孟家窯煤礦綜采工作面輔助運(yùn)輸設(shè)備的優(yōu)化技術(shù)研究

付云貴

(潞安集團(tuán)潞寧孟家窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036000)

1 礦井輔助運(yùn)輸概況

孟家窯礦井采取斜井開拓方式，其輔助運(yùn)輸設(shè)備主要有：繩牽引卡軌車、蓄電池電機(jī)車、單繩纏繞式提升機(jī)、小絞車及架空乘人器等。11采區(qū)膠帶上山安裝一部型號(hào)RJKY75-25/960的架空乘人器，運(yùn)輸長度960m，最大傾角為25°，運(yùn)送人員能力271人/h，最大運(yùn)行速度V=1.13m/s，使用可摘掛抱索器吊椅。副斜井采用KSD90J（A）繩牽引卡軌車，主要擔(dān)負(fù)著全礦井材料、設(shè)備的運(yùn)輸及矸石的提升任務(wù)，鋪設(shè)軌道SMJ160異型軌，運(yùn)輸距離1300m。

11采區(qū)各中部車場布置主要服務(wù)2#煤采掘工作面，通過與區(qū)段石門的連接通往5#煤，11采區(qū)2、5#煤共用一條軌道運(yùn)輸大巷，車場及區(qū)段石門內(nèi)物料的轉(zhuǎn)載主要采用蓄電池電機(jī)車來完成運(yùn)輸。掘進(jìn)工作面臨時(shí)輔助運(yùn)輸采用絞車接力運(yùn)輸。

2 輔助運(yùn)輸系統(tǒng)存在的主要問題

截至到目前11采區(qū)已回采11204、11205以及11203工作面，在安裝、回采期間這三個(gè)綜采工作面采用的是SQ-120/132B繩牽引卡軌車的輔助運(yùn)輸方式。根據(jù)孟家窯礦井工程地質(zhì)條件，分析了該運(yùn)輸方式的主要問題如下：

（1）調(diào)度絞車接力運(yùn)輸效率不高，無法滿足快速掘進(jìn)、高產(chǎn)高效的目標(biāo)要求，并且在形成準(zhǔn)備工作面后需要對(duì)巷道內(nèi)所有設(shè)備回收和人工抬運(yùn)軌道，耗費(fèi)工期長，職工勞動(dòng)強(qiáng)度大[1]。

（2）順槽內(nèi)底板積水、頂板淋水對(duì)機(jī)械驅(qū)動(dòng)部件、鋼絲繩等造成嚴(yán)重的銹蝕，降低設(shè)備使用壽命，甚至可能出現(xiàn)斷繩的安全事故。在順槽轉(zhuǎn)載和車場繞道時(shí)存在多個(gè)環(huán)節(jié)，極易引起人員傷亡。

（3）繩牽引卡軌車設(shè)備的使用存在一定的局限性，一部繩牽引卡軌車只能單一服務(wù)一條巷道。

（4）調(diào)度絞車設(shè)備安裝難度大，資金投入多，軌道、鋼絲繩以及卡軌車的布置大約需要花費(fèi)600萬元。繩牽引卡軌車數(shù)量有限，在綜采工作面的接替作業(yè)時(shí)無法服務(wù)于下一工作面。

3 綜采工作面單軌吊技術(shù)的應(yīng)用

3.1 單軌吊主要性能

為解決繩牽引卡軌車在輔助運(yùn)輸過程中存在的問題，孟家窯煤礦采用DX80防爆型蓄電池單軌吊機(jī)車進(jìn)行了改進(jìn)[2]。其中運(yùn)輸液壓支架型號(hào)ZF4600/17/32，起吊梁和機(jī)車自重分別為4t、12.5t，最大運(yùn)輸坡度12°。各型號(hào)絞車主要性能如表1所示。

表1 各絞車主要性能分析

3.2 受力分析

（1）整車的牽引力和制動(dòng)力

孟家窯礦井采取斜井開拓方式，單軌吊機(jī)車運(yùn)輸形式如圖1所示。整車的最小牽引力和制動(dòng)力計(jì)算公式分別如下[3]：

式中：

F1-整車的牽引力，kN；

F2-整車的最小制動(dòng)力，kN；

G-機(jī)車含起吊梁總重，33t；

α-最大爬坡的正弦值，sin12°；

β-最大爬坡的余弦值，cos12°；

g-重力加速度，9.8N/kg；

f1-阻力系數(shù)，取值為0.03。

將上述各字母取值帶入公式，分別得到F1、F2值為76.72kN和67.24kN；DX80單軌吊機(jī)車的牽引力和制動(dòng)力為80kN和120kN，因此該機(jī)車均滿足運(yùn)輸要求。

圖1 單軌吊機(jī)車運(yùn)輸形式

（2）起吊梁受力分析

當(dāng)承載小車處于軌道中間時(shí)，使用運(yùn)輸梁進(jìn)行液壓支架的運(yùn)輸，6個(gè)承載小車平均受力，如圖2所示。

圖2 各承載小車平均受力

起吊梁重4t，液壓支架重16.5t，總重20.5t，各小車平均受力，其計(jì)算公式如下：

式中：

G-液壓支架與起吊梁總重，t；

n-承載小車個(gè)數(shù)。

當(dāng)承載小車處于軌道正下方時(shí)，小車受力狀況如圖3所示，此時(shí)吊點(diǎn)受力最大，計(jì)算過程如下[4]：

圖3 承載小車處于軌道正下方吊點(diǎn)受力

吊點(diǎn)對(duì)左側(cè)軌道的起吊梁F1和吊點(diǎn)對(duì)右側(cè)軌道的起吊梁F2計(jì)算結(jié)果如下：

吊點(diǎn)所受的總重力為：

由上述結(jié)果可知：單個(gè)吊點(diǎn)最大承載力為：F吊點(diǎn)≈4.75t；單根錨桿最大承重力為：F錨桿＝F吊點(diǎn)/2=2.375；單根錨桿的錨固力為125kN（12.5t）＞F錨桿（2.375t），符合要求。

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以看出，采用蓄電池單軌吊機(jī)車輔助運(yùn)輸替代繩牽引卡軌車，不僅滿足各項(xiàng)安全運(yùn)輸要求，而且可有效解決工作面運(yùn)輸效率低、掘進(jìn)速度慢等問題，更好的為掘進(jìn)和綜采工作面服務(wù)[5]。

3.3 主要安裝工藝

（1）首先檢查作業(yè)前后20m巷道內(nèi)頂幫的支護(hù)完好情況，然后按照地測部門給出的單軌吊中性線利用工程線拉一條直線，并采用噴漆在巷道頂板上每3m做一個(gè)標(biāo)記。以吊掛點(diǎn)為基準(zhǔn)，左右各偏移100mm做兩個(gè)標(biāo)記，然后在工作臺(tái)上井下打設(shè)錨桿，檢測錨固力并保證不小于125kN后，方可進(jìn)入下一道工序。

（2）在錨固力檢測合格后，采用MX20X95和M20X115高強(qiáng)度螺栓掛上圓環(huán)鏈。將大吊環(huán)穿過圓環(huán)下端并將單軌道梁抬到作業(yè)平臺(tái)上，用吊鏈將單軌吊梁懸掛在頂板規(guī)定位置上，然后采用高強(qiáng)螺栓將大吊環(huán)與單軌吊梁吊耳進(jìn)行禁錮連接。

（3）每向前掘進(jìn)5m應(yīng)安裝一組單軌吊梁，并且其底板面不得低于3m，單根軌道水平和垂直夾角最大允許值分別為±1°、3.5°。

（4）軌道安裝前應(yīng)對(duì)每根錨桿進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，錨桿預(yù)緊力不得小于200kN，單根錨桿錨固力大于125kN，巷道中垂線與錨桿夾角小于10°。為限制軌道的橫向擺動(dòng)應(yīng)每隔10組吊掛點(diǎn)布設(shè)一組夾角大于120°的加強(qiáng)鏈，如圖4示。

圖4 單軌道直道段加強(qiáng)鏈的鋪設(shè)

（5）采用斜拉鏈對(duì)上坡軌道進(jìn)行斜拉加固，并且沿軌道垂直方向應(yīng)每隔四根軌道增設(shè)一個(gè)橫向拉鏈，通過在鏈條中間增加一個(gè)張緊器提高鏈條的受力性能，如圖5所示。

圖5 鏈條中間張緊器的設(shè)置

4 應(yīng)用效果

（1）經(jīng)濟(jì)效果

采用風(fēng)運(yùn)兩巷輔助運(yùn)輸時(shí)設(shè)備安裝投入資金大，兩部繩牽引卡軌車及其附件、鋼絲繩等大約花費(fèi)600萬元，而采用單軌吊機(jī)車時(shí)軌道附件、鎖具、錨鏈、起吊梁等機(jī)車部件一共需要500萬元左右。選用單軌吊機(jī)車具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，并且可同時(shí)服務(wù)于多個(gè)工作面，一部單軌吊機(jī)車可降低輔助運(yùn)輸系統(tǒng)投入資金約230萬。

（2）安全性

輔助運(yùn)輸系統(tǒng)是僅次于頂板安全事故的第二大因素，礦井事故中約20%～30%均來自于輔助運(yùn)輸系統(tǒng)，并且往往發(fā)生于輔助運(yùn)輸?shù)谋∪醐h(huán)節(jié)。而采用單軌吊機(jī)車運(yùn)輸不僅可替代原有的絞車接力運(yùn)輸，大大降低作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且可有效避免斷繩跑車事故的發(fā)生。

（3）時(shí)效性

結(jié)合孟家窯礦井車場、石門與工作面之間的位置關(guān)系，采用單軌吊機(jī)車運(yùn)輸系統(tǒng)無需轉(zhuǎn)載就能實(shí)現(xiàn)連續(xù)性的物料運(yùn)輸作業(yè)。另外，單軌吊機(jī)車掘進(jìn)期間即可跟進(jìn)，準(zhǔn)備工作面可順利進(jìn)入安裝階段，縮短了搬家倒面的時(shí)間。

5 結(jié) 論

孟家窯礦井采用單軌吊運(yùn)輸方法的實(shí)踐表明：該輔助運(yùn)輸技術(shù)不僅具有良好的爬坡能力、較高的運(yùn)輸效率，而且相對(duì)于小絞車地軌運(yùn)輸具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，在煤礦綜采工作面中具有較強(qiáng)的適用性，具有一定的推廣價(jià)值。