梭式礦車在綜掘工作面高效掘進中的應用

丁希陽 楊 飛 李召元

（1.山東濟礦魯能煤電股份有限公司陽城煤礦，山東 濟寧 272000；2.汶上義橋煤礦有限責任公司，山東 濟寧 272000）

綜掘工藝因掘進高效和連續(xù)運輸而普遍應用于煤礦掘進工作面。在綜掘工作面施工掘進期間，使用掘進機橋式轉載機和若干部帶式輸送機聯(lián)合搭配外運煤矸石。綜掘工作面地質構造帶或煤矸外運系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，綜掘工藝的高效掘進優(yōu)勢和連續(xù)運輸能力難以實現(xiàn)。汶上義橋煤礦有限責任公司通過在3309 工作面軌道順槽帶式輸送機和集中帶式輸送機之間搭接梭式礦車外運掘進工作面煤矸，提供煤矸儲存緩沖空間，保障了綜掘工藝的連續(xù)運輸效能[1-5]，有力提高了綜掘工作面掘進工效。

1 綜掘工作面概況

1）3309 工作面軌道順槽設計長度約1200 m，沿底板托頂煤掘進，煤層平均傾角18°。結合相鄰工作面斷層揭露情況和地質資料分析，該順槽地質條件極為復雜，掘進期間受巖漿巖侵蝕區(qū)影響，將至少揭露13 條斷層，即平均掘進90 m 將揭露一條斷層。過地質構造帶期間為保證煤質需進行煤矸分運，受煤矸分運影響將嚴重制約高效掘進。

2）掘進期間使用EBZ260A 型掘進機破煤巖，每小班循環(huán)進尺為2 m。巷道斷面為矩形，巷道荒寬5000 mm，荒高3700 mm，每循環(huán)產生煤矸約37 m3。

2 安裝梭式礦車前綜掘工作面情況

1）掘進機截割破落的煤矸石，通過掘進機一運、二運、3309 工作面軌道順槽帶式輸送機和三采區(qū)膠帶下山強力帶式輸送機外運至三采區(qū)煤倉。

2）3309 工作面軌道順槽掘進工作面與同采區(qū)綜放工作面共用一部強力帶式輸送機，煤矸均運往三采區(qū)煤倉。受煤倉儲存量限制，在煤倉滿倉或外路皮帶故障的情況下，由于無法外運或儲存掘進工作面截割破落煤矸，掘進工作面只能暫停截割掘進。

3）由于頻繁揭露斷層，當掘進工作面矸石超過斷面的2/3 時，為保證煤質，需與同采區(qū)綜放工作面煤矸分運，此時只有綜放工作面檢修或不生產時，掘進工作面才能組織掘進，制約掘進提質提效較為嚴重。

4）由于外路運輸系統(tǒng)限制性因素較多，無法滿足綜掘工藝的連續(xù)運輸性能，3309 工作面軌道順槽掘進工作面并未達到高效掘進的目的。綜合托頂煤、過斷層等復雜的地質條件因素，揭露斷層時日進尺不足4 m，平均日進尺6 m，月均進尺180 m。

3 安裝梭式礦車后綜掘工作面情況

3.1 梭式礦車的性能

SSD25 型梭式礦車可實現(xiàn)裝料、儲存、出碴工作的流水連續(xù)作業(yè)，頂端和側向均可卸料，安設在順槽皮帶和強力皮帶之間，外路運輸系統(tǒng)正常時可實現(xiàn)連續(xù)運輸。在煤倉滿倉、煤矸分運或外路系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，梭式礦車可作為儲矸倉臨時性儲存煤矸，保障掘進工作面掘進的連續(xù)性，從而提高了綜掘工作面掘進工效。梭式礦車性能參數(shù)見表1。

表1 梭式礦車性能參數(shù)表

3.2 梭式礦車的主體結構

1）梭式礦車的主體結構主要包含牽引桿、刮板傳動裝置、車廂、轉向架、電氣控制系統(tǒng)等五大部件。

2）刮板傳動裝置由雙驅動電動機、高速級鏈傳動、行星減速器、低速級雙排鏈傳動等部件組成，其中高速級鏈傳動比i1=51/16=3.187 5，低速級鏈傳動比i2=37/13=2.846 2，總傳動比i=277.88。

3）所使用的梭車車廂，為便于安裝運輸，分為前、中、后三段，在每段車廂的上口邊沿處焊制鏈接四個專用起吊的圓環(huán)。同時，在運輸或起吊安裝時為防止車廂因受側向壓力而變形，需在車廂中部安設撐桿。

通常情況下，大型設備設施需在搭接位置處直接安裝，為減少對掘進提效活動和生產組織的影響，先在3309 工作面軌道順槽皮帶機頭一側進行整體組裝，試機運行正常后再吊移至搭接區(qū)段，一定程度上實現(xiàn)組裝與生產平行作業(yè)。

3.2.1 安裝前準備工作

1）在安裝位置巷道頂板或幫部成對施工起吊錨桿，起吊錨桿深入圍巖的深度不得小于1600 mm，每根錨桿的拉拔力不得小于100 kN。

2）在安裝地點設置至少兩組防爆照明，確保作業(yè)現(xiàn)場有充足的照明。

3）準備8 t 卸扣4 個，10 t 和5 t 手拉葫蘆各1個，Φ18 mm×64 mm 圓環(huán)鏈若干，卸扣及連接環(huán)使用10.9 級高強螺栓連接。起吊錨桿必須成對打設，使用雙錨桿、掛雙索具進行起吊作業(yè)，起吊作業(yè)時必須使用雙螺母。

4）組裝試機正常后，再將3309 工作面軌道順槽帶式輸送機和三采區(qū)膠帶下山強力帶式輸送機帶空后停電閉鎖并掛牌管理，為挪移帶式輸送機機頭和搭接安裝做好準備工作。

3.2.2 梭式礦車安裝方法

1）根據(jù)搭接位置在車廂底部擺放枕木，并將前后車廂墊平、調正、校直，找正后用配套螺栓將連接板與前、后車廂對孔連接。使用10 t 手拉葫蘆將梭車主體吊起，通過Φ18 mm×64 mm 圓環(huán)鏈和卸扣將梭車主體機構吊裝在已施工的起吊錨桿上，再用5 t 手拉葫蘆對梭車主體機構進行微調。

2）使用圓環(huán)鏈和卸扣將前后車廂組裝、鎖緊和固定牢靠后，將轉向架以及橫梁架一并吊移至車體下方，按照限位孔與車體對接緊密牢固。

3）組裝刮板輸送機運輸鏈條和刮板時，需將兩側鏈條按間距擺成兩列，鏈條孔孔相對，刮板底面向上兩端卡入鏈條圓孔之中，以鏈的形式放置在箱體前端的鏈板處，刮板鏈通過鋼絲繩伸向車廂另一端，使用氣動單軌吊機車牽引鋼絲繩，在托鏈板內隨牽引隨安裝刮板。

4）各類部件組裝完畢后試機運行，之后在搭接處后移帶式輸送機機頭，找準3309 工作面軌道順槽皮帶中心線和垂直線，使用氣動單軌吊機車同10 t 手拉葫蘆配合，將梭式礦車側向挪移至搭接處，按中心線和垂直線調正、校直，固定牢固，確保梭車主體機構與3309 工作面軌道順槽帶式輸送機保持一條直線不跑偏，同時控制梭車卸載滾筒與三采區(qū)膠帶下山皮帶的卸載距離為0.5～1 m。

3.2.3 梭式礦車的使用

1）先啟動梭式礦車再逐級啟動帶式輸送機和掘進機，開機前先對梭式礦車整體狀況進行檢查，確定各部件牢固可靠后方可開機。

2）掘進工作面為矸石時，為避免對梭式礦車造成過大沖擊，需在順槽與梭式礦車搭接處設置緩沖導料槽。

3）運行期間不斷觀察刮板鏈運行情況，出現(xiàn)脫扣、斜扣現(xiàn)象時要立即停止順槽皮帶運行，梭車礦車內煤矸排凈后停機進行處理。

4）使用結束停機閉鎖后，對刮板鏈進行徹底清理，以防矸石黏結堵塞刮板行進通道。

3.2.4 應用效果分析

1）梭式礦車使用地錨固定，整體車箱無縱向移動，依靠車箱內部刮板輸送機向機頭輸送、緩存矸石，即利用梭式礦車作緩沖倉，實現(xiàn)掘進工作面煤矸分時分運及煤流主運輸中斷后，最大程度減少對綜掘工作面正常工作影響。

2）傳統(tǒng)的掘進工作面出煤矸和煤流系統(tǒng)運輸方式，不具備煤矸儲存功能，掘進期間因皮帶運輸系統(tǒng)出現(xiàn)問題和揭露地質構造帶而煤矸分運，掘進工作面煤矸無法外運，月均影響7 個掘進班次，安裝梭式礦車后可有效緩存掘進工作面煤矸，將皮帶系統(tǒng)故障影響和過地質構造帶影響降為最低，月均增加進尺18 m。

3）相較于相鄰工作面，通過施工臨時儲矸倉解決工作面煤矸緩存的問題，施工臨時儲矸倉安裝耙裝機工程量大，平均用時11 個班次，增加無效巷道工程，而安裝梭式礦車只需要影響掘進3 個班次，可節(jié)約工時8 個班次。因此無論是從工序精簡高效還是經濟效益等方面考慮，安裝梭式礦車搭接實現(xiàn)儲存和連續(xù)出煤矸是最為可行的措施。

4）梭式礦車具有環(huán)保、結構簡單、外運煤矸效率高、容積大、操作簡便及工人勞動強度低等優(yōu)勢，可有效解決因間斷運輸困難而影響掘進提效的難題。梭式礦車車廂內裝有刮板運輸機，可自動裝卸煤矸，帶式輸送機可持續(xù)向梭式礦車車廂內裝載煤矸，底部的刮板運輸機再將煤矸帶出梭式礦車，實現(xiàn)自動卸矸。相較于多部皮帶搭接對工種的需求而言，通過安裝梭式礦車每班可減少2 名工種人員，人工工效提高10%以上，同時可以儲存矸石緩解運輸壓力，有效解決煤流系統(tǒng)連續(xù)出煤的難題，從而提高了掘進效率。

4 安全風險辨識

4.1 辨識評估

1）由業(yè)務部門采用直接經驗分析法和作業(yè)條件危險性評價法相結合的模式組織安全風險辨識和評估，梭式礦車應用安全風險辨識重點是對人員培訓、安全措施、應用環(huán)境、現(xiàn)場動態(tài)操作等方面開展辨識評估，共辨識出安全風險三大類11 小項，梭式礦車應用期間無較大風險和重大風險。經辨識評估，搭接梭式礦車應用時存在安全風險11 項，其中運輸類安全風險等級為低風險1項；機電（觸電）類風險等級為一般風險1 項，低風險2 項；機電（機械傷害）類低風險4 項，一般風險3 項。

2）采用作業(yè)條件危險性分析法，風險分析包含三個評價因素：事故發(fā)生的可能性L、事故產生的后果C和暴露危險條件的頻繁程度E。風險評價采用公式D=L×E×C來計算風險大小。對事故發(fā)生的可能性L、人體暴露在危險環(huán)境中的頻繁程度E、一旦發(fā)生事故會造成的損失后果C分別分為若干等級，并賦予相應分值。風險程度D為三者的乘積，D≥320 時為重大風險，160 ≤D＜320 時為較大風險，70 ≤D＜160 時為一般風險，D＜70時為低風險。針對梭式礦車應用的特定作業(yè)條件，恰當選取L、E、C的值，根據(jù)相乘后的積確定風險程度D的級別。安全風險評估結果見表2。

表2 梭式礦車應用安全風險評估清單

4.2 管控措施

針對辨識評估出的11 項安全風險，結合培訓方面、措施制定方面、現(xiàn)場管理方面、動態(tài)操作方面的實際情況制定了針對性管控措施。

1）設備運輸前必須封車牢固，采取好防護措施，防止設備掉落和設備損壞。施工人員必須持證上崗，嚴禁非電氣設備操作人員操作電氣設備。

2）施工期間，搭接電源必須執(zhí)行好停電、驗電、放電、下接地、掛牌制度。

3）電源搭接時，必須執(zhí)行好旁站制度。提前對梭式礦車操作人員進行培訓，考試合格后，嚴格按操作規(guī)程進行操作。

4）梭式礦車在現(xiàn)場組裝期間，要認真檢查好起吊點牢固情況或起吊用具完好情況，人員站位必須保證安全，確認一切安全后，方可進行起吊作業(yè)。

5）梭式礦車轉動部位必須采取防護措施，防止轉動部位傷人的風險。梭式礦車底座必須使用地錨固定牢固，每節(jié)車箱使用不少于2 根地錨固定。

6）梭式礦車在開機前，操作人員必須提前預警，進行安全確認，確認安全后再開機。梭式礦車在運行前，對系統(tǒng)管線全面檢查，執(zhí)行好檢修制度。

5 結語

汶上義橋煤礦有限責任公司通過在綜掘工作面煤矸外運系統(tǒng)中安設梭式礦車，在后路運輸系統(tǒng)出現(xiàn)故障、煤倉滿倉或者煤矸分運無法保障掘進工作面外運煤矸時，梭式礦車可以發(fā)揮儲存功能，能夠滿足巷道掘進與煤矸外運量緩存的要求，形成連續(xù)運輸系統(tǒng)，實現(xiàn)了綜掘工作面截割破煤矸與裝載運輸不間斷的施工目標，保障了綜掘工作面的正規(guī)循環(huán)率，有效緩解了生產組織和煤矸運輸?shù)膲毫?，進而提高了綜掘工作面單進水平，日進尺由原來的6 m增加到8 m，過地質構造帶期間日進尺由4 m 提高到6 m，掘進工效提高25%，為復雜地質條件下的掘進工作面提高掘進工效提供了創(chuàng)新性的實踐經驗。