應用解決了該煤礦以往下架后因運輸能力不足導致的澆筑不及時的問題，同時還解決了該礦窄軌輔助運輸運力緊張的問題。

風力輸送系統的實踐應用，提高了運輸系統的自動化程度，減少了窄軌電車作業次數，減少了運輸系統崗位人數，起到了減人增效的作用，同時提高了運輸系統的安全性能，也保障了工作人員的安全。當前系統可以將混合料從儲料倉中直接輸送到攪拌機進行作業，減少了中間工序，降低了粉塵污染，同時自動化運輸系統的作業有效的控制了混凝土的混料比例，提高了混凝土的質量。該風力輸送系統的應用在保障混凝土質量的同時，實現了1302工作面U型棚、巷道圍巖的連續式充填澆筑，提高了巷道支護強度。1302工作面在開采期間沒有出現因為混凝土澆筑質量問題而出現的安全事故。該風力輸送系統的實踐應用表現出了較好的安全效益和經濟效益，可以在集團公司全面推廣應用。