礦井綜合排矸系統(tǒng)改造可行性研究

劉小瓊,陳 晨

(1.山東鈺鏹地質(zhì)資源勘查開發(fā)有限責(zé)任公司， 山東 泰安市 271000；2.山東省田莊煤礦， 山東 濟寧市 272000)

礦井綜合排矸系統(tǒng)改造可行性研究

劉小瓊1,陳 晨2

(1.山東鈺鏹地質(zhì)資源勘查開發(fā)有限責(zé)任公司， 山東 泰安市 271000；2.山東省田莊煤礦， 山東 濟寧市 272000)

礦井綜合排矸系統(tǒng)是保證礦井矸石排放需求，實現(xiàn)礦井煤炭生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定增長的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對楊莊煤礦礦井綜合排矸系統(tǒng)現(xiàn)狀及存在的主要問題，提出了系統(tǒng)改造的具體方案，解決了系統(tǒng)存在的問題，取得了較好的效果。

綜合排矸系統(tǒng)；改造；可行性

1 概 況

煤礦在開采過程中產(chǎn)生大量的矸石，通過礦車提升至地面排矸場，排矸場的位置距離提升井較遠，可保證足夠的容矸量和保護礦區(qū)的環(huán)境，但是相應(yīng)的卻增加了運輸距離和環(huán)節(jié)。

煤炭設(shè)計初期的工作原理是：矸石的排放過程是通過混合井提升至地面，使用電機車軌道運輸至地面排矸場。大多數(shù)大中型礦井均實現(xiàn)了裝卸車機械化，這種模式已經(jīng)較為先進。但整體環(huán)節(jié)存在軌道線路長、絞車等小型設(shè)備多、周轉(zhuǎn)率低、人員占用多等弊端。

楊莊煤礦于2010年2月對副井口鏈式推車機操車系統(tǒng)進行改造，改造為CCTB2004型銷齒推車機成套操車系統(tǒng)；2010年10月新建矸石山排矸系統(tǒng)，提高了井口操車效率后出現(xiàn)地面運輸不暢通的問題，原有系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)絞車鋼絲繩斷繩、礦車掉道、路面淤泥阻車等現(xiàn)象，嚴重影響到礦車正常運輸和人身安全。

因此，本文通過改造地面排矸系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，解決了系統(tǒng)存在的問題，創(chuàng)造了明顯的經(jīng)濟效益和良好的社會效益。

2 綜合排矸系統(tǒng)的研究思路

2011年2月，通過技術(shù)革新，推廣先進操車技術(shù)，形成排矸系統(tǒng)全部自動化、機械化，改造地面軌道運輸部分，增加調(diào)車機、爬車機，實現(xiàn)軌道運輸機械化，從而大大減少工人的勞動強度。改造副井單層罐籠為雙層單車罐籠，增加乘人空間，有效縮短提人時間從而相應(yīng)增加提物時間；合理分配操車工藝，節(jié)約單循環(huán)提升時間；實現(xiàn)機械運輸自動化，減少運輸不安全環(huán)節(jié)和因素；設(shè)備代替人員操作減少勞動力。

通過技術(shù)手段不斷調(diào)試、完善、改進，在使用中探索新思路，合理配置操車步驟，從而將操車效率提高到最優(yōu)狀態(tài)，節(jié)約單循環(huán)提升時間，為實現(xiàn)安全高效打下良好的基礎(chǔ)，取得了較大經(jīng)濟效益。

3 礦井綜合排矸系統(tǒng)的組成

采用機電液自動化技術(shù)，實現(xiàn)排矸系統(tǒng)由提升、運輸、卸載的自動化應(yīng)用,最大減少耗能、節(jié)省運輸環(huán)節(jié)、節(jié)約單循環(huán)工效時間、提高礦車周轉(zhuǎn)率。由副井口提升至井口開始，液壓推車機裝罐，出車后計算礦車自溜長度、軌道曲率半徑，使用30 kg/m軌道分別鋪設(shè)空重車道，在礦車自溜轉(zhuǎn)半圓60 m后，自行停止，此處由液壓調(diào)車機將礦車由西向東調(diào)車89 m后，將該處軌道為水平鋪設(shè)，調(diào)車機以東為13‰的坡度自溜130 m轉(zhuǎn)角半徑50 m進入排矸場重車道，由于慣性的作用，礦車完全依靠自溜繼續(xù)行使100 m進入翻車機。再經(jīng)過自動翻車機翻轉(zhuǎn)，穿過翻車機后下坡15 m，撞擊軌道盡頭軟碰頭，經(jīng)過單向岔尖反彈滑入排矸場爬車機底部，爬車機繼續(xù)提升13～25 m長后，呈下坡由東向西滑行交叉空車道，經(jīng)清車機清理后交叉重車道進入中部爬車機，自行爬車滑入調(diào)車機道，實現(xiàn)自動回車，無須人力推車,礦井綜合排矸系統(tǒng)見圖1。

主要組成：井口推車機、軌道調(diào)車機、井口和矸石山爬車機、矸石山變頻提升機、排矸場翻車機、雙軌液壓卸載架、三面翻矸車。

3.1 液壓操車機

YTBC6/7型操車設(shè)備主要用于各種罐籠提升的礦井井上井下車場裝卸載礦車并能單個或成組調(diào)運車輛，推爪推礦車碰頭，拉爪拉礦車車軸。

圖1 礦井綜合排矸系統(tǒng)

銷齒推車機成套操車設(shè)備在罐籠井車場裝卸礦車使用，能夠?qū)崿F(xiàn)礦車裝罐、卸罐、定位、調(diào)運等功能，可以取消列車推車機、進罐阻拉器兩臺設(shè)備，實現(xiàn)一機多用。

銷齒推車機成套操車設(shè)備包括TB型銷齒推車機、YC型搖臺、ZC型阻車器、ML型安全門、YBC型銷齒推車機成套操車設(shè)備集中液壓系統(tǒng)、DBC型銷齒推車機成套操車設(shè)備電控信號裝置等部分組成。

3.2 液壓調(diào)車機

用于水平軌道車輛運輸，總體長度89 m，包括液壓馬達、阻車器、行走小車、牽引鋼絲繩、液壓站等，一次可以推重載礦車15輛，速度可調(diào)，最大1.5 m/s，由一人完成空重車的操作。

通過鋼絲繩牽引小車在導(dǎo)軌上往復(fù)運行，小推車上的推爪便推送鋼軌上的單個礦車或車組前進。為了保證調(diào)車機工作時鋼繩與摩擦輪之間有足夠的摩擦力，設(shè)置拉緊輪是非常必要的。推爪重心偏后故其頭部總是抬起的，但推爪小車后行推爪碰到車軸時，推爪可繞其小軸轉(zhuǎn)動后又抬起其頭。兩個推爪小車共用一個驅(qū)動裝置，則一個推爪小車向罐籠推送礦車的同時，另一個推爪小車向后移動。該調(diào)車機的結(jié)構(gòu)簡單，安裝和維護均較方便。

3.3 爬車機

在礦車自溜的運輸線上，為了使礦車恢復(fù)因自溜運行而失去的高度，必須采用高度補償裝置。爬車機就是在短距離內(nèi)將單個礦車推送到較高軌面上去的設(shè)備。采用鏈式電動爬車機設(shè)計相應(yīng)的落差，使車輛在爬車后形成自然坡度順軌道滑行。根據(jù)自然地形和調(diào)車場布置以及礦山具體情況進行選擇。

3.4 翻車機

礦山企業(yè)采用礦車運輸煤炭或矸石時，翻車機系統(tǒng)作為高效的卸車設(shè)備，被廣泛的使用。電動圓形翻車機應(yīng)用很廣，它由旋轉(zhuǎn)籠體、傳動裝置、傳動輪、支持輪、旋轉(zhuǎn)定位器和操縱裝置、擋礦板以及機座等主要部分組成。有些翻車機還設(shè)有阻車器和礦車清掃器。

電動圓形翻車機的動作原理是：當重礦車進入旋轉(zhuǎn)箱體的軌道上后，便開動電動機，經(jīng)減速器帶動傳動輪旋轉(zhuǎn)，利用傳動輪與籠體端環(huán)間的摩擦力，使籠體回轉(zhuǎn)進行卸載。當籠體回轉(zhuǎn)180°后，礦車內(nèi)礦物全部卸出，繼續(xù)轉(zhuǎn)180°，則恢復(fù)原位，推入重車，頂出空車，再進行下次翻卸。在出車側(cè)設(shè)計反沖裝置，避免使用繞道形式而占用空間，結(jié)構(gòu)簡單輕巧，該方式值得推廣。

3.5 變頻提升機

雙滾筒提升機，直徑為1.6 m，單個滾筒寬度為0.9 m，速度為3～4 m/s，最大靜拉力為45 kN，最大靜拉力差為30 kN，鋼絲繩選用Ф24.5 mm。液壓制動。

控制回路采用S7-300PLC與S7-200PLC互相監(jiān)督，實現(xiàn)雙PLC雙線控制。所有數(shù)字和模擬I/O接口，均采用閉環(huán)設(shè)計，提取輸出信號的返回量，可以全面地實現(xiàn)系統(tǒng)自檢報警功能，方便了現(xiàn)場維護，提高了系統(tǒng)的可靠性和自動化程度。上位監(jiān)控機采用液晶顯示屏，西門子原裝組態(tài)軟件，具有工礦顯示、運行圖形記錄、故障報警、安全回路故障顯示并記憶功能。選用日本安川變頻器，性能優(yōu)良，質(zhì)量可靠。系統(tǒng)完全實現(xiàn)數(shù)字化控制，具有路程數(shù)字給定、數(shù)字PID調(diào)節(jié)器、PLC模擬塊輸出和KT線圈可靠隔離，徹底避免KT線圈接地造成集成電路燒損的現(xiàn)象。

4 系統(tǒng)顯著特點

(1) 通過各部分整合，完成機電液一體化作業(yè)，大大提高了生產(chǎn)效率，合理調(diào)配操車步驟；

(2) 全部操作地點均實現(xiàn)了機械化；

(3) 利用自然坡度達到車輛自溜的目的，節(jié)省功耗；

(4) 操車和調(diào)車系統(tǒng)使用電液一體化控制，符合現(xiàn)代工藝設(shè)計新理念；

(5) 車輛運輸時間大大縮短，提高周轉(zhuǎn)率；

(6) 軌道一律使用30 kg/m以上的軌型，路面全部硬化，提高車輛運行平穩(wěn)性，增大了安全系數(shù)；

(7) 優(yōu)化操車步驟節(jié)約單循環(huán)提升時間，提高提升能力。提升、運輸能力均實現(xiàn)了最優(yōu)化控制。

5 系統(tǒng)運行效果

該系統(tǒng)方便了工人上下井，提高了提升效率，加快了礦車周轉(zhuǎn)率，為提高掘進開拓效率打下了良好的基礎(chǔ)。合理調(diào)整操車步驟后，每班節(jié)省人員1名，提高提升能力92勾/d，每年增加提升量30576勾，可以有效增加提升量5.5萬t/a。為礦井改擴建和安全生產(chǎn)打下了堅實的基礎(chǔ)。

整合后的排矸系統(tǒng)，提高提升運輸效率，實現(xiàn)國內(nèi)領(lǐng)先的機械化排矸系統(tǒng)，完全消除了人員推車帶來的不安全因素，具有較高的實用價值和推廣前景。

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2014-05-07)

劉小瓊(1971-)，女，廣東梅縣人，工程師，主要從事地質(zhì)勘查工作，Email：lxq--2005@163.com。