楊福禹 趙二會(huì) 王艷立

(兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號煤礦，山東省濟(jì)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(dòng)強(qiáng)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(jì)寧三號煤礦(以下簡稱濟(jì)三礦)開拓及準(zhǔn)備巷道大部分沿煤層布置，錨網(wǎng)噴支護(hù)設(shè)計(jì)，由于該礦輔助運(yùn)輸方式為無軌膠輪車運(yùn)輸，前期巷道內(nèi)安裝掘進(jìn)設(shè)備無法運(yùn)行膠輪車，因此巷道支護(hù)采用先錨網(wǎng)(索)掘進(jìn)、后撤除、再集中噴漿的方法?，F(xiàn)有施工掘進(jìn)進(jìn)尺速度快，掘進(jìn)錨網(wǎng)(索)支護(hù)后，未能及時(shí)噴漿支護(hù)，造成支護(hù)強(qiáng)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(yán)重，時(shí)常出現(xiàn)漏頂片幫現(xiàn)象，造成巷道的維護(hù)成本升高。許多斷面均為掘進(jìn)荒斷面，施工巷道斷面大，造成運(yùn)輸大巷噴漿作業(yè)不及時(shí)，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(yùn)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(jìn)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(yùn)輸、回風(fēng)大巷進(jìn)行快速噴漿施工，改善現(xiàn)有狀況。

2 煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿配套裝備組成

針對濟(jì)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(jī)械化配料、送料、噴漿的流程，主要研究適用于濟(jì)三礦使用的遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)、煤礦用帶式上料機(jī)和噴漿機(jī)械手這3個(gè)設(shè)備。

2.1 遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)

2.1.1 結(jié)構(gòu)組成

PYC6Z型遠(yuǎn)距離無塵化混凝土噴漿機(jī)(以下簡稱噴漿機(jī))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(dòng)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(jī)和馬達(dá)。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(jī)采用全液壓驅(qū)動(dòng)方式，配套的液壓泵站與控制系統(tǒng)提供所需液壓動(dòng)力及手動(dòng)控制。遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)示意圖如圖1所示。

圖1 遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)示意圖

2.1.2 設(shè)備特點(diǎn)

遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)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(jī)的電液驅(qū)動(dòng)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(shí)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(jī)

2.2.1 結(jié)構(gòu)組成

煤礦用帶式上料機(jī)的結(jié)構(gòu)主要包括存儲(chǔ)料倉、取料帶式輸送機(jī)、行走裝置和液壓站4個(gè)部分。載有噴漿料的膠輪車行進(jìn)至存儲(chǔ)料倉后，翻轉(zhuǎn)側(cè)板全部上翻將噴漿料包裹，通過驅(qū)動(dòng)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(chǔ)料倉，經(jīng)由煤礦用帶式上料機(jī)把混凝土送至噴漿機(jī)中。煤礦用帶式上料機(jī)作業(yè)示意圖如圖2所示。

圖2 煤礦用帶式上料機(jī)作業(yè)示意圖

2.2.2 設(shè)備特點(diǎn)

煤礦用帶式上料機(jī)采用成對側(cè)向內(nèi)翻式存儲(chǔ)料倉結(jié)構(gòu)，設(shè)備在存料時(shí)具有較大的寬度，從而使自卸車能方便的倒入存儲(chǔ)料倉內(nèi)卸料，設(shè)備在取料時(shí)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(kuò)展存儲(chǔ)料倉的容積，保證作業(yè)時(shí)噴漿機(jī)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(diǎn)和集中裝料站之間頻繁的轉(zhuǎn)運(yùn)；設(shè)備在非工作和需要轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)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(huì)通行和設(shè)備自身的靈活轉(zhuǎn)運(yùn)。

2.3 噴漿機(jī)械手

2.3.1 結(jié)構(gòu)組成

PJS-60礦用噴漿機(jī)械手主要由行走系統(tǒng)、噴射系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力裝置、電氣系統(tǒng)等部分組成。礦用噴漿機(jī)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(dòng)力裝置；5-電氣系統(tǒng)圖3 礦用噴漿機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意圖

PJS-60礦用噴漿機(jī)械手是適用于煤礦井下噴射混凝土的小型可移動(dòng)式機(jī)械，由防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用全液壓控制。利用履帶行走裝置由行走馬達(dá)、行走減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)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(shí)現(xiàn)混凝土的機(jī)械化噴射作業(yè)，噴射裝置由變幅油缸、伸縮油缸、噴頭擺動(dòng)油缸、噴頭回轉(zhuǎn)油缸、臂架回轉(zhuǎn)馬達(dá)、噴頭刷動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多自由度混凝土噴射，以降低勞動(dòng)強(qiáng)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(diǎn)

行走系統(tǒng)主要由四輪一帶(驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、履帶)、行走減速機(jī)以及底架組成。行走馬達(dá)驅(qū)動(dòng)行走減速機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪和履帶，實(shí)現(xiàn)整車的行走和轉(zhuǎn)向，最終達(dá)到混凝土噴漿機(jī)械手在噴射支護(hù)施工現(xiàn)場小范圍自行移動(dòng)的功能。履帶行走裝置穩(wěn)定性高，通過性能強(qiáng)，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(dòng)油缸、噴頭回轉(zhuǎn)油缸、臂架回轉(zhuǎn)馬達(dá)、噴頭刷動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)噴射臂和噴頭，實(shí)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(dá)驅(qū)動(dòng)回轉(zhuǎn)減速機(jī)帶動(dòng)整個(gè)噴射臂以實(shí)現(xiàn)±55°范圍內(nèi)的回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中設(shè)有機(jī)械限位裝置保證運(yùn)轉(zhuǎn)安全；變幅油缸驅(qū)動(dòng)伸縮臂和噴頭機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)變幅運(yùn)動(dòng)；伸縮臂中安放兩級伸縮油缸，驅(qū)動(dòng)三級伸縮臂的伸縮操作；噴頭機(jī)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)180°擺動(dòng)、360°回轉(zhuǎn)以及噴頭刷動(dòng)功能，自由度較高。

3 應(yīng)用情況

煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿配套裝備在濟(jì)三礦六采西部帶式輸送機(jī)運(yùn)輸巷使用，完成噴漿進(jìn)尺2000 m，實(shí)現(xiàn)最大500 m的遠(yuǎn)距離混凝土噴射。噴漿機(jī)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(yùn)至煤礦用帶式上料機(jī)料倉內(nèi)；工作時(shí)，將料倉內(nèi)的噴漿料連續(xù)、均勻地輸送至遠(yuǎn)距離噴漿機(jī)料斗內(nèi)，在迎頭使用噴漿機(jī)械手代替人工夾持噴槍進(jìn)行自動(dòng)化噴漿作業(yè)。煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿工藝流程如圖4所示。

圖4 煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿工藝流程

4 效益分析

4.1 社會(huì)效益

煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿配套裝備在生產(chǎn)現(xiàn)場應(yīng)用后，實(shí)現(xiàn)了可靠、有效和經(jīng)濟(jì)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(yán)重程度和人數(shù)，每年可節(jié)約礦工個(gè)體防護(hù)、塵肺病治療、防塵管理和技術(shù)專項(xiàng)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(yùn)轉(zhuǎn)，又符合我國建立資源節(jié)約型和諧社會(huì)的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)，因此具有較大的社會(huì)效益。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)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(shí)作業(yè)時(shí)間可大幅度減少，并利用減少時(shí)間從事其它作業(yè)，大大提高了噴漿進(jìn)度。工人的勞動(dòng)生產(chǎn)率可提高10%～15%，以每天每人工資260元計(jì)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(jì)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(jì)算后，使用煤礦全機(jī)械化遠(yuǎn)距離噴漿配套裝備每年可為煤礦帶來較為可觀的經(jīng)濟(jì)效益。