楊育波
(山西沁和能源集團(tuán)有限公司南凹寺煤業(yè)有限公司,山西 晉城 048000)
南凹寺煤業(yè)井下工作面掘進(jìn)過(guò)程中,因出料運(yùn)輸系統(tǒng)需要,出料設(shè)備常布置于風(fēng)門(mén)處,需要穿過(guò)風(fēng)門(mén)墻,如果設(shè)備安裝不嚴(yán)密,會(huì)出現(xiàn)漏風(fēng)現(xiàn)象,風(fēng)流調(diào)節(jié)機(jī)制受限[1-2]。特別是巖巷掘進(jìn)過(guò)程中,運(yùn)輸系統(tǒng)采用刮板輸送機(jī)出料,由于設(shè)備自身安裝嚴(yán)密性不足,造成漏風(fēng)進(jìn)一步加劇,且刮板輸送機(jī)使用中極易發(fā)生故障,維修期內(nèi)致使生產(chǎn)效率降低,維修成本急劇增加?;诼╋L(fēng)嚴(yán)重、設(shè)備固定及可變成本增加、生產(chǎn)效率受影響嚴(yán)重等問(wèn)題,對(duì)井下運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改良優(yōu)化。
南凹寺煤業(yè)采掘工作面多,通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,井下設(shè)備陳舊,風(fēng)流調(diào)節(jié)機(jī)制無(wú)法實(shí)現(xiàn)風(fēng)量?jī)?yōu)化配置,造成現(xiàn)有井下通風(fēng)系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足工作面需求風(fēng)量。作為風(fēng)流主要調(diào)整設(shè)施的風(fēng)門(mén),由于刮板輸送機(jī)在出料過(guò)程中要穿過(guò)風(fēng)門(mén)墻,形成輸送通道,出料運(yùn)輸過(guò)程中無(wú)法保證通風(fēng)密閉性,風(fēng)量損失加劇,使得風(fēng)流調(diào)節(jié)效率進(jìn)一步降低[3]。
(1)鏈條壽命縮短
設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致鏈條使用疲勞,磨損變形嚴(yán)重,刮板槽與鏈條匹配度降低,出料過(guò)程中小矸石易嵌入間隙中,造成鏈條緊繃卡死,進(jìn)一步縮短鏈條有效使用期限,甚至?xí)霈F(xiàn)斷鏈?zhǔn)鹿蔥4]。
(2)鏈條飄滑嚴(yán)重
溜槽槽幫經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間磨損,溜槽無(wú)法有效卡住鏈條,再加上刮板缺失,使得鏈條發(fā)生滑鏈和飄鏈。若鏈條附近有人員經(jīng)過(guò),易導(dǎo)致人身安全事故。
(3)鏈條跳鏈頻率高
溜槽經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間磨損,其平直度不再精準(zhǔn),在小矸石影響下,分鏈器無(wú)法保證鏈輪咬住鏈條,跳鏈頻率增多。
(4)電動(dòng)機(jī)超負(fù)荷損壞
當(dāng)鏈條發(fā)生卡鏈以及溜槽夾矸事故,導(dǎo)致刮板輸送機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行時(shí),若使設(shè)備強(qiáng)行高負(fù)荷運(yùn)行,或頻繁啟停設(shè)備,最終導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)燒毀。
(5)出料效率低
由于刮板輸送機(jī)設(shè)備自身特點(diǎn),在出料時(shí)受阻力較大,且阻力與長(zhǎng)度成正比,降低運(yùn)輸系統(tǒng)整體效率。
南凹寺煤業(yè)掘進(jìn)工作面現(xiàn)有刮板輸送機(jī)40 臺(tái),以每套設(shè)備單價(jià)27 萬(wàn)元算,依據(jù)過(guò)往設(shè)備維修費(fèi)用臺(tái)賬資料數(shù)據(jù),平均每年每套設(shè)備維修成本可達(dá)10.78 萬(wàn)元,約占總價(jià)40%。以第一年設(shè)備使用狀態(tài)計(jì)算,忽略由于設(shè)備檢修而發(fā)放的檢修工工資,以及自然危害對(duì)設(shè)備損壞而產(chǎn)生的維修費(fèi)用額外增加,單套設(shè)備每天需3 人輪班操作,每人工資、績(jī)效、獎(jiǎng)金等平均以每月6000 元計(jì),單月人工支付共計(jì)1.8萬(wàn)元,即年人工支付為21.6 萬(wàn)元,單套設(shè)備第一年至少投入總費(fèi)用為59.4 萬(wàn)元。
防風(fēng)流逆流裝置如圖1。整套裝置由4 部分結(jié)構(gòu)組件組成,其中1、3 結(jié)構(gòu)部分分別對(duì)應(yīng)于2、4結(jié)構(gòu)部分,各為一組部件,各組對(duì)應(yīng)部分結(jié)構(gòu)相同,兩組部件一組布置于風(fēng)門(mén)墻體進(jìn)風(fēng)側(cè),另一組布置于回風(fēng)側(cè),整套裝置協(xié)作控制風(fēng)流逆流。
圖1 防風(fēng)流逆流裝置示意圖(m)
2.1.1 結(jié)構(gòu)部分1-3 組加工工藝
(1)主體結(jié)構(gòu)。利用50 mm×50 mm×5 mm角鋼將5 mm 厚鋼板焊接成為主體結(jié)構(gòu),焊接完成后主體結(jié)構(gòu)尺寸為1.1 m×0.5 m×1.0 m。
(2)防逆風(fēng)結(jié)構(gòu)。防逆風(fēng)結(jié)構(gòu)采用廢舊皮帶內(nèi)襯鋼板形式,整體形狀制成扇形,扇形部分弧度參照主皮帶弧度,保證出料工藝順利進(jìn)行基礎(chǔ)上,在逆風(fēng)方向起到防逆風(fēng)作用,另一端采用夾板與螺絲固定,增強(qiáng)防逆風(fēng)整體結(jié)構(gòu)抗壓能力。
(3)夾板結(jié)構(gòu)。采用一塊0.54 m×0.02 m 開(kāi)孔鋼板與長(zhǎng)0.54 m 的DN20 鋼管焊接而成。
(4)轉(zhuǎn)動(dòng)連接結(jié)構(gòu)。利用DN15 鋼管撬動(dòng)主體預(yù)留孔洞及DN20 鋼管,組成轉(zhuǎn)動(dòng)連接結(jié)構(gòu)。
(5)托輥結(jié)構(gòu)。為便于安裝皮帶托輥,皮帶托輥卡槽焊接于距主體結(jié)構(gòu)底部0.2 m 處。
(6)固定結(jié)構(gòu)。距結(jié)構(gòu)主體底部上向0.67 m處與2 根長(zhǎng)0.5 m 短節(jié)皮帶縱梁焊接,可與主皮帶縱梁固定。便于使用0.1 m 開(kāi)孔角鋼對(duì)風(fēng)門(mén)墻上防風(fēng)流逆流裝置進(jìn)行二次固定,可將2 根開(kāi)孔角鋼布置于裝置結(jié)構(gòu)主體上部及側(cè)部。
2.1.2 結(jié)構(gòu)部分2-4 組加工工藝
防逆風(fēng)結(jié)構(gòu):材質(zhì)僅采用廢舊皮帶進(jìn)行加工,無(wú)需鋼板內(nèi)襯。加工成型后,扇形與主皮帶弧度相匹配,切割成單段2~3 cm 長(zhǎng)的簾狀。其余結(jié)構(gòu)部分與1~3 組加工工藝相同。
(1)運(yùn)距長(zhǎng)。帶式輸送機(jī)相較于刮板輸送機(jī)在運(yùn)距性能上占據(jù)絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。南凹寺煤業(yè)帶式輸送機(jī)運(yùn)距最遠(yuǎn)可達(dá)2000 m 以上,并且在運(yùn)輸能力上也高于刮板輸送機(jī)。
(2)持續(xù)作業(yè)。帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)出料,出料過(guò)程平穩(wěn),撒料較少,更易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能控制,提高運(yùn)輸效率。
(3)能耗少。由帶式輸送機(jī)自身特點(diǎn),在出料過(guò)程中,上下皮帶都以托輥進(jìn)行支撐,部件間摩擦阻力較小,相較于刮板輸送機(jī)阻力可降低約20%,降低能源消耗,日常設(shè)備維護(hù)工作簡(jiǎn)單。設(shè)備保護(hù)系統(tǒng)完善,有效保障帶式輸送機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
(4)成本低。帶式輸送機(jī)采用的是將主皮帶直接穿過(guò)風(fēng)墻,由此可節(jié)省刮板輸送機(jī)多余設(shè)備及其附屬崗位人員費(fèi)用,且?guī)捷斔蜋C(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,機(jī)具磨損小,維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用低[5-6]。
南凹寺煤業(yè)3 采區(qū)運(yùn)輸下山掘進(jìn)工作面運(yùn)輸系統(tǒng)共采用5 部輸送機(jī)進(jìn)行出料,其中第3 部為刮板輸送機(jī),運(yùn)距為60 m。依據(jù)運(yùn)輸線路布置,該刮板輸送機(jī)要穿過(guò)帶式輸送機(jī)尾部車(chē)場(chǎng)風(fēng)門(mén)墻,與后續(xù)帶式輸送機(jī)相連。第2 部設(shè)備為帶式輸送機(jī),本次采用取締第3 部刮板輸送機(jī)方式,精簡(jiǎn)輸送機(jī)數(shù)量,以第2 部帶式輸送機(jī)直接穿過(guò)帶式輸送機(jī)尾部車(chē)場(chǎng)風(fēng)門(mén)墻,使帶式輸送機(jī)運(yùn)距達(dá)到260 m。
在該風(fēng)門(mén)墻處安裝防風(fēng)流逆流裝置,結(jié)構(gòu)部分1~3 組布置于風(fēng)門(mén)墻進(jìn)風(fēng)側(cè),2~4 組布置于回風(fēng)側(cè)。為防止漏風(fēng),裝置與墻體間縫隙用水泥砂漿或者填縫劑填滿(mǎn),使風(fēng)門(mén)墻處于密閉空間。若使帶式輸送機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行,裝置與主皮帶連接時(shí),應(yīng)預(yù)制0.5 m縱梁,輔以H 架調(diào)整膠帶通過(guò)對(duì)應(yīng)通道,使其處于平直狀態(tài)。
(1)優(yōu)化崗位配置
南凹寺煤業(yè)秉持著“智能化、無(wú)人化、高效化”的智能發(fā)展理念,不僅最大限度提高生產(chǎn)技術(shù)水平,還要減少無(wú)用崗位及固定崗位的設(shè)置。之前采用刮板輸送機(jī)時(shí),需要穿風(fēng)墻運(yùn)輸,相應(yīng)增加1 個(gè)固定崗位和相關(guān)維修崗位,與礦山發(fā)展理念不符。裝置使用后,與之相關(guān)崗位均可取消,實(shí)現(xiàn)崗位精簡(jiǎn)配置。
(2)增加有效通風(fēng)量
由于南凹寺煤業(yè)初始為小煤礦,前期掘進(jìn)不規(guī)范施工,導(dǎo)致通風(fēng)系統(tǒng)復(fù)雜,風(fēng)阻大,流經(jīng)路徑曲折,各工作面風(fēng)量分配不足,風(fēng)量損失嚴(yán)重。前期通過(guò)調(diào)節(jié)主扇扇葉角度來(lái)增加總風(fēng)量,導(dǎo)致主扇風(fēng)險(xiǎn)增加。使用帶式輸送機(jī)穿過(guò)風(fēng)門(mén)墻增設(shè)防風(fēng)流逆流裝置后,提高風(fēng)流密閉性,減少風(fēng)量損失。
(3)能源消耗低
通過(guò)對(duì)刮板輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率消耗測(cè)定,即使維持其基本運(yùn)轉(zhuǎn),也會(huì)消耗總功率30%以上,且消耗占比與延設(shè)距離成正比。與之相比,帶式輸送機(jī)在同等條件下消耗功率占刮板輸送機(jī)20%~30%。
(4)運(yùn)行穩(wěn)定
當(dāng)工作面遇到斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造時(shí),需運(yùn)矸石,刮板輸送機(jī)穿風(fēng)門(mén)墻工藝弊端越發(fā)明顯。3采區(qū)運(yùn)輸下山掘進(jìn)工作面在2020 年3 月16 日遇上斷距3 m 以上正斷層,全巖掘進(jìn),矸石量激增,最終導(dǎo)致刮板輸送機(jī)故障率劇增。后經(jīng)改為帶式輸送機(jī)直穿風(fēng)門(mén)墻后,運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)行一直安全穩(wěn)定,工作面掘進(jìn)進(jìn)度得以保障。
(5)節(jié)約成本
與帶式輸送機(jī)比較,刮板輸送機(jī)在穿風(fēng)門(mén)墻時(shí),要多設(shè)置一整套設(shè)備,加上相關(guān)崗位,成本投入會(huì)增加。另外,刮板輸送機(jī)機(jī)件之間磨損較大,日常維護(hù)及維修費(fèi)用較高。經(jīng)過(guò)改善后,帶式輸送機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,崗位精簡(jiǎn),固定成本和可變成本投入均減少。
通過(guò)對(duì)出料設(shè)備改裝,以及對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行可行性論證,在南凹寺煤業(yè)掘進(jìn)工作面應(yīng)用且設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。運(yùn)行結(jié)果顯示設(shè)備維修成本大大降低,風(fēng)門(mén)墻密閉性良好,風(fēng)流調(diào)節(jié)效率提高,滿(mǎn)足工作面風(fēng)量要求,保障井下運(yùn)輸系統(tǒng)高效運(yùn)行,大大節(jié)約固定及可變成本,為相關(guān)礦井提供參考。