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        多功能巷道修復(fù)機(jī)在工作面順槽維修中的應(yīng)用

        2022-12-09 12:26:48陳綱
        煤炭與化工 2022年10期
        關(guān)鍵詞:礦車輸送機(jī)底板

        陳綱

        (山西華陽新材料科技集團(tuán)機(jī)電設(shè)備管理中心,山西 陽泉 030499)

        1 概 況

        隨著煤礦生產(chǎn)裝備的不斷發(fā)展進(jìn)步,采掘工作面的主要生產(chǎn)工藝如落煤、裝煤、支護(hù)等均已機(jī)械化,實現(xiàn)了高效安全生產(chǎn),并逐步向自動化、智能化方向發(fā)展。但巷道臥底、擴(kuò)幫等一些采掘輔助作業(yè)由于空間的限制仍然以人工為主,機(jī)械化水平較低。近年來,陽煤一礦隨著工作面開采深度和強(qiáng)度的不斷增加,巷道變形尤其是工作面兩順槽變形嚴(yán)重,巷道修復(fù)工程量急劇增加。采用傳統(tǒng)的人工修復(fù)方式,不僅費時費力、效率低下,而且冒頂、掉渣時存在安全隱患。因此,研究使用專用的巷道修復(fù)設(shè)備對煤礦高產(chǎn)高效、安全生產(chǎn)具有重要意義。

        2 巷道地質(zhì)條件

        2.1 工作面布置

        陽煤一礦8304綜采工作面位于+669水平南條帶三采區(qū),所采煤層為15號煤,埋深為448.7~707.2 m,煤層厚度為6.73~5.93 m,平均6.29 m。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

        表1 煤層頂?shù)装鍘r性Table 1 Coal seam roof and floor lithology

        8304工作面東部為三采區(qū)輔助回風(fēng)巷,西部為三采區(qū)大巷,北部為8303工作面采空區(qū),南部為設(shè)計的8306工作面。工作面傾斜長度206 m,走向長度1 535 m,采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤一次采全厚采煤方法。

        工作面兩順槽超前支護(hù)采用的是單體柱+π型梁支護(hù),設(shè)置兩排,支護(hù)距離不少于20 m。

        2.2 巷道變形特征

        8304工作面在回采過程中,兩順槽變形量大,需要對巷道進(jìn)行維修才能滿足生產(chǎn)要求,巷道變形特征主要有以下方面。

        (1)巷道變形劇烈。在工作面前方,巷道失穩(wěn)嚴(yán)重,變形以底鼓和幫鼓為主,根據(jù)觀測,最大底鼓量可達(dá)800~900 mm,幫鼓以回采幫為主,最大可達(dá)600 mm,巷道斷面收縮率達(dá)60%,需要在工作面前方不斷進(jìn)行維修。

        (2)支護(hù)體損壞嚴(yán)重。工作面順槽頂板錨桿等支護(hù)體出現(xiàn)拉斷現(xiàn)象,巷道兩幫錨桿被吸入煤體中,金屬網(wǎng)被扯斷,頂板部分區(qū)域網(wǎng)兜現(xiàn)象嚴(yán)重,存在安全隱患。

        (3)運輸巷變形量大。8304工作面兩順槽的變形具有明顯的區(qū)別,工作面運輸巷變形量顯著大于運料巷,運料輸巷的維修工程量約為運輸巷的70%左右。

        2.3 變形原因分析

        結(jié)合8304工作面的地質(zhì)條件,分析認(rèn)為順槽變形大主要有以下原因。

        (1)超前支承壓力的影響。工作面回采過程中,工作面前方支承壓力重新分布,對巷道圍巖的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響,造成巷道變形劇烈。根據(jù)工作面來壓情況,工作面超前支承壓力的影響范圍約為26~34 m。

        (2)地質(zhì)構(gòu)造的影響。8304工作面總體為一單斜構(gòu)造,圈定的工作面回采范圍內(nèi)有褶曲構(gòu)造2條,斷層7條,地質(zhì)構(gòu)造附近巖層破碎,承載能力差,易發(fā)生劇烈變形。

        (3)頂?shù)装鍘r性。8304工作面的直接頂?shù)装寰鶠槟鄮r,自穩(wěn)能力差,受工作面回采的影響,工作面區(qū)域的底板應(yīng)力向巷道內(nèi)傳遞,由于泥巖的強(qiáng)度較低,因此變形嚴(yán)重。

        (4)采空區(qū)的影響。8304運輸巷靠近8303采空區(qū),受臨近采空區(qū)殘余支承壓力和該工作面超前支承壓力的雙重影響,變形量明顯增大。

        為實現(xiàn)陽煤一礦8304工作面的安全高效生產(chǎn),除了對原有支護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)外,對已經(jīng)發(fā)生的巷道變形也需要及時修復(fù)。傳統(tǒng)的人工修復(fù)方式費時費力,且存在安全隱患。通過分析研究,決定選用WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)對8304工作面已經(jīng)發(fā)生的巷道變形進(jìn)行修復(fù)。

        3 巷道修復(fù)設(shè)備

        3.1 主要技術(shù)參數(shù)

        WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)是針對煤礦巷道維修的一款專用設(shè)備,該設(shè)備集挖掘、破碎、裝載于一體,根據(jù)不同的現(xiàn)場條件安裝不同的裝置即可實現(xiàn)不同的功能,主要應(yīng)用于巷道順槽的臥底、擴(kuò)幫以及大巷的維修等,如圖1所示。

        圖1 巷道修復(fù)機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)Fig.1 Mechanical structure of roadway repairing machine

        WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)尺寸為6 300 mm×1 260 mm×2 240 mm,寬度小,可適應(yīng)不同尺寸的巷道,可根據(jù)不同需要安裝破碎錘、鏟斗等,實現(xiàn)不同的作業(yè)形式,并且該型巷道修復(fù)機(jī)操作簡單,經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可上崗,效率高。該設(shè)備的主要參數(shù)如下:

        3.2 主要組成部分

        WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)主要由工作機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。

        3.2.1 工作機(jī)構(gòu)

        巷道修復(fù)機(jī)的工作機(jī)構(gòu)主要指工作臂,工作臂前端與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連,后端與修復(fù)機(jī)車體相連。WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)工作臂采用可彎曲設(shè)計,由三段組成,可根據(jù)巷道尺寸的變化調(diào)節(jié),避免與錨桿索及巷道壁接觸。工作臂主要由偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、基礎(chǔ)臂、油缸等組成,偏轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可實現(xiàn)機(jī)體的左右擺動,以適應(yīng)不同寬度的巷道;伸縮臂主要實現(xiàn)臂長的改變,適應(yīng)不同高度的巷道。

        3.2.2 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

        巷道修復(fù)機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)巷道進(jìn)行臥底擴(kuò)幫、圍巖破碎以及煤矸裝載等工作。根據(jù)不同的工作需要,可在工作機(jī)構(gòu)上安裝鏟斗、破碎錘、切割機(jī)等。

        3.2.3 行走機(jī)構(gòu)

        WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)采用履帶行走,主要由履帶梁、輪轂系統(tǒng)、馬達(dá)系統(tǒng)等組成。輪轂系統(tǒng)中的引導(dǎo)輪引導(dǎo)履帶按照指定的方向行走,支重輪主要負(fù)責(zé)支撐整個巷道修復(fù)機(jī)的重量,與引導(dǎo)輪共同保證履帶不滑脫。行走機(jī)構(gòu)中安裝有張緊油缸,使履帶維持在一定的張緊度上,防止履帶過緊和過松,過緊則磨損過快,過松則容易脫落,影響生產(chǎn)。

        3.2.4 液壓系統(tǒng)

        WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)液壓系統(tǒng)采用3泵串聯(lián)的方式連接,為工作機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等提供動力,其中2個泵為變量泵,1個泵為定量泵。變量泵采用專門管路,流量獨立控制,可實現(xiàn)對不同機(jī)構(gòu)、不同壓力的精確控制。為防止系統(tǒng)過載,變量泵的最高壓力為20 MPa。

        3.2.5 控制室

        控制室是整個修復(fù)機(jī)的控制中心,修復(fù)機(jī)的所有動作都可以在控制室內(nèi)操作完成。操作室內(nèi)有壓力表、手柄以及安裝架等,壓力表顯示液壓系統(tǒng)變量泵的壓力,手柄用來操作修復(fù)機(jī)完成擺臂、舉臂、回落等不同的動作。

        4 現(xiàn)場應(yīng)用

        4.1 設(shè)備配套方案

        目前常用的巷道維修設(shè)備配套方案有3種。

        (1)巷道修復(fù)機(jī)和礦車。

        該方案中,將巷道臥底及擴(kuò)幫等的出渣直接通過修復(fù)機(jī)送入到礦車中,多節(jié)礦車可實現(xiàn)連續(xù)裝載,該方案需要設(shè)置道岔車場用于倒車,適用于軌道巷,和維修工程量小、出渣量小的巷道。

        (2)巷道修復(fù)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和礦車。

        與上方案相比,該方案增加了轉(zhuǎn)載機(jī),刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)均可作為轉(zhuǎn)載設(shè)備使用。首先利用巷道修復(fù)機(jī)將維修中的煤矸等裝載到轉(zhuǎn)載機(jī)中過渡,然后輸送至礦車中。可以在適當(dāng)位置設(shè)置矸石倉,存儲一定量的煤矸,然后利用耙?guī)r機(jī)運至礦車中,可在一定程度上提高出矸速度。

        (3)巷道修復(fù)機(jī)和膠帶輸送機(jī)。

        該方案可實現(xiàn)連續(xù)出矸,適用于運輸順槽的巷道維修。隨著挖底工作向前進(jìn)行,可以在膠帶輸送機(jī)和修復(fù)機(jī)之間增加轉(zhuǎn)載機(jī),例如刮板輸送機(jī)等,可提高生產(chǎn)效率。

        根據(jù)8304工作面的實際情況,確定選用方案三的設(shè)備配套方案,即在運輸順槽采用修復(fù)機(jī)進(jìn)行挖底,煤矸裝載在膠帶輸送機(jī)上進(jìn)行運輸。

        4.2 施工工序

        8304工作面采用WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)進(jìn)行維修的工藝流程如圖2所示。具體為拆除巷道超前支護(hù)的中排點柱;在修復(fù)機(jī)上安裝截割頭,對巷道進(jìn)行擴(kuò)幫,巷道擴(kuò)幫后及時進(jìn)行支護(hù);如果巷道底板較硬或者有大塊矸石,截割頭難以施工時,更換為破碎錘對巷道進(jìn)行挖底。挖底完成后,將破碎機(jī)更換為鏟斗,將煤矸裝載到膠帶輸送機(jī)上運出。

        圖2 巷道修復(fù)機(jī)施工工藝流程Fig.2 Construction process of roadway repairing machine

        4.3 應(yīng)用效果

        與傳統(tǒng)的人工挖底、擴(kuò)幫相比,8304工作面采用WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)后,巷道修復(fù)效率大大提高,并減少了工作人員數(shù)量。兩種巷 道維修方式的對比見表2。

        表2 不同巷道維修方式的對比Table 2 Comparison of different roadway maintenance methods

        4.4 變形監(jiān)測

        采用巷道修復(fù)機(jī)對巷道進(jìn)行維修后,立即設(shè)置測站對巷道底板和兩幫的變形進(jìn)行監(jiān)測。由于距離工作面較近,觀測持續(xù)時間為一周左右,觀測結(jié)果如圖3所示。觀測結(jié)果表明,巷道變形量明顯減小,最大底鼓量為30 mm,幫鼓量為22 mm。表明巷道修復(fù)機(jī)對巷道圍巖的擾動較小,維修后巷道迅速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài),保證了工作面的正常生產(chǎn)。

        圖3 巷道變形監(jiān)測Fig.3 Roadway deformation monitoring

        5 結(jié) 論

        (1)受工作面超前支承壓力、地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装鍘r性等的影響,陽煤一礦8304工作面順槽變形劇烈,支護(hù)體損壞嚴(yán)重,巷道維修量大,采用傳統(tǒng)的人工維修方式費時費力。

        (2)WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)可根據(jù)不同的現(xiàn)場條件安裝不同的裝置實現(xiàn)挖掘、破碎、裝載等不同的功能,主要應(yīng)用于巷道順槽的臥底、擴(kuò)幫以及大巷的維修等。

        (3)8304運輸巷巷道修復(fù)機(jī)的應(yīng)用表明,WPZ-55/15/1000L型巷道修復(fù)機(jī)能夠適應(yīng)井下復(fù)雜環(huán)境,在短時間內(nèi)即可實現(xiàn)破碎器、切割器和挖斗功能的轉(zhuǎn)換,減少了人工數(shù)量和作業(yè)強(qiáng)度,為工作面大變形順槽的快速修復(fù)工作提供了裝備保障,實現(xiàn)了井下巷道修復(fù)的機(jī)械化作業(yè),經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著,具有推廣應(yīng)用前景。

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