礦車卸清一體化裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/馬培賡

鄭煤集團(tuán)超化煤礦屬于典型的三軟不穩(wěn)定煤層礦井，也是煤與瓦斯突出礦井，礦井水文地質(zhì)條件復(fù)雜，隨著礦井開采作業(yè)的不斷延伸，采掘條件越來越差，煤礦井下在采掘、防治水、瓦斯治理及運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)環(huán)節(jié)中淤積的煤泥、水泥漿、泥漿每天都能達(dá)到200多車，清理這些漿體往往又不便于采用皮帶運(yùn)輸機(jī)集中運(yùn)輸，只能采用礦車進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，而由于泥漿粘結(jié)問題的普遍性，“厚車底”問題造成礦車使用效率低下，礦車清理的工作相當(dāng)費(fèi)時(shí)、費(fèi)工。對(duì)于瓦斯治理、水治理任務(wù)量大的超化煤礦來說，這些漿類的清運(yùn)工作已經(jīng)成為影響或制約礦井高效生產(chǎn)發(fā)展的問題之一。

為了提升清淤作業(yè)效率及礦車的周轉(zhuǎn)率，礦井技術(shù)人員在工序整合思路引導(dǎo)下，通過認(rèn)真研究分析，設(shè)計(jì)出了一種新型的礦車卸清一體化裝置，把泥漿礦車的翻卸及礦車清理作業(yè)有機(jī)融合到一起，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，改善了作業(yè)條件，緩解了用工緊張問題，取得了良好的社會(huì)及經(jīng)濟(jì)效益。

一、國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)煤礦井下用礦車轉(zhuǎn)運(yùn)淤積物的卸車方式基本上都是采用翻轉(zhuǎn)方式，普遍存在的“厚車底”現(xiàn)象造成礦車使用效率低下，部分礦井在地面安裝有專用的礦車清挖機(jī)，但由于礦車變形等情況的存在，清理效果往往不佳，因此有很多礦井依然在采用人力方式清理礦車。

國(guó)內(nèi)目前用于礦車淤積物卸車的翻車機(jī)，有轉(zhuǎn)筒式、側(cè)卸式、端卸式、復(fù)合式等多種形式。其中轉(zhuǎn)筒式、復(fù)合式翻車裝置對(duì)于安裝的要求比較高，需要在施工區(qū)域比較大的地坑應(yīng)用，部分維護(hù)及清理作業(yè)需要在礦車軌道操作面以下進(jìn)行；端卸式翻車機(jī)通常用于地面堆矸，需要在不斷爬升的軌道或有固定地點(diǎn)的地坑作業(yè)；側(cè)卸式翻車機(jī)在效率方面不如前幾種形式，但結(jié)構(gòu)、安裝相對(duì)簡(jiǎn)單。

清車機(jī)的種類和形式也有很多，但基本上都是以清理和維修的方式單獨(dú)作業(yè)，在管理和人員作業(yè)方面通常淤積物“卸、清”作業(yè)相互獨(dú)立。

因此，針對(duì)運(yùn)送淤積物的礦車，如何把卸車、清車等工序有機(jī)融合，成為礦井提升作業(yè)效率的重要研究課題。

二、方案設(shè)計(jì)

1.方案研究

超化煤礦-300大巷長(zhǎng)度有近千米，也是礦井主排水陣地所在位置，為了更好地對(duì)水力沖孔、地板注漿產(chǎn)生的粉巖粉、水泥漿進(jìn)行沉淀，在大巷中建造了幾個(gè)大型的沉淀池，清出的泥漿由軌道巷輔助運(yùn)輸升井，需要運(yùn)行2000多米的提升距離，這一點(diǎn)無法實(shí)現(xiàn)，所以，泥漿只能在-300大巷進(jìn)行卸車，由主煤流升井。

通過對(duì)幾種卸車方式進(jìn)行對(duì)比，側(cè)卸式翻車裝置雖然在效率上不如另外幾種，但因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝局限少、空間及日常管理方面的優(yōu)勢(shì)，成為優(yōu)先考慮的方案。在保證礦車正常翻轉(zhuǎn)卸車的前提下，結(jié)合礦車外形尺寸，將側(cè)卸式翻車裝置高度由4m降低到了3.5m，以電機(jī)車或回柱牽引推送車輛進(jìn)入卸車翻轉(zhuǎn)裝置，翻轉(zhuǎn)裝置采用JH-5回柱絞車牽引提升實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，卸車后，礦車及翻轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)部分的重心向提升側(cè)移動(dòng)，空車及翻轉(zhuǎn)裝置的旋轉(zhuǎn)部分靠自重實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)。

但由于運(yùn)輸?shù)膶?duì)象是泥漿，車廂粘結(jié)問題經(jīng)常性造成車廂容積大幅下降，清理工作占用了大量的時(shí)間和人力。“厚車底”（甚至是“厚車皮”）礦車升井后的清理顯然不太現(xiàn)實(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)清理又占用了大量的時(shí)間和人力。通過認(rèn)真分析，明確振動(dòng)是解決粘結(jié)問題比較合理的措施，于是從振動(dòng)方面著手對(duì)側(cè)卸式翻車裝置進(jìn)行改造。

2.結(jié)構(gòu)說明

經(jīng)過持續(xù)研究和不斷改進(jìn)，最終設(shè)計(jì)出了“礦車卸清一體化裝置”，其主要構(gòu)件分別為：

（1）礦車；

（2）磕碰架：采用礦工鋼及槽鋼制成，與礦車旋轉(zhuǎn)外沿接觸（磕碰）的為礦工鋼制成的橫梁，兩端設(shè)有防止礦車側(cè)滑的導(dǎo)向槽；

（3）延長(zhǎng)梁：用于安裝磕碰架、吊掛振動(dòng)裝置，并與旋轉(zhuǎn)架固定架聯(lián)接的礦工鋼，其作用為使翻轉(zhuǎn)架和磕碰架成為一體；

（4）振動(dòng)裝置：由氣缸、風(fēng)鎬（根據(jù)井下氣源情況，均選用0.8MPa規(guī)格的氣缸和風(fēng)鎬）改造后連成一體，固定在用U型鋼制作成的固定架及滑道內(nèi)（還起到防護(hù)氣缸及風(fēng)鎬免受矸石砸擊作用），氣缸伸出時(shí)，推動(dòng)風(fēng)鎬前移，前端抵在礦車內(nèi)旋轉(zhuǎn)里側(cè)內(nèi)沿，并由風(fēng)鎬產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)；

（5）立柱：用于支撐延長(zhǎng)梁和固定振動(dòng)裝置的圓形鋼管；

（6）運(yùn)輸機(jī)槽；

（7）小天輪：固定在天輪架的頂端，提升鋼絲繩從其上繞過，用于提升鋼絲繩的導(dǎo)向；

（8）旋轉(zhuǎn)架：由JH-5回柱車牽引，鋼絲繩通過導(dǎo)向輪及小天輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)架以旋轉(zhuǎn)軸為圓心上下翻轉(zhuǎn)，礦車在旋轉(zhuǎn)架的夾持下完成側(cè)向卸車，倒出的物料落入下面的運(yùn)輸機(jī)槽中；

（9）天輪架：用于固定小天輪并通過礦工鋼與旋轉(zhuǎn)架固定架等聯(lián)成一體。

3.翻、磕協(xié)同

側(cè)卸式卸車裝置在旋轉(zhuǎn)卸車的過程中，在到達(dá)翻轉(zhuǎn)極限位置停止翻轉(zhuǎn)時(shí)有一個(gè)顫動(dòng)，這個(gè)顫動(dòng)有利于泥漿傾出，但顫抖使泥漿傾出的效果很有限。

根據(jù)沖量公式：Ft=mV

式中，F(xiàn)為沖擊力的大小；

t為沖擊時(shí)間的長(zhǎng)短；

m為旋轉(zhuǎn)架和礦車（含泥漿）自身的質(zhì)量；

V是旋轉(zhuǎn)架及礦車重心旋轉(zhuǎn)的線速度。

由此可知，在質(zhì)量m一定，V不變的前提下，沖擊的時(shí)間越短，相互沖擊力F越大。

由此，根據(jù)沖量原理，在礦車卸車旋轉(zhuǎn)結(jié)束位置通過安裝用于產(chǎn)生“磕碰”的“橫梁”（固定在磕碰架上），在礦車旋轉(zhuǎn)接近結(jié)束時(shí)，由該橫梁阻止礦車?yán)^續(xù)旋轉(zhuǎn)，并因碰撞產(chǎn)生較強(qiáng)的沖擊，把“顫抖”變成了“碰撞”。通過實(shí)驗(yàn)，粘結(jié)問題得到明顯的改善，取得很好的效果。

4.震動(dòng)清理

通過對(duì)側(cè)卸式卸車裝置增加磕碰架（磕碰梁），實(shí)現(xiàn)了變顫動(dòng)為磕碰，取得了良好效果。但這種方法對(duì)一些水泥漿粘結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的礦車的清理效率并不高。為了提升清淤作業(yè)效率，在加裝磕碰裝置取得成效的啟發(fā)之下，通過技術(shù)調(diào)研，采取增加振動(dòng)裝置進(jìn)一步改進(jìn)作業(yè)效果。

振動(dòng)裝置包含一根氣缸和經(jīng)改造后的風(fēng)鎬，把兩者連成一體后安裝于U型鋼制成的滑道內(nèi)，再整體固定于卸車裝置上。實(shí)踐中，沒有粘結(jié)現(xiàn)象的礦車，經(jīng)過磕碰橫梁的承接，就可以把礦車中物料“磕凈”；通過在橫梁上磕碰后仍有粘結(jié)的礦車，打開氣閥，用氣缸推動(dòng)風(fēng)鎬，改造后的風(fēng)鎬頭壓在礦車旋轉(zhuǎn)里圈內(nèi)沿上，通過改造的風(fēng)鎬實(shí)現(xiàn)對(duì)礦車的強(qiáng)烈沖擊，粘結(jié)的泥漿由車廂脫落后掉入下面的運(yùn)輸機(jī)上，由運(yùn)輸機(jī)運(yùn)出。

三、應(yīng)用效果

此種礦車卸清一體化裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，機(jī)制加工工作量小，在井下安裝空間受限的環(huán)境中，有更好的適應(yīng)性，安裝工期短，維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，日常維護(hù)量小，操作方便。該翻車清車裝置經(jīng)過一系列的改造后，把“卸、清”原本相互獨(dú)立的兩個(gè)作業(yè)流程融合到了一起，實(shí)現(xiàn)了礦車翻清作業(yè)的一體化。

超化煤礦經(jīng)過近幾年的實(shí)踐應(yīng)用，取消了專職“厚車底”清理人員，從業(yè)人員不需要再跳進(jìn)礦車清理淤積，作業(yè)安全度更高，勞動(dòng)強(qiáng)度整體下降，職工的從業(yè)環(huán)境得到改善，收到一定的社會(huì)效益。卸清一體化裝置投入使用后，每天可以解放出勞動(dòng)力6人，原本用工極為緊張的區(qū)隊(duì)，人員得到了有效緩解。同時(shí)，由于礦車得到了很好的清理，清淤用車次數(shù)下降超過30%，系統(tǒng)運(yùn)行效率得以大幅提升，原本緊張的運(yùn)輸環(huán)節(jié)得到緩解，每班作業(yè)時(shí)間也縮短了約20%。據(jù)測(cè)算，該礦車卸清一體化裝置投入使用后，每年可節(jié)減開支超過50萬元。因此，該裝置在有類似情況的礦井中有非常好的推廣及應(yīng)用價(jià)值。