煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備研究

楊福禹 趙二會 王艷立

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦，山東省濟寧市，272169)

1 概況

隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)和粉塵治理要求的不斷提高，現(xiàn)有噴漿工藝中采用的井下人工攪拌和上料方式不僅存在勞動強度高和粉塵濃度大等問題，而且存在噴漿面質(zhì)量差和危害職工的身體健康等問題。

兗州煤業(yè)股份有限公司濟寧三號煤礦(以下簡稱濟三礦)開拓及準(zhǔn)備巷道大部分沿煤層布置，錨網(wǎng)噴支護設(shè)計，由于該礦輔助運輸方式為無軌膠輪車運輸，前期巷道內(nèi)安裝掘進設(shè)備無法運行膠輪車，因此巷道支護采用先錨網(wǎng)(索)掘進、后撤除、再集中噴漿的方法?，F(xiàn)有施工掘進進尺速度快，掘進錨網(wǎng)(索)支護后，未能及時噴漿支護，造成支護強度降低，影響礦井巷道的服務(wù)年限，特別是回風(fēng)巷道空氣濕度大，金屬網(wǎng)銹蝕嚴重，時常出現(xiàn)漏頂片幫現(xiàn)象，造成巷道的維護成本升高。許多斷面均為掘進荒斷面，施工巷道斷面大，造成運輸大巷噴漿作業(yè)不及時，礦井的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化形象變差。目前待噴漿單條巷道長度較長(1500 m以上)，輔助運輸、回風(fēng)大巷待噴漿巷道近13000 m，消耗噴漿材料近20000 m3，后續(xù)巷道還在不斷掘進開拓，巷道待噴漿量大，噴漿任務(wù)極其繁重。因此，急需對礦井的運輸、回風(fēng)大巷進行快速噴漿施工，改善現(xiàn)有狀況。

2 煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備組成

針對濟三礦巷道環(huán)境、現(xiàn)有噴漿技術(shù)和裝備條件，提出無軌巷道機械化配料、送料、噴漿的流程，主要研究適用于濟三礦使用的遠距離噴漿機、煤礦用帶式上料機和噴漿機械手這3個設(shè)備。

2.1 遠距離噴漿機

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

PYC6Z型遠距離無塵化混凝土噴漿機(以下簡稱噴漿機)主要由行走裝置、料斗、錐形給料裝置、噴射系統(tǒng)、液壓泵站、氣路系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)及除塵器構(gòu)成。設(shè)備的所有零部件均固定在行走裝置上；行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構(gòu)成；噴射系統(tǒng)的驅(qū)動部分固定在行走裝置上，噴射系統(tǒng)主要包括送料腔、葉片輪、減速機和馬達。送料腔上固定有錐形給料裝置和料斗，通過錐形給料裝置的定量錐形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)將物料送入到送料腔內(nèi)，再通過葉片輪的旋轉(zhuǎn)將物料在風(fēng)壓的作用下將物料輸送出去。噴射機采用全液壓驅(qū)動方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動力及手動控制。遠距離噴漿機示意圖如圖1所示。

圖1 遠距離噴漿機示意圖

2.1.2 設(shè)備特點

遠距離噴漿機采用多料杯小料腔，采用風(fēng)載噴漿料，喂料腔內(nèi)足夠的物料供給以及持續(xù)不斷的壓縮空氣保證無脈沖稀薄流輸送直至噴槍頭。噴漿機的電液驅(qū)動可以通過調(diào)整料腔盤轉(zhuǎn)速，保證噴漿量的無級調(diào)節(jié)。喂料腔的卸料分配器可靠保證壓力腔的密封，保證設(shè)備工作環(huán)境的絕對無塵化，同時避免壓縮空氣的泄壓。簡單的分配器自調(diào)節(jié)系統(tǒng)保證磨損部件的低磨損和長壽命。

2.2 煤礦用帶式上料機

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成

煤礦用帶式上料機的結(jié)構(gòu)主要包括存儲料倉、取料帶式輸送機、行走裝置和液壓站4個部分。載有噴漿料的膠輪車行進至存儲料倉后，翻轉(zhuǎn)側(cè)板全部上翻將噴漿料包裹，通過驅(qū)動滾筒的作用在輸送膠帶上加入速凝劑，一起把噴漿料輸出存儲料倉，經(jīng)由煤礦用帶式上料機把混凝土送至噴漿機中。煤礦用帶式上料機作業(yè)示意圖如圖2所示。

圖2 煤礦用帶式上料機作業(yè)示意圖

2.2.2 設(shè)備特點

煤礦用帶式上料機采用成對側(cè)向內(nèi)翻式存儲料倉結(jié)構(gòu)，設(shè)備在存料時具有較大的寬度，從而使自卸車能方便的倒入存儲料倉內(nèi)卸料，設(shè)備在取料時可向上翻轉(zhuǎn)斗將噴漿料全部排空；設(shè)備可通過適當(dāng)增加翻轉(zhuǎn)斗數(shù)量的方式有效擴展存儲料倉的容積，保證作業(yè)時噴漿機的連續(xù)工作；設(shè)備在階段性的噴漿施工周期內(nèi)相對固定，無需在噴漿施工作業(yè)點和集中裝料站之間頻繁的轉(zhuǎn)運；設(shè)備在非工作和需要轉(zhuǎn)運時可向上翻轉(zhuǎn)斗減小寬度，便于狹小巷道內(nèi)另一側(cè)其他車輛的交會通行和設(shè)備自身的靈活轉(zhuǎn)運。

2.3 噴漿機械手

2.3.1 結(jié)構(gòu)組成

PJS-60礦用噴漿機械手主要由行走系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動力裝置、電氣系統(tǒng)等部分組成。礦用噴漿機械手結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

1-行走系統(tǒng)；2-噴射系統(tǒng)；3-液壓系統(tǒng)；4-動力裝置；5-電氣系統(tǒng)圖3 礦用噴漿機械手結(jié)構(gòu)示意圖

PJS-60礦用噴漿機械手是適用于煤礦井下噴射混凝土的小型可移動式機械，由防爆電機驅(qū)動，采用全液壓控制。利用履帶行走裝置由行走馬達、行走減速機驅(qū)動，可實現(xiàn)在噴射施工現(xiàn)場小范圍的自行走。利用噴射裝置可實現(xiàn)混凝土的機械化噴射作業(yè)，噴射裝置由變幅油缸、伸縮油缸、噴頭擺動油缸、噴頭回轉(zhuǎn)油缸、臂架回轉(zhuǎn)馬達、噴頭刷動馬達驅(qū)動實現(xiàn)多自由度混凝土噴射，以降低勞動強度、改善施工環(huán)境、提高工作效率和施工質(zhì)量。

2.3.2 設(shè)備特點

行走系統(tǒng)主要由四輪一帶(驅(qū)動輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、履帶)、行走減速機以及底架組成。行走馬達驅(qū)動行走減速機帶動驅(qū)動輪和履帶，實現(xiàn)整車的行走和轉(zhuǎn)向，最終達到混凝土噴漿機械手在噴射支護施工現(xiàn)場小范圍自行移動的功能。履帶行走裝置穩(wěn)定性高，通過性能強，可以很好地適應(yīng)施工現(xiàn)場復(fù)雜的路面條件。噴射裝置由變幅油缸、伸縮油缸、噴頭擺動油缸、噴頭回轉(zhuǎn)油缸、臂架回轉(zhuǎn)馬達、噴頭刷動馬達驅(qū)動噴射臂和噴頭，實現(xiàn)多自由度混凝土噴射，混凝土噴射均勻且回彈率低，噴射質(zhì)量有保證。臂架回轉(zhuǎn)馬達驅(qū)動回轉(zhuǎn)減速機帶動整個噴射臂以實現(xiàn)±55°范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機構(gòu)中設(shè)有機械限位裝置保證運轉(zhuǎn)安全；變幅油缸驅(qū)動伸縮臂和噴頭機構(gòu)實現(xiàn)變幅運動；伸縮臂中安放兩級伸縮油缸，驅(qū)動三級伸縮臂的伸縮操作；噴頭機構(gòu)可實現(xiàn)180°擺動、360°回轉(zhuǎn)以及噴頭刷動功能，自由度較高。

3 應(yīng)用情況

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在濟三礦六采西部帶式輸送機運輸巷使用，完成噴漿進尺2000 m，實現(xiàn)最大500 m的遠距離混凝土噴射。噴漿機處粉塵含量控制在6 mg/m3以內(nèi)，作業(yè)人員可站在距噴射面5～10 m的位置遙控操作，工作環(huán)境較為舒適。其工藝流程為：攪拌均勻的物料用防爆膠輪車運至煤礦用帶式上料機料倉內(nèi)；工作時，將料倉內(nèi)的噴漿料連續(xù)、均勻地輸送至遠距離噴漿機料斗內(nèi)，在迎頭使用噴漿機械手代替人工夾持噴槍進行自動化噴漿作業(yè)。煤礦全機械化遠距離噴漿工藝流程如圖4所示。

圖4 煤礦全機械化遠距離噴漿工藝流程

4 效益分析

4.1 社會效益

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用后，實現(xiàn)了可靠、有效和經(jīng)濟的噴漿作業(yè)系統(tǒng)，有效降低了井下職工矽肺病的發(fā)病嚴重程度和人數(shù)，每年可節(jié)約礦工個體防護、塵肺病治療、防塵管理和技術(shù)專項資金數(shù)十萬元。既能為井下職工創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，保證礦井高效運轉(zhuǎn)，又符合我國建立資源節(jié)約型和諧社會的現(xiàn)實目標(biāo)，因此具有較大的社會效益。

4.2 經(jīng)濟效益

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用后，每班節(jié)省4人，同時作業(yè)時間可大幅度減少，并利用減少時間從事其它作業(yè)，大大提高了噴漿進度。工人的勞動生產(chǎn)率可提高10%～15%，以每天每人工資260元計算，則每月節(jié)省工資約3.22萬元，每年節(jié)省工資約39萬元。按每天噴漿量為32方料、每方料成本約為100元計算，則每天噴漿料成本約為3200元，由于噴射過程中混凝土的回彈量反彈率由35%降至10%，則每天節(jié)省噴漿料成本約為800元，每年節(jié)省約29萬元。綜合計算后，使用煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備每年可為煤礦帶來較為可觀的經(jīng)濟效益。