李旭濤

(中煤科工西安研究院(集團(tuán))有限公司,陜西 西安 710077)

趙莊煤礦現(xiàn)開采3號(hào)煤,根據(jù)礦方生產(chǎn)要求,修復(fù)機(jī)巷道底板修復(fù)施工在北輔運(yùn)七聯(lián)絡(luò)巷進(jìn)行,該段巷道底鼓變形嚴(yán)重,起底深度0.5～3.2 m,起底寬度約4.8 m,出渣量較大?，F(xiàn)場應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn),制約起底效率的主要因素在于渣料運(yùn)輸,特別是刮板運(yùn)輸裝置后部轉(zhuǎn)運(yùn)效率較低,且存在掉渣現(xiàn)象,使得修復(fù)機(jī)起底效果難以顯現(xiàn),直接影響整個(gè)底板修復(fù)施工效率。并且現(xiàn)有刮板運(yùn)輸裝置不能進(jìn)行左右、上下擺動(dòng),進(jìn)行連續(xù)運(yùn)輸,也是導(dǎo)致現(xiàn)有修復(fù)機(jī)施工效率較低的重要原因。

為此,開發(fā)一套機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸及一定角度偏轉(zhuǎn),可配置于現(xiàn)有修復(fù)機(jī)的膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置尤為必要,該方向的研究可提高修復(fù)機(jī)的工作效率,有利于修復(fù)機(jī)大批量推廣。配套用移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的開發(fā),可大幅提高巷道底板修復(fù)作業(yè)施工效率,擴(kuò)大修復(fù)機(jī)對巷道治理的適用性,滿足巷道修復(fù)多樣性的工作需要,為巷道修復(fù)機(jī)市場推廣提供有力保障。

1 總體方案設(shè)計(jì)

1.1 施工方法的選擇

煤礦巷道作為煤礦井下生產(chǎn)系統(tǒng)最基本單元,其安全可靠是保證礦井正常生產(chǎn)的基礎(chǔ),但是隨著我國煤礦開采強(qiáng)度和深度的進(jìn)一步增加,導(dǎo)致巷道應(yīng)力集中出現(xiàn),圍巖變形日益突出,特別是巷道底鼓變形更為嚴(yán)重[1-4]。巷道修復(fù)機(jī)作為煤礦井下巷道圍巖修復(fù)治理的專用裝備,具備鑿、挖、運(yùn)、裝于一體[5-6],施工效率高、安全性好、操控靈活方便等特點(diǎn),目前相關(guān)礦井采用巷道修復(fù)機(jī)配合運(yùn)料小車進(jìn)行出渣,如圖1所示。其優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備之間簡單搭接、機(jī)動(dòng)靈活;其缺點(diǎn)是運(yùn)料小車排隊(duì)有間隔、運(yùn)渣出料不連續(xù),特別是在卸料地點(diǎn)較遠(yuǎn)的場所,渣料運(yùn)輸時(shí)間較長,且需較多的運(yùn)料小車,燃油較多,環(huán)境污染大。

圖1 巷道修復(fù)機(jī)+運(yùn)料小車出渣Fig.1 Roadway repair machine+cart slag

近年來,隨著巷道修復(fù)設(shè)備的廣泛推廣,為提高運(yùn)渣出料效率,巷道修復(fù)機(jī)出廠前,給刮板運(yùn)輸裝置尾部設(shè)計(jì)了卸料溜槽,其底部有旋轉(zhuǎn)軸,人工可以推動(dòng)卸料溜槽圍繞旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng),以此改變卸料方向,調(diào)整卸料角度[7-8],如圖2所示。卸料溜槽連續(xù)出渣作業(yè),施工效力高,但是卸料溜槽笨重,旋轉(zhuǎn)卸料方向時(shí)人工勞動(dòng)強(qiáng)度大,且其不能沿巷道高度方向上下調(diào)節(jié),僅能配合刮板機(jī)進(jìn)行出渣施工。

圖2 巷道修復(fù)機(jī)+卸料溜槽+刮板機(jī)出渣Fig.2 Roadway repair machine+unloading chute+scraper slag discharge

結(jié)合以上工況,配合WPZ-55/50/500L型煤礦用巷道修復(fù)機(jī),擬研制一款修復(fù)機(jī)配套用移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置,如圖3所示。膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置實(shí)現(xiàn)渣料的連續(xù)運(yùn)輸,可搭配膠帶輸送機(jī)、刮板機(jī)或運(yùn)料小車出渣,出渣方式多樣,工藝適應(yīng)性強(qiáng)。

圖3 巷道修復(fù)機(jī)+膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置+膠帶輸送機(jī)Fig.3 Roadway repair machine+belt transfer device+belt conveyor

1.2 結(jié)構(gòu)布局的確定

進(jìn)一步掌握巷道圍巖修復(fù)施工工藝的基礎(chǔ)上,膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)布局宜采用以下結(jié)構(gòu):膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要包括調(diào)角機(jī)構(gòu)和膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī),如圖4所示。調(diào)角機(jī)構(gòu)通過螺栓連接于巷道修復(fù)機(jī)尾部、刮板運(yùn)輸裝置正下方,便于轉(zhuǎn)運(yùn)渣料,調(diào)角機(jī)構(gòu)分別設(shè)計(jì)偏轉(zhuǎn)油缸和俯仰油缸,偏轉(zhuǎn)油缸用于膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置沿機(jī)身方向左右偏斜,實(shí)現(xiàn)拐彎運(yùn)料。俯仰油缸用于膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置上下角度調(diào)節(jié),實(shí)現(xiàn)不同高度的渣料轉(zhuǎn)運(yùn)。通過2組油缸的組合調(diào)節(jié),不僅可以適應(yīng)運(yùn)料小車、膠帶輸送機(jī)和刮板機(jī)等不同機(jī)身高度設(shè)備的卸料運(yùn)渣,還可滿足不同方向的拐彎運(yùn)渣,提高修復(fù)機(jī)渣料運(yùn)輸?shù)倪m應(yīng)性,實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸,進(jìn)而提高巷道修復(fù)施工作業(yè)效率。

圖4 膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)Fig.4 Belt transfer device structure

1.3 主要技術(shù)參數(shù)及特點(diǎn)

膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要用于配合巷道修復(fù)機(jī)進(jìn)行運(yùn)料出渣作業(yè),考慮WPZ-55/50/500L型煤礦用巷道修復(fù)機(jī)挖裝能力為50 m3/h,膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main technical parameters of belt transfer device

移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置特點(diǎn):①整體式結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便,與修復(fù)機(jī)配套使用,實(shí)現(xiàn)機(jī)尾的全方位調(diào)節(jié),增加對裝料設(shè)備的適應(yīng)性,實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸裝置平穩(wěn)、快速的對不同塊料轉(zhuǎn)運(yùn),減少渣料轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間,提高巷道修復(fù)施工效率。②具有運(yùn)料快捷方便、移動(dòng)便捷、適用性強(qiáng)等特點(diǎn),設(shè)計(jì)的調(diào)角裝置具有調(diào)角范圍大,調(diào)整速度平穩(wěn),能夠充分體現(xiàn)二次運(yùn)輸?shù)膬?yōu)勢。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 調(diào)角機(jī)構(gòu)

調(diào)角機(jī)構(gòu)主要由焊接體Ⅰ、焊接體Ⅱ、焊接體Ⅲ、擺角油缸和升降油缸等部件組成,調(diào)角機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖5所示。調(diào)角機(jī)構(gòu)作用:①承載膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置;②上下、左右調(diào)節(jié)膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置卸料高度和角度?？紤]調(diào)角裝置與修復(fù)機(jī)連接的可靠性,在調(diào)角機(jī)構(gòu)最左端設(shè)計(jì)20個(gè)20 mm×65 mm高強(qiáng)度螺栓,并且安裝有M20NORD-LOCK防松墊圈。

圖5 調(diào)角機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)Fig.5 Angle adjusting mechanism structure

2.2 膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)

膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置主要由機(jī)架、托輥、滾筒、擋板、液壓馬達(dá)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和張緊機(jī)構(gòu)組成,膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖6所示,其動(dòng)力來源于修復(fù)機(jī)的液壓泵站,液壓馬達(dá)通過滾筒帶動(dòng)轉(zhuǎn)載膠帶回轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)渣料轉(zhuǎn)載運(yùn)輸[9-10]。

圖6 膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.6 Belt conveyer structure

考慮到巷道修復(fù)工況的特殊性,膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置機(jī)架選用16號(hào)槽鋼焊接,50角鋼作為橫梁連接件,局部位置加筋板,液壓馬達(dá)采用2K-130型,采用阻燃輸送帶,型號(hào)為EP100,托輥采用φ89 mm×190 mm和φ89 mm×600 mm托輥。滾筒均采用φ250 mm鋼管焊接,軸承采用UC系列軸承。

2.3 液壓系統(tǒng)

增加1套膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置,會(huì)增加3組液壓動(dòng)作,分別是:擺角油缸、升降油缸和液壓馬達(dá)。在巷道修復(fù)機(jī)現(xiàn)有液壓系統(tǒng)上,增加LBF14-7-39B多路換向閥1片,增加HN-XAYMK4S-15先導(dǎo)手柄組2組,增加V0930分流閥1個(gè)。通過先導(dǎo)手柄的換向和分流閥的切換控制2組油缸姿態(tài)的調(diào)節(jié),另外1個(gè)摩擦定位先導(dǎo)手柄控制膠帶運(yùn)渣速度。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

根據(jù)趙莊煤礦生產(chǎn)要求,巷道底板修復(fù)施工布置在3號(hào)煤北輔運(yùn)七聯(lián)絡(luò)巷內(nèi)進(jìn)行,該巷道為矩形斷面,高度4.3 m,寬度4.8 m,巷道斷面20.4 m2。3號(hào)煤層平均厚度4.5 m,傾角5°～10°,采深400～500 m。煤層直接底為黑色泥巖,薄層狀,水平層理發(fā)育,其下為砂巖,中厚層狀,具有水平層理。

底板修復(fù)最大深度約3.2 m,項(xiàng)目組決定采用逐層剝離、逐步深挖,一運(yùn)刮板運(yùn)輸裝置及配套移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置協(xié)調(diào)出矸方式進(jìn)行施工作業(yè)。第1層底板修復(fù)完成后,需對巷幫進(jìn)行支護(hù),支護(hù)完成之后進(jìn)行第2次修復(fù),再次進(jìn)行支護(hù);第2輪修復(fù)施工工藝與第1輪修復(fù)施工工藝相同,通過3輪連續(xù)施工作業(yè),即完成最大巷道修復(fù)施工作業(yè)[11-12]。修復(fù)機(jī)底板修復(fù)施工如圖7所示。

巷道底板修復(fù)采用WPZ-55/50/500L型修復(fù)機(jī)(配套移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置)進(jìn)行施工,修復(fù)施工期間,該移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置移動(dòng)便捷、運(yùn)矸平穩(wěn)、可靠,調(diào)角機(jī)構(gòu)調(diào)角范圍廣。移動(dòng)式膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置的成功設(shè)計(jì),提高了修復(fù)機(jī)矸石轉(zhuǎn)運(yùn)效率,為修復(fù)機(jī)的銷售推廣提供了裝備與技術(shù)保障。

4 結(jié)語

(1)研制的膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)簡單、拆裝方便,可實(shí)現(xiàn)機(jī)尾的上下和左右調(diào)節(jié),增加對裝料設(shè)備的適應(yīng)性,實(shí)現(xiàn)膠帶運(yùn)輸裝置平穩(wěn)、快速地對不同渣料轉(zhuǎn)運(yùn),減少渣料轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)間,提高巷道修復(fù)施工效率。

(2)設(shè)計(jì)的調(diào)角裝置調(diào)角范圍大、調(diào)整速度平穩(wěn),膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)采用液壓系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速;采用低速大扭矩馬達(dá),扭矩大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置配合修復(fù)機(jī)和煤礦井下帶式輸送機(jī)或刮板機(jī)可實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)輸作業(yè),提高巷道修復(fù)施工作業(yè)效率。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用結(jié)果表明,膠帶轉(zhuǎn)運(yùn)裝置各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全滿足煤礦井下巷道修復(fù)機(jī)對于渣料轉(zhuǎn)載使用要求,并且充分證明轉(zhuǎn)運(yùn)裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、可靠性,該裝置的成功研制為巷道修復(fù)機(jī)提高施工效率提供了裝備保障。