自動(dòng)翻車系統(tǒng)在礦井前期建設(shè)中的應(yīng)用

吳華軍,宣天貴(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一東項(xiàng)目部，安徽 淮南 232001)

1 工程概況

潘一東礦井位于淮南市潘集區(qū)境內(nèi)，立井開拓，設(shè)計(jì)規(guī)模3.0Mt/a，礦區(qū)內(nèi)布置主井、副井、風(fēng)井和第二副井4個(gè)井筒。

風(fēng)井于2009年5月底落底并臨時(shí)改絞，于2009年9月中旬與第一副井貫通，第一副井貫通后安裝永久裝備；第二副井于2009年12月初落至-848m第一水平，于2009年12月底與井底車場貫通。為緩解礦井前期建設(shè)提升能力不足的問題，在不改變第二副井原有鑿井提升設(shè)施的前提下，第二副井貫通后，在-848m水平馬頭門安裝自動(dòng)翻車系統(tǒng)，確保礦井前期建設(shè)同時(shí)有兩個(gè)井筒進(jìn)行提矸，有效緩解了礦井前期提升能力不足的問題。

2 自動(dòng)翻車系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

2.1 第二副井施工概況

第二副井井筒全深1034.2m，第一水平落至-848m水平，地面井口標(biāo)高+23.2m，井筒凈直徑8.6m，利用?3.6m、?3.2m絞車及5m3矸石吊桶提升出矸。第二副井-848m水平馬頭門凈斷面3.6m×4.9m，布置單股軌道；聯(lián)巷凈斷面4.2m×3.7m，布置雙股軌道。

2.2 自動(dòng)翻車系統(tǒng)

翻車機(jī)是一種高效的機(jī)械化卸車設(shè)備,用于翻卸敞車所裝載的煤炭、礦石等散狀物料[1-2]。第二副井出矸系統(tǒng)改造后，整個(gè)出矸運(yùn)輸系統(tǒng)由自動(dòng)翻車機(jī)、操車平臺、溜槽、吊桶、排水裝置、信號室、軌道、支撐鋼梁等組成。其中，排水系統(tǒng)包括水池、電泵和管路，井底積水由電泵泵到主提吊桶隨矸石排至地面。

2.2.1 平面布置

第二副井馬頭門及聯(lián)巷設(shè)計(jì)東西走向，井筒中心線距離巷道中心線1.8m，距離軌道中線1.6m，距離主提中心線1.2m，距離副提中心線1.3m。主提中心線距離軌道中心線2.8m，自動(dòng)翻車機(jī)順巷道走向布置，自動(dòng)翻車機(jī)溜槽垂直巷道走向布置，配5m3吊桶，吊桶直徑1.85m；副提中心線距離軌道中心線0.28m，自動(dòng)翻車機(jī)順巷道走向布置，自動(dòng)翻車機(jī)溜槽順著巷道走向布置，配5m3吊桶，吊桶直徑1.85m。井筒中心布置一個(gè)水池，井筒西南角布置一個(gè)信號室，東西巷道由簡易鐵橋相連，自動(dòng)翻車系統(tǒng)平面布置圖見圖1。

圖1 自動(dòng)翻車系統(tǒng)平面布置圖

2.2.2 剖面布置

井底工作面標(biāo)高-853.5m，馬頭門底板標(biāo)高-848m，兩者標(biāo)高落差5.5m。以副提側(cè)自動(dòng)翻車系統(tǒng)為例，提升中心線距離井筒中心線2.4m，溜槽坡度45°，溜槽長度3.0m，溜槽口距離副提吊桶中線1.3m，距離吊桶垂高1.15m，自動(dòng)翻車系統(tǒng)剖面布置見圖2。

2.3 系統(tǒng)改造

第二副井-848m水平馬頭門安裝兩套自動(dòng)翻車機(jī)，主提處安裝工期7天(含信號室、排水系統(tǒng)及簡易鐵橋工期)，副提處安裝工期4天，井筒中心布置一個(gè)1m×1m×0.6m水池，將原鑿井吊盤提升固定在-840m水平，吊盤上的信號室布置在井筒底部西南角，原鑿井用提升系統(tǒng)、排矸系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等保留不變。

圖2 自動(dòng)翻車系統(tǒng)剖面布置圖

3 自動(dòng)翻車機(jī)工作原理

利用重車在翻車機(jī)上的重心移動(dòng)產(chǎn)生的扭矩實(shí)現(xiàn)自動(dòng)翻車，利用空車在翻車機(jī)上的重心移動(dòng)產(chǎn)生的扭矩實(shí)現(xiàn)自動(dòng)回車。該自動(dòng)翻車機(jī)設(shè)計(jì)制做的重點(diǎn)就是重心與軸心偏移的最佳距離，經(jīng)現(xiàn)場使用驗(yàn)證，偏心距為50mm為最佳翻車和回車狀態(tài)[3]。

3.1 重車重心計(jì)算[4]

重車在翻車機(jī)上，兩者的重心距離軸承位置：

式中：L重車+翻車機(jī)——重車和翻車機(jī)的重心距離軸承的距離，m；

M重車+翻車機(jī)——重車和翻車機(jī)翻轉(zhuǎn)扭矩，N?m；m重車——重車質(zhì)量，取3 000kg；

L重車——重車重心距離軸承的距離，設(shè)計(jì)為-0.2m；

m翻車機(jī)——翻車機(jī)質(zhì)量，設(shè)計(jì)500kg；

L翻車機(jī)——翻車機(jī)重心距離軸承的距離，設(shè)計(jì)0.32m。

計(jì)算得：L重車+翻車機(jī)=-0.126m;M重車+翻車機(jī)= -4 410N?m。

3.2 空車重心計(jì)算

空車在翻車機(jī)上，兩者的重心距離軸承位置：

式中：L空車+翻車機(jī)——空車和翻車機(jī)的重心距離軸承的距離，m；

M空車+翻車機(jī)——空車和翻車機(jī)回轉(zhuǎn)扭矩，N?m；

m空車——1.5t礦車自重，設(shè)計(jì)1 000kg；

L空車——輕車重心距離軸承的距離，設(shè)計(jì)為-0.197m；

m翻車機(jī)——翻車機(jī)質(zhì)量，設(shè)計(jì)500kg；

L翻車機(jī)——翻車機(jī)重心距離軸承的距離，設(shè)計(jì)0.237m。

計(jì)算得： L空車+翻車機(jī)=0.052m;M空車+翻車機(jī)= 780N?m。

4 翻車系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)

使用1.5t固定式礦車裝載矸石，由電機(jī)車帶至第二副井東西繞道，人工將重車推上自動(dòng)翻車機(jī)，由于重心偏移產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)扭矩，重車翻轉(zhuǎn)并被安設(shè)在翻車機(jī)基礎(chǔ)上的彈簧柱擋住，在礦車被反彈時(shí)，操作員將翻車機(jī)軸承剎緊，保持礦車翻轉(zhuǎn)狀態(tài)（使矸石能夠翻凈），倒完矸石后，松開手剎，由于重心偏移到軸承另一邊產(chǎn)生回轉(zhuǎn)扭矩，礦車回轉(zhuǎn)并推入空車線，完成一車矸石的轉(zhuǎn)載。該系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）翻車快捷，單勾提升能力大（1吊桶裝3車矸石，風(fēng)井單層罐籠裝2車矸石），為礦井快速掘進(jìn)提供保障。

（2）礦車不需上井，礦車在井下循環(huán)利用，保障井下可用礦車數(shù)量，有利于生產(chǎn)組織。

（3）結(jié)構(gòu)簡單，由于沒有電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置，減速機(jī)及聯(lián)接裝置，便于維修，對巷道斷面要求小。

（4）安裝方便，工期短，操作簡單易學(xué)，安裝、運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低。

（5）不改變井筒原有掘砌設(shè)施，保證了后期井筒延伸能力。

（6）下料、提人較困難。

5 應(yīng)用效果比較

（1）工期投資比較。風(fēng)井臨時(shí)改絞工程包括臨時(shí)充電機(jī)房設(shè)備安裝、臨時(shí)供排水安裝、1.5t推車機(jī)安裝、風(fēng)井臨時(shí)改絞土建及安裝和臨時(shí)充電機(jī)房設(shè)備安裝，總造價(jià)845.7萬元，工期39天。第二副井翻車機(jī)安裝工程總造價(jià)32萬元，工期11天。

第二副井安裝自動(dòng)翻車機(jī)系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了由礦車出矸迅速轉(zhuǎn)換成立井出矸，對比風(fēng)井臨時(shí)改絞，免去了改絞工序，直接投資節(jié)省813.7萬元，縮短工期28天。

（2）出矸量比較。風(fēng)井于2009年7月投入使用，第二副井（主提）從2010年1月開始投入使用，第二副井（副提）從2010年3月開始投入使用。以2010年上半年為例，風(fēng)井和第二副井月出矸量統(tǒng)計(jì)見表1。第二副井自動(dòng)翻車系統(tǒng)投入使用后，有效緩減風(fēng)井提升壓力，增加了總體提升能力，有利于生產(chǎn)組織。以2010年3～6月出矸量計(jì)算，風(fēng)井出矸量平均為250車/d，第二副井平均為400車/d。

表1 風(fēng)井、第二副井月出矸量統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)語

第二副井自動(dòng)翻車系統(tǒng)改造后，實(shí)現(xiàn)了礦車出矸迅速轉(zhuǎn)換成立井出矸，對比風(fēng)井臨時(shí)改絞，直接投資節(jié)省813.7萬元，縮短工期28天。在不改變井筒原有掘砌設(shè)施的前提下，有效利用了第二副井鑿井提升設(shè)備，保證了后期井筒延伸的能力，實(shí)現(xiàn)設(shè)備利用最大化，經(jīng)濟(jì)效益明顯，緩解了礦井前期提升能力不足的問題，可供其他礦井井筒前期施工提矸工作參考。

[1] 李文瑞.淺析翻車機(jī)系統(tǒng)工藝布置相關(guān)問題[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2009，（19）.

[2] 邱占偉，王洪珍.翻車機(jī)制造技術(shù)[J].重工與起重技術(shù)，2007，（1）.

[3]黃進(jìn)軍.ZDJ-Ⅰ型自動(dòng)翻車機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2009，（3）.

[4] 宋明玉.大學(xué)物理[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009.