文/朱良嘉 段建平 王彥武

目前，國內(nèi)煤礦井下存在大量的廢舊巷道，具有龐大的矸石充填空間。高效安全靈活拋矸充填，尤其是在短巷道通過井下膠輪車運(yùn)矸轉(zhuǎn)矸非連續(xù)運(yùn)輸方式來進(jìn)行充填，是提升充填效率、解決矸石污染、防止地面沉陷的重要舉措。陜西雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司應(yīng)用上海科煤機(jī)電設(shè)備制造有限公司研制的可應(yīng)用于長短廢舊巷道的拋矸充填設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了將大量的掘進(jìn)矸石在井下回填，取得了良好的實(shí)效，助力了綠色礦山建設(shè)和企業(yè)高效安全生產(chǎn)。

一、研究思路

常見的拋矸充填機(jī)主要適用于長巷道帶式輸送機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)矸拋矸充填，但不適用于短巷道作業(yè)。因此，考慮在矮機(jī)身拋矸充填機(jī)的基礎(chǔ)上，新設(shè)計(jì)獨(dú)立驅(qū)動短上料皮帶，與送料卸載機(jī)構(gòu)（移動機(jī)尾）互換，可解決拋矸充填機(jī)“一機(jī)多用”問題；通過在拋矸充填機(jī)后配套新設(shè)置收料裝載機(jī)，可解決拋矸填充機(jī)破碎、扒裝、上料的問題。此外，由于拋矸充填機(jī)操作臺靠近送料卸載滾筒，加之拋矸過程需噴霧降塵，為改善操作人員的作業(yè)環(huán)境，應(yīng)采用遙控操作，因此，設(shè)計(jì)開發(fā)了視距遙控和遠(yuǎn)程控制、地表監(jiān)控系統(tǒng)，其中視距遙控和遠(yuǎn)程控制應(yīng)均設(shè)有一鍵拋矸功能。

二、拋矸充填方案

1.井下條件

雙龍煤業(yè)現(xiàn)有廢舊巷道工程1.9萬余m，有些巷道支護(hù)完好，有部分巷道變形嚴(yán)重，預(yù)計(jì)可充填30萬m3矸石。雙龍煤業(yè)廢舊巷道斷面有兩種規(guī)格，分別為5.5m×3.5m和4.5m×2.8m，巷道比較平緩。掘進(jìn)矸石塊度為250mm以上的占比20%左右。

2.組合方案

雙龍煤業(yè)井下采用無軌設(shè)備膠輪車運(yùn)矸，針對巷道長短，提出兩種優(yōu)化組合方案：

（1）對于長巷道（≥250m），采用收料裝載機(jī)+可伸縮帶式輸送機(jī)+拋矸充填機(jī)的方案，此時(shí)拋矸充填機(jī)送料卸載機(jī)構(gòu)（移動機(jī)尾）不設(shè)置驅(qū)動，最后40～50m撤去帶式輸送機(jī)，將拋矸充填機(jī)送料卸載機(jī)構(gòu)換上獨(dú)立驅(qū)動上料皮帶，用收料裝載機(jī)+拋矸充填機(jī)方案充填。

（2）對于短巷道（＜250m），采用收料裝載機(jī)+拋矸充填機(jī)方案充填，此時(shí)拋矸充填機(jī)上料機(jī)構(gòu)為獨(dú)立驅(qū)動上料皮帶。

3.遠(yuǎn)程控制方案

（1）遠(yuǎn)程控制要求。

①系統(tǒng)要具備急停、斷信號停機(jī)，即遙控方面具備軟件急停按鈕和相互閉鎖，裝載機(jī)司機(jī)一人同時(shí)控制收料裝載機(jī)和拋矸充填機(jī)。

②在遙控器和遠(yuǎn)程操作臺上要預(yù)留硬件急停按鈕。當(dāng)遙控器和拋矸充填機(jī)的無線信號處于斷開狀態(tài)時(shí)，設(shè)備報(bào)警停機(jī)；當(dāng)信號自動恢復(fù)時(shí)，無操作指令不得開機(jī)。

③遙控和就地操作要有明顯的斷開點(diǎn)或其他措施，要確保就地檢修的安全。

④視距遙控和視頻遙控要有一鍵自主拋矸功能，即以程序控制拋矸皮帶的左右、上下擺動，左右不能碰到巷道兩幫（依靠距離傳感器），向上擺動不能碰巷道頂板（依靠位移傳感器）。

⑤裝載機(jī)和拋矸充填機(jī)、拋矸充填機(jī)和帶式輸送機(jī)之間不允許有控制線，要靠基站傳輸數(shù)據(jù)和信號。

（2）系統(tǒng)組成。拋矸充填機(jī)的遠(yuǎn)程控制包括視距遙控、井下遠(yuǎn)程視頻控制和地表遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控。其中，視距遙控由傳感器、遙控器、接收器和電磁閥組等組成；井下遠(yuǎn)程視頻控制由傳感器、攝像儀、光端機(jī)、基站、遠(yuǎn)控平臺、接收器和電磁閥組等組成；地表遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控由攝像頭、監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等組成。

三、拋矸充填設(shè)備介紹

1.拋矸充填機(jī)

（1）拋矸充填機(jī)特點(diǎn)。一是拋矸皮帶采用液壓滾筒，拋矸速度為0～3.6m/s，可調(diào)節(jié)，拋矸效果好，使用壽命長。二是采用變量泵液壓系統(tǒng)，負(fù)載敏感比例閥，先導(dǎo)手柄或電液控控制，操作簡單，可靠性高。三是拋矸皮帶在不移機(jī)的狀態(tài)下，通過伸縮油缸可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)極限狀態(tài)拋矸充填，具有升降、回轉(zhuǎn)、伸縮、推平功能，推進(jìn)力大，能夠保證巷道的全方位充填。四是送料卸載機(jī)構(gòu)與獨(dú)立驅(qū)動上料皮帶可互換，具有調(diào)平、調(diào)斜、調(diào)偏、調(diào)高的功能，適應(yīng)巷道底板起伏變化。五是設(shè)有甲烷、壓力、液位、溫度、位移、距離和人員靠近報(bào)警等傳感器和防爆攝像儀，可近控手動、視距遙控、視頻遠(yuǎn)控和一鍵自主拋矸。

（2）結(jié)構(gòu)與原理。

①總體結(jié)構(gòu)。由送料卸載、拋射皮帶、行走三大機(jī)構(gòu)和液壓、噴霧、電氣三大系統(tǒng)組成，通過底架總成調(diào)平機(jī)構(gòu)，調(diào)偏架、回轉(zhuǎn)工作臺，將各執(zhí)行機(jī)構(gòu)有機(jī)組合于一體，并設(shè)有后支撐，以增加機(jī)器的穩(wěn)定性。

②工作原理。拋矸充填機(jī)以800mm帶寬帶式輸送機(jī)為運(yùn)輸工具。800mm帶寬帶式輸送機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，機(jī)頭位于巷道口，作為受料端；機(jī)尾位于巷道內(nèi)，作為卸料端。拋矸機(jī)的卸載滾筒組代替800mm帶寬帶式輸送機(jī)的機(jī)尾，與800mm帶寬帶式輸送機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)H架采用間隙銜接。800mm帶寬帶式輸送機(jī)將矸石運(yùn)到拋矸充填機(jī)的卸載滾筒，卸載滾筒再將其卸到拋矸皮帶上，拋填到巷道。當(dāng)前面填滿后，拋矸充填機(jī)向后退移一個(gè)步距，這時(shí)帶式輸送機(jī)儲帶與自動脹緊裝置能將松弛的800mm帶寬帶式輸送機(jī)自動脹緊。通過調(diào)偏、調(diào)向、水平調(diào)整和前后調(diào)整，能使卸載滾筒始終與800mm帶寬帶式輸送機(jī)的機(jī)頭驅(qū)動滾筒保持軸線平行。

拋矸皮帶架后下部的兩個(gè)支撐耳與回轉(zhuǎn)工作臺臺面上的兩耳相聯(lián)，豎板上的兩耳與升降油缸的上端聯(lián)接。拋矸皮帶前部設(shè)有推平器、中部設(shè)有伸縮油缸，具有伸縮和推擠功能。當(dāng)收料裝載機(jī)直接給拋矸充填機(jī)上料時(shí)，拋矸充填機(jī)送料卸載機(jī)構(gòu)換上獨(dú)立驅(qū)動上料皮帶，收料裝載機(jī)收料到刮板輸送機(jī)再轉(zhuǎn)載到拋矸充填機(jī)上料皮帶，由上料皮帶卸載到拋矸皮帶，拋矸皮帶左右上下擺動，將矸石填滿巷道。

2.收料裝載機(jī)

（1）設(shè)備組成。收料裝載機(jī)由星輪鏟板、工作臂、刮板輸送機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、本體和液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、水系統(tǒng)等組成，在成熟掘進(jìn)機(jī)基礎(chǔ)上去掉截割臂，換上帶扒斗和破碎錘的多節(jié)工作臂，矮巷道用三節(jié)臂、高巷道用兩節(jié)臂。

（2）收料裝載機(jī)特點(diǎn)。一是刮板機(jī)采用滾子鏈直刮板機(jī)，深入鏟板內(nèi)，邊雙鏈設(shè)計(jì)，矸石不卡鏈，刮板機(jī)卸載端高度可調(diào)。二是采用星輪鏟板，上料均勻，鏟板兩側(cè)邊緣有擋矸板，可滿足連續(xù)轉(zhuǎn)矸，減輕司機(jī)操作強(qiáng)度。三是工作臂扒斗與破碎錘一體化設(shè)計(jì)，采用三節(jié)臂方案，增大扒取范圍，適應(yīng)矮巷道工作環(huán)境，破碎錘工作時(shí)伸出、不工作時(shí)收回，使用簡便。四是采用成熟行走機(jī)構(gòu)，牽引力大，能實(shí)現(xiàn)邊鏟邊裝，可靠性高。五是液壓油采用風(fēng)冷/水冷散熱，噴霧降塵。六是采用變量泵液壓系統(tǒng)，負(fù)載敏感比例閥，先導(dǎo)手柄控制。

四、井下工業(yè)性試用

選擇雙龍煤業(yè)井下西北舊回風(fēng)巷三條巷道做試驗(yàn)，第一條巷道長150m，斷面4.5m×2.5m；第二條巷道長100m，斷面4.5m×2.5m，中間有聯(lián)巷；第三條巷道長380m，斷面5.5m×3.5m。兩端往聯(lián)巷后退式拋矸充填，第一、第二條巷道充填時(shí)，由于巷道矮，用鏟斗裝載機(jī)轉(zhuǎn)矸，收料裝載機(jī)扒渣上料，先把特大塊矸石挑選出來，用鏟斗裝載機(jī)單獨(dú)運(yùn)到充填工作面兩側(cè)。

拋矸充填機(jī)加裝了視頻遙控遠(yuǎn)控系統(tǒng)，克服了井下安裝調(diào)試的難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了視距遙控、視頻遙控和地表監(jiān)控。遙控器和視頻遠(yuǎn)控平臺上設(shè)有一鍵拋矸功能鍵，通過拋矸充填機(jī)拋射皮帶前方左右側(cè)雷達(dá)傳感器和油缸上的位移傳感器實(shí)現(xiàn)程序化左右上下擺動，實(shí)現(xiàn)了收料裝載司機(jī)一人操控收料裝載機(jī)和拋矸機(jī)。在拋矸充填機(jī)后方設(shè)有人員靠近傳感器，實(shí)現(xiàn)了人員靠近報(bào)警；通過AI攝像頭可發(fā)現(xiàn)異常人員靠近，進(jìn)而強(qiáng)制干預(yù)停電停機(jī)，實(shí)現(xiàn)了地表監(jiān)控。

在試驗(yàn)中，由于加大了拋矸皮帶前部推平器的推進(jìn)力（18t）和推鏟面積，推擠效果較好，結(jié)頂率可達(dá)98%以上。由于拋矸速度可調(diào)，拋矸適應(yīng)能力強(qiáng)，拋矸液壓滾筒運(yùn)行穩(wěn)定，達(dá)到了高可靠性的目的。

智能化拋矸充填設(shè)備在雙龍煤業(yè)使用了7個(gè)多月，每天可充填矸石150m3，已充填5條巷道、巷道長度1100多m，累計(jì)充填矸石23129m3，拋矸充填達(dá)效果到了預(yù)期。