巖巷綜掘快速成巷柔性排矸系統(tǒng)探究

董潤民

（山西焦煤西山煤電西曲礦，山西 古交 030200）

引言

目前煤炭開采作業(yè)過程中各種先進(jìn)技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用，雖然加快了開采速度，但采掘銜接問題愈加嚴(yán)重化，其中巖巷綜掘工藝的出現(xiàn)和應(yīng)用讓上述問題得到有效解決。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，矸石運(yùn)輸能力較差是該工藝主要存在的缺點(diǎn)，如何改進(jìn)巖巷綜掘快速成巷柔性排矸系統(tǒng)，是現(xiàn)階段需要考慮的問題。

1 對比分析現(xiàn)有排矸工藝應(yīng)用效果

為了實(shí)現(xiàn)排矸與掘進(jìn)兩種工藝在煤炭開采作業(yè)中同時(shí)進(jìn)行，通過提升掘進(jìn)機(jī)的耙裝能力，將矸石裝載設(shè)備從鉆爆掘進(jìn)工藝中排除，對提升巷道掘進(jìn)速度有一定作用。排矸工藝受到整個(gè)工藝系統(tǒng)改變影響，不得不按照其要求進(jìn)行對應(yīng)調(diào)整，其中掘進(jìn)機(jī)、礦車、轉(zhuǎn)載機(jī)等是巖巷綜掘掘進(jìn)工藝應(yīng)用過程中主要輔助排矸作業(yè)開展的關(guān)鍵設(shè)備，通過將這幾種設(shè)備組成不同應(yīng)用組合，可滿足多種巖巷綜掘排矸作業(yè)需要[1]。

從現(xiàn)有巖巷綜掘排矸作業(yè)線形成情況來看，以結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來劃分，可將其劃分為兩大類別：一是作業(yè)線未配備臨時(shí)儲(chǔ)矸倉，該條作業(yè)線由掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶輸送車以及礦車等其他主要設(shè)備構(gòu)成，也被稱之為剛性排矸系統(tǒng)。以串聯(lián)作業(yè)方式對系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行連接，該連接方式在一定程度上有利于加強(qiáng)剛性排矸系統(tǒng)中各個(gè)組成環(huán)節(jié)牢固性，保證整個(gè)工藝系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)具有較高可靠性，減少故障發(fā)生。若某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，或存在銜接不恰當(dāng)情況，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)作業(yè)線停止運(yùn)行，巷道掘進(jìn)效率受到影響，同時(shí)也會(huì)降低該系統(tǒng)可靠性。

二是作業(yè)線已配備臨時(shí)儲(chǔ)矸倉。兩類作業(yè)線相比較，第二種則是將設(shè)備組合中的礦車換成了臨時(shí)儲(chǔ)矸倉與耙斗機(jī)，也被稱之為柔性排矸系統(tǒng)。作業(yè)線在儲(chǔ)矸倉支持下，可將柔性排矸系統(tǒng)劃分為3 個(gè)單元(倉前運(yùn)輸、倉后運(yùn)輸、儲(chǔ)矸倉)用于矸石排出。當(dāng)倉后運(yùn)輸單元存在故障問題時(shí)，作業(yè)線中引入的臨時(shí)儲(chǔ)矸倉可協(xié)助倉后運(yùn)輸單元進(jìn)行調(diào)度，起到緩沖效果；當(dāng)倉前運(yùn)輸單元存在故障問題時(shí)，發(fā)揮臨時(shí)儲(chǔ)矸倉緩沖功能作用，可為倉后系統(tǒng)正常運(yùn)行提供保障，增強(qiáng)排矸系統(tǒng)可靠性。巖巷綜掘排矸作業(yè)線參考如圖1 所示。

圖1 巖巷綜掘排矸作業(yè)線

2 影響柔性排矸系統(tǒng)可靠性的因素

剛性排矸系統(tǒng)是巖巷掘進(jìn)作業(yè)中最早主要采用的排矸工藝，科學(xué)技術(shù)水平的提高為柔性排矸系統(tǒng)在巖巷掘進(jìn)中廣泛性應(yīng)用提供了良好條件。從應(yīng)用效果方面來看，雖然相較于剛性排矸系統(tǒng)，后者具有明顯應(yīng)用優(yōu)勢，但在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)用，仍有諸多因素干擾柔性排矸系統(tǒng)功能作用發(fā)揮，其影響因素具體表現(xiàn)在以下幾方面：

第一，設(shè)備匹配。因現(xiàn)階段巖巷掘進(jìn)排矸作業(yè)線普遍具有較高機(jī)械化水平，作業(yè)線中所涉及到的機(jī)械設(shè)備型號(hào)選擇非常重要，其中所選擇設(shè)備與排矸工藝不匹配是較為常見的現(xiàn)象，不僅對整個(gè)工藝系統(tǒng)功能作用發(fā)揮有著較大影響，在一定程度上也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)能降低。當(dāng)掘進(jìn)機(jī)切割巖石的能力高于運(yùn)輸能力時(shí)，則會(huì)導(dǎo)致大量矸石在工業(yè)面堆積，掘進(jìn)機(jī)效率必然受到影響，矸石堆積過多則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)作業(yè)線停止運(yùn)行；當(dāng)掘進(jìn)機(jī)切割能力低于運(yùn)輸能力，則會(huì)降低設(shè)備利用率，間接造成現(xiàn)有資源被閑置與浪費(fèi)。

第二，由幾種主要運(yùn)輸設(shè)備構(gòu)成柔性排矸系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)中各組成環(huán)節(jié)銜接不恰當(dāng)，必然對運(yùn)輸能力造成影響。以轉(zhuǎn)載裝置和輸送機(jī)二者銜接為例，當(dāng)銜接不流暢這一情況出現(xiàn)時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致落矸點(diǎn)升高，膠帶極易被高空落下的矸石砸壞，促使膠帶無法在原有軌道上運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)產(chǎn)生較多粉塵，繼而影響巖巷掘進(jìn)作業(yè)安全。

第三，柔性排矸系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用過程中，可根據(jù)作業(yè)現(xiàn)場空間，建造符合該作業(yè)空間條件的臨時(shí)儲(chǔ)矸設(shè)施，作業(yè)通風(fēng)、儲(chǔ)存容量等要求均可滿足，其運(yùn)輸效率也能得到保證。但由于目前針對臨時(shí)儲(chǔ)矸設(shè)施的建造標(biāo)準(zhǔn)未作出明確規(guī)定，在實(shí)際建造過程中，頻繁出現(xiàn)設(shè)計(jì)容量與儲(chǔ)矸倉結(jié)構(gòu)不合理等情況，使得柔性排矸系統(tǒng)可靠性在實(shí)際應(yīng)用過程中難以保證[2]。

第四，處于長期運(yùn)行狀態(tài)中的柔性排矸系統(tǒng)，發(fā)生故障屬于必然現(xiàn)象，這屬于設(shè)備正常磨損而引發(fā)的系統(tǒng)故障；其余故障的發(fā)生與機(jī)械設(shè)計(jì)缺陷、人為操作不當(dāng)?shù)扔兄芮嘘P(guān)聯(lián)，均會(huì)直接影響柔性排矸系統(tǒng)可靠性。

3 柔性排矸系統(tǒng)改造建議

為了實(shí)現(xiàn)巖巷綜掘快速成巷，提升柔性排矸系統(tǒng)可靠性，針對該系統(tǒng)改造，具體可從以下幾個(gè)方面著手：

首先，合理選擇設(shè)備型號(hào)。設(shè)備選型過程中，相關(guān)人員應(yīng)考慮生產(chǎn)能力、設(shè)備經(jīng)濟(jì)性以及可靠性等因素，如掘進(jìn)機(jī)的切割能力應(yīng)與運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力相匹配，能夠有效規(guī)避作業(yè)中膠帶被砸壞等情況出現(xiàn)。在經(jīng)濟(jì)條件允許的前提下，盡可能引進(jìn)國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)對原有技術(shù)裝備進(jìn)行改進(jìn)，并選擇具有高性能、高精度的技術(shù)裝備，既能提升系統(tǒng)可靠性，又能滿足巖巷掘進(jìn)作業(yè)等各項(xiàng)要求。

其次，通過上述對影響柔性排矸系統(tǒng)可靠性的因素分析，針對系統(tǒng)中設(shè)備的優(yōu)化要特別注意以下兩點(diǎn)。一是保證運(yùn)輸設(shè)備的銜接環(huán)節(jié)足夠流暢。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用情況，選擇合適的技術(shù)手段改造設(shè)備，以降低設(shè)備故障發(fā)生幾率，方便后期維修為改造原則，最大程度上確保改造后的運(yùn)輸設(shè)備銜接具有良好流暢性，從根本上保障運(yùn)輸能力不受其影響。二是要求相關(guān)人員根據(jù)巷道掘進(jìn)作業(yè)空間范圍、斷面尺寸、矸石停放時(shí)間等要求合理合規(guī)增設(shè)臨時(shí)儲(chǔ)矸倉，確保儲(chǔ)矸倉容量與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，滿足作業(yè)要求。鑒于井下作業(yè)空間有限，為精準(zhǔn)計(jì)算臨時(shí)儲(chǔ)矸倉容量，可將有限作業(yè)空間充分利用。例如，當(dāng)擋矸墻高度超過1.5 m 時(shí)，可選擇臥式儲(chǔ)矸倉，能夠最大程度上擴(kuò)大其容量，并將臨時(shí)儲(chǔ)矸倉尾部根據(jù)現(xiàn)場空間布局，設(shè)置成緩坡形態(tài)，其坡度最高不得超過20°，其目的為后續(xù)耙裝提供方便。儲(chǔ)矸量計(jì)算公式為V=μnsl，其中，臨時(shí)儲(chǔ)矸倉容量為V，m3；矸石堆積系數(shù)為μ，取值1.5；掘進(jìn)循環(huán)次數(shù)為n；巷道掘進(jìn)毛斷面為s，m2；巷道循環(huán)進(jìn)尺為l，m。根據(jù)作業(yè)空間內(nèi)部各項(xiàng)參數(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算臨時(shí)儲(chǔ)矸倉容量，可保證臨時(shí)儲(chǔ)矸倉功能作用最大限度發(fā)揮。為避免儲(chǔ)矸倉擋矸墻塌落，可選擇具有一定強(qiáng)度的材料用于制作儲(chǔ)矸倉擋矸墻，同時(shí)緊固儲(chǔ)矸倉擋矸墻底部，增強(qiáng)臨時(shí)儲(chǔ)矸倉實(shí)用性。改造后儲(chǔ)矸倉內(nèi)部示意參考見圖2。

圖2 改造后儲(chǔ)矸倉內(nèi)部示意圖

最后，針對柔性排矸系統(tǒng)后期維護(hù)，為減少故障發(fā)生以及提升系統(tǒng)可靠性，需要重點(diǎn)加強(qiáng)對設(shè)備故障診斷效率，及時(shí)處理故障問題，降低故障發(fā)生對系統(tǒng)可靠性帶來的負(fù)面影響，開展常規(guī)日常檢查工作的同時(shí)，也要定期開展全面性檢查工作，特別是極易發(fā)生故障的部位，需要給予高度重視，并要求維修人員嚴(yán)格按照相關(guān)流程進(jìn)行操作，維修期間做好相關(guān)記錄，為后期系統(tǒng)故障診斷提供參考依據(jù)，確保故障維修效率，柔性排矸系統(tǒng)可靠性得到有效增強(qiáng)。

4 結(jié)語

相較于剛性排矸系統(tǒng)，柔性排矸系統(tǒng)的可靠性明顯高于前者，為了實(shí)現(xiàn)巖巷綜掘快速成巷目的，對影響柔性排矸系統(tǒng)可靠性的因素進(jìn)行深入分析，根據(jù)分析結(jié)果，在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行優(yōu)化和改造，以此來提升巖巷掘進(jìn)效率，從而使得整個(gè)排矸工藝系統(tǒng)具有較高可靠性，并為后期維修提供方便。