煤礦巷道掘進裝備選型配套研究

文/涂興子黃愛軍

為了科學擬定平頂山天安煤業(yè)股份有限公司所屬礦區(qū)配套的掘進機械化設備選型方案，力爭以最少的投資、最先進可靠的技術和設備、最優(yōu)化的組合配套方案，實現(xiàn)掘進設備選型符合各礦井安全可靠、配套協(xié)調、實用經濟的需要，本文闡述了影響掘進裝備選型配套的主要因素，提出了煤礦巷道掘進裝備選型配套的流程，研究表明：煤礦巷道掘進裝備選型配套應當綜合考慮各種影響因素，制定切實有效的配套方案才能適應礦井需要。

一、影響掘進裝備選型配套的主要因素

煤礦井巷綜合掘進機械化工作面設備是由掘進機、轉載機和運輸設備完成煤巖的落、裝、轉、運作業(yè)，同時還需要配置輔助運輸設備以便運輸支護材料和其他器材。為創(chuàng)造良好的掘進作業(yè)環(huán)境，需要設置通風和除塵設備。為實現(xiàn)安全生產，需要配置瓦斯斷電儀等安全裝置及相應的供電、供水和控制設備，并組成一個完整的作業(yè)線。

從整個巷道中的主體布置來講，掘進裝備選型配套包括煤、矸運輸，除塵通風，材料運輸，巷道支護，供電系統(tǒng)五個方面。其中除了巷道支護是根據(jù)圍巖條件不同而決定以外，其他四個方面都與巷道斷面大小、采區(qū)巷道布置方式、巷道最大掘進長度、巷道支護形式、礦井生產的運輸系統(tǒng)等五項因素有關。在確定掘進裝備選型配套方案時，應綜合考慮上述五項因素。

二、煤礦巷道掘進裝備選型配套的流程

煤礦巷道掘進工作面設備選型配套通常采用的流程依次為：地質條件工藝性評價，掘進工藝方式選擇，工作面單位時間進尺確定，掘進機選型，轉載機選型，輸送設備選型，輔助運輸設備選型，設備配套。

三、掘進機的選型

選擇掘進機時，應以滿足巷道斷面和巷道地質要求作為主要依據(jù)。

1.巷道斷面積。巷道斷面積的大小基本決定了機型的尺寸和重量，機型的選擇應滿足以下不等式：

式中：S機min—機型可掘最小斷面；S機max—機型可掘最大斷面；S巷—巷道斷面。

每一種機型都在一定的巷道斷面積范圍內適應，但更應考慮最佳的巷道斷面積。

2.巷道地質條件。

（1）巷道底板情況。目前，國外掘進機履帶接地比壓在45-180KPa范圍內，我國目前可供用戶選用的機型中接地比壓都在80-150KPa左右。因此，應根據(jù)巷道底板堅硬情況，在上述接地比壓范圍內選擇機型。

（2）煤巖特征。煤巖的類型和堅硬系數(shù)是決定機型和切割頭特征的又一個重要依據(jù)。從我國煤礦巷道情況來看，有煤巷、半煤巖巷和全巖巷之分。通常在煤巷中含30%以下的夾石稱為半煤巖巷。從物料的堅硬系數(shù)和機型的關系來看，通常時，可選用全煤巷部分斷面掘進機；當時，可選用半煤巖部分斷面掘進機；當?shù)娜珟r巷，若選用部分斷面掘進機則應用效果會大幅下降，故應視其全巖巷道的長短，選擇全斷面掘進機或鉆爆法掘進。

（3）巷道彎曲情況。巷道的拐彎半徑必須與所選機型能達到的拐彎半徑相吻合。另外，在初始掘進的80m巷道長度，機后的物料輸送不可能配用伸縮帶式輸送機或其他輸送設備。因為可伸縮帶式輸送機的最小鋪設長度應為80m，所以在初始80m巷道中只能采用礦車或其他簡易的輸送方式。

3.其他因素。其他還應考慮生產能力對機器的要求，以及配件供應，維修能力，職工素質等因素。

四、轉載機的選型

轉載機主要用作掘進機與輸送設備中間的轉載設備。一般轉載機都以膠帶為傳送機構。考慮轉載機選型時，應注意其輸送能力應與掘進機相適應，同時要考慮后配套的輸送設備的使用能保證充分發(fā)揮掘進的生產效率。當后配套選用可伸縮帶式輸送機或刮板輸送機時，一般選用各種橋式膠帶轉載機，通過轉載機前后與掘進機和帶式輸送機搭接長度的變化可保證轉載與運輸?shù)倪B續(xù)性。當與帶式輸送機配套時，轉載機機尾的支撐小車應騎跨在伸縮帶式輸送機機尾的軌道上，當轉載機與刮板輸送機配套時，應換成大輪支撐小車。當后配套設備選用礦車軌道運輸時，為解決礦車倒運而停掘進機的矛盾，可采用半吊掛或支腿式轉載機，此時轉載機可根據(jù)一次轉載礦車的數(shù)量調整自身長度。

有些掘進機，可自帶懸臂式擺動轉載機，適用于工況條件多變、不能構成連續(xù)輸送物料的礦井，該轉載機適于后配套設備為刮板輸送機或礦車時使用。

五、輸送設備的選型

巷道布置方式決定了煤、巖的運輸方式。垂直彎曲的巷道可采用刮板輸送機、可伸縮帶式輸送機、齒軌式機車、無軌膠輪梭車、膠套輪電機車；水平彎曲巷道可采用防爆特殊蓄電池電機車、無軌膠輪梭車、刮板輸送機。在連續(xù)運輸方式時，只能選用可伸縮帶式輸送機和刮板輸送機，但可伸縮帶式輸送機伸縮方便、功耗小，故應優(yōu)先選用可伸縮帶式輸送機作為掘進機后配套的輸送設備。為解決采用可伸縮帶式輸送機在初始80m巷道的運輸問題，可采用刮板輸送機與可伸縮帶式輸送機共用的方案，在掘進機前進時延長刮板輸送機，當延長到帶式輸送機鋪設長度時，拆除刮板輸送機30~75m，將刮板輸送機縮到25~50m，并將可伸縮帶式輸送機延伸到80m。

有些掘進機自身帶有懸臂式膠帶轉載機，這時配套可選用多臺刮板輸送機作為輸送設備。懸臂式膠帶轉載機與刮板機搭接長度為4~5m，掘進機前進4.5m（相當于三節(jié)溜槽長度）需要移一次輸送機機尾，接三節(jié)溜槽。

當掘進巷道長度達千米時，可選用伸縮帶式輸送機和固定帶式輸送機轉運煤巖。這樣既具有可伸縮性能，又可由固定式帶式輸送機代替可伸縮帶式輸送機而不必由2臺或3臺伸縮帶式輸送機搭接。此時，伸縮帶式輸送機跟隨掘進機前進。

六、輔助運輸設備的選型

當確定了主要運輸方式后，就可以確定輔助運輸方式。若采用軌道機車牽引或無軌膠輪梭車運輸時，則可簡化輔助運輸設備；若采用連續(xù)運輸方式時，則要考慮輔助運輸設備的選用。

當輔助運輸設備選用鋼絲繩牽引單軌吊時，可適應巷道設備擁擠、空間狹窄，以及巷道底板底鼓和有積水的情況，也適用于坡度較大的巷道。架棚機和單軌吊可共用一個軌道。架棚機也可作短途運輸用。當輔助設備選用鋼絲繩牽引卡軌車時，可適用于頂板破碎但要求巷道底板較好，無積水。卡軌車安全可靠不易掉道，還可用來撤除巷道掘進設備。

無論是鋼絲繩牽引單軌吊或防爆低污染柴油機驅動單軌吊都適于巷道斷面大于7m2的水平彎曲和垂直彎曲巷道中使用。鋼絲繩牽引卡軌車是我國近幾年發(fā)展起來的輔助運輸設備，它具有牽引力大、運輸距離長等優(yōu)點，適用于斷面大于6m2，水平彎曲和垂直彎曲的巷道，坡度在25°以下的巷道使用。

綜合掘進機機械化作業(yè)線的設備配套是很重要的。為了提高綜合掘進機機械化成套設備的可靠性，保證配套單機的最佳工況和協(xié)調工作，設備配套應遵循以下原則：配套單機的主要積水特性和參數(shù)必須滿足掘進巷道的地質條件和巷道掘進工藝的要求；綜合掘進機機械化成套設備的綜合生產能力，應以掘進機的生產能力為主要依據(jù)；配套單機之間的配套尺寸和布置應當合理。