礦車卸清一體化裝置的設計與應用

文/馬培賡

鄭煤集團超化煤礦屬于典型的三軟不穩(wěn)定煤層礦井，也是煤與瓦斯突出礦井，礦井水文地質條件復雜，隨著礦井開采作業(yè)的不斷延伸，采掘條件越來越差，煤礦井下在采掘、防治水、瓦斯治理及運輸等作業(yè)環(huán)節(jié)中淤積的煤泥、水泥漿、泥漿每天都能達到200多車，清理這些漿體往往又不便于采用皮帶運輸機集中運輸，只能采用礦車進行轉運，而由于泥漿粘結問題的普遍性，“厚車底”問題造成礦車使用效率低下，礦車清理的工作相當費時、費工。對于瓦斯治理、水治理任務量大的超化煤礦來說，這些漿類的清運工作已經成為影響或制約礦井高效生產發(fā)展的問題之一。

為了提升清淤作業(yè)效率及礦車的周轉率，礦井技術人員在工序整合思路引導下，通過認真研究分析，設計出了一種新型的礦車卸清一體化裝置，把泥漿礦車的翻卸及礦車清理作業(yè)有機融合到一起，實現了設備的高效運轉，改善了作業(yè)條件，緩解了用工緊張問題，取得了良好的社會及經濟效益。

一、國內現狀

國內煤礦井下用礦車轉運淤積物的卸車方式基本上都是采用翻轉方式，普遍存在的“厚車底”現象造成礦車使用效率低下，部分礦井在地面安裝有專用的礦車清挖機，但由于礦車變形等情況的存在，清理效果往往不佳，因此有很多礦井依然在采用人力方式清理礦車。

國內目前用于礦車淤積物卸車的翻車機，有轉筒式、側卸式、端卸式、復合式等多種形式。其中轉筒式、復合式翻車裝置對于安裝的要求比較高，需要在施工區(qū)域比較大的地坑應用，部分維護及清理作業(yè)需要在礦車軌道操作面以下進行；端卸式翻車機通常用于地面堆矸，需要在不斷爬升的軌道或有固定地點的地坑作業(yè)；側卸式翻車機在效率方面不如前幾種形式，但結構、安裝相對簡單。

清車機的種類和形式也有很多，但基本上都是以清理和維修的方式單獨作業(yè)，在管理和人員作業(yè)方面通常淤積物“卸、清”作業(yè)相互獨立。

因此，針對運送淤積物的礦車，如何把卸車、清車等工序有機融合，成為礦井提升作業(yè)效率的重要研究課題。

二、方案設計

1.方案研究

超化煤礦-300大巷長度有近千米，也是礦井主排水陣地所在位置，為了更好地對水力沖孔、地板注漿產生的粉巖粉、水泥漿進行沉淀，在大巷中建造了幾個大型的沉淀池，清出的泥漿由軌道巷輔助運輸升井，需要運行2000多米的提升距離，這一點無法實現，所以，泥漿只能在-300大巷進行卸車，由主煤流升井。

通過對幾種卸車方式進行對比，側卸式翻車裝置雖然在效率上不如另外幾種，但因結構簡單、安裝局限少、空間及日常管理方面的優(yōu)勢，成為優(yōu)先考慮的方案。在保證礦車正常翻轉卸車的前提下，結合礦車外形尺寸，將側卸式翻車裝置高度由4m降低到了3.5m，以電機車或回柱牽引推送車輛進入卸車翻轉裝置，翻轉裝置采用JH-5回柱絞車牽引提升實現翻轉，卸車后，礦車及翻轉裝置旋轉部分的重心向提升側移動，空車及翻轉裝置的旋轉部分靠自重實現回轉。

但由于運輸的對象是泥漿，車廂粘結問題經常性造成車廂容積大幅下降，清理工作占用了大量的時間和人力。“厚車底”（甚至是“厚車皮”）礦車升井后的清理顯然不太現實，在現場清理又占用了大量的時間和人力。通過認真分析，明確振動是解決粘結問題比較合理的措施，于是從振動方面著手對側卸式翻車裝置進行改造。

2.結構說明

經過持續(xù)研究和不斷改進，最終設計出了“礦車卸清一體化裝置”，其主要構件分別為：

（1）礦車；

（2）磕碰架：采用礦工鋼及槽鋼制成，與礦車旋轉外沿接觸（磕碰）的為礦工鋼制成的橫梁，兩端設有防止礦車側滑的導向槽；

（3）延長梁：用于安裝磕碰架、吊掛振動裝置，并與旋轉架固定架聯(lián)接的礦工鋼，其作用為使翻轉架和磕碰架成為一體；

（4）振動裝置：由氣缸、風鎬（根據井下氣源情況，均選用0.8MPa規(guī)格的氣缸和風鎬）改造后連成一體，固定在用U型鋼制作成的固定架及滑道內（還起到防護氣缸及風鎬免受矸石砸擊作用），氣缸伸出時，推動風鎬前移，前端抵在礦車內旋轉里側內沿，并由風鎬產生強烈振動；

（5）立柱：用于支撐延長梁和固定振動裝置的圓形鋼管；

（6）運輸機槽；

（7）小天輪：固定在天輪架的頂端，提升鋼絲繩從其上繞過，用于提升鋼絲繩的導向；

（8）旋轉架：由JH-5回柱車牽引，鋼絲繩通過導向輪及小天輪帶動旋轉架以旋轉軸為圓心上下翻轉，礦車在旋轉架的夾持下完成側向卸車，倒出的物料落入下面的運輸機槽中；

（9）天輪架：用于固定小天輪并通過礦工鋼與旋轉架固定架等聯(lián)成一體。

3.翻、磕協(xié)同

側卸式卸車裝置在旋轉卸車的過程中，在到達翻轉極限位置停止翻轉時有一個顫動，這個顫動有利于泥漿傾出，但顫抖使泥漿傾出的效果很有限。

根據沖量公式：Ft=mV

式中，F為沖擊力的大??；

t為沖擊時間的長短；

m為旋轉架和礦車（含泥漿）自身的質量；

V是旋轉架及礦車重心旋轉的線速度。

由此可知，在質量m一定，V不變的前提下，沖擊的時間越短，相互沖擊力F越大。

由此，根據沖量原理，在礦車卸車旋轉結束位置通過安裝用于產生“磕碰”的“橫梁”（固定在磕碰架上），在礦車旋轉接近結束時，由該橫梁阻止礦車繼續(xù)旋轉，并因碰撞產生較強的沖擊，把“顫抖”變成了“碰撞”。通過實驗，粘結問題得到明顯的改善，取得很好的效果。

4.震動清理

通過對側卸式卸車裝置增加磕碰架（磕碰梁），實現了變顫動為磕碰，取得了良好效果。但這種方法對一些水泥漿粘結時間長的礦車的清理效率并不高。為了提升清淤作業(yè)效率，在加裝磕碰裝置取得成效的啟發(fā)之下，通過技術調研，采取增加振動裝置進一步改進作業(yè)效果。

振動裝置包含一根氣缸和經改造后的風鎬，把兩者連成一體后安裝于U型鋼制成的滑道內，再整體固定于卸車裝置上。實踐中，沒有粘結現象的礦車，經過磕碰橫梁的承接，就可以把礦車中物料“磕凈”；通過在橫梁上磕碰后仍有粘結的礦車，打開氣閥，用氣缸推動風鎬，改造后的風鎬頭壓在礦車旋轉里圈內沿上，通過改造的風鎬實現對礦車的強烈沖擊，粘結的泥漿由車廂脫落后掉入下面的運輸機上，由運輸機運出。

三、應用效果

此種礦車卸清一體化裝置結構簡單、緊湊，機制加工工作量小，在井下安裝空間受限的環(huán)境中，有更好的適應性，安裝工期短，維護相對簡單，日常維護量小，操作方便。該翻車清車裝置經過一系列的改造后，把“卸、清”原本相互獨立的兩個作業(yè)流程融合到了一起，實現了礦車翻清作業(yè)的一體化。

超化煤礦經過近幾年的實踐應用，取消了專職“厚車底”清理人員，從業(yè)人員不需要再跳進礦車清理淤積，作業(yè)安全度更高，勞動強度整體下降，職工的從業(yè)環(huán)境得到改善，收到一定的社會效益。卸清一體化裝置投入使用后，每天可以解放出勞動力6人，原本用工極為緊張的區(qū)隊，人員得到了有效緩解。同時，由于礦車得到了很好的清理，清淤用車次數下降超過30%，系統(tǒng)運行效率得以大幅提升，原本緊張的運輸環(huán)節(jié)得到緩解，每班作業(yè)時間也縮短了約20%。據測算，該礦車卸清一體化裝置投入使用后，每年可節(jié)減開支超過50萬元。因此，該裝置在有類似情況的礦井中有非常好的推廣及應用價值。