賈沖濤

（冀中能源股份有限公司章村礦，河北 邢臺(tái) 054100）

1 研究的背景與意義

隨著社會(huì)科技的進(jìn)步，我國(guó)煤礦逐步向智能化、自動(dòng)化礦井方向發(fā)展，少數(shù)掘進(jìn)工作面實(shí)現(xiàn)了智能化、自動(dòng)化，大多數(shù)采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)，但仍有部分掘進(jìn)工作面受限于地質(zhì)條件，采用炮掘工藝，比例占20%左右。當(dāng)前炮掘工藝僅在設(shè)備上實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、半機(jī)械化，大多工序仍要依靠人工，存在較多安全風(fēng)險(xiǎn)，也影響了掘進(jìn)效率。以章村礦為例，雖然掘進(jìn)工作面大多采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)，但受煤層薄、斷層多等影響，也有部分掘進(jìn)工作面采用炮掘，裝運(yùn)煤矸采用的是側(cè)卸式裝巖機(jī)鏟裝，刮板輸送機(jī)跟頭，外接皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸，每班需要續(xù)接刮板輸送機(jī)，其中包括拆斷刮板輸送機(jī)鏈條、運(yùn)輸溜槽鏈條、機(jī)尾處續(xù)接溜槽、對(duì)接鏈條等工作，風(fēng)險(xiǎn)多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)。因此必須進(jìn)行炮掘工藝革新，解決上述問(wèn)題，才能達(dá)到降低安全風(fēng)險(xiǎn)和勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短循環(huán)作業(yè)時(shí)間，提高工作效率的目的[1]。

2 工程條件

章村礦2下2608運(yùn)料巷掘進(jìn)工作面煤層厚度為1.30m～2.10m，平均厚度為1.70m。巷道走向長(zhǎng)度787m，斷層7 條，其中有較大影響的為3 條。因?yàn)槊簩虞^薄，巷道設(shè)計(jì)斷面為寬×高＝4.0m×2.3m，支護(hù)中錨索外露長(zhǎng)最低要求150mm，巷道實(shí)際使用高度僅為2m，且7 條斷層會(huì)造成巷道不斷起伏。同時(shí)巷道外段276m 為沿空留巷，受采動(dòng)及礦壓影響，寬度最小為3.5m。

3 炮掘工藝革新的具體原因分析

章村礦2 下2608 運(yùn)料巷掘進(jìn)采用炮掘工藝，刮板輸送機(jī)跟頭，后接皮帶輸送機(jī)運(yùn)輸煤矸。上一個(gè)生產(chǎn)班掘進(jìn)后，刮板輸送機(jī)機(jī)尾距離迎頭將達(dá)到5m～7m，有時(shí)甚至達(dá)到10m，如果下一個(gè)生產(chǎn)班不續(xù)接刮板輸送機(jī)，側(cè)卸式裝巖機(jī)鏟裝煤矸時(shí)前后移動(dòng)距離遠(yuǎn)，將嚴(yán)重影響裝運(yùn)效率，因此必須每班進(jìn)行刮板輸送機(jī)續(xù)接工作。續(xù)接刮板輸送機(jī)，包括在機(jī)頭機(jī)尾處2 次拆斷鏈條、前移機(jī)尾、運(yùn)輸溜槽到機(jī)尾處對(duì)接、運(yùn)輸鏈條到機(jī)尾處對(duì)接、機(jī)尾打地錨固定、機(jī)頭處接緊鏈條等工作內(nèi)容，其中包括了拆除接緊鏈條中擠傷風(fēng)險(xiǎn)、抬運(yùn)重物碰傷風(fēng)險(xiǎn)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全風(fēng)險(xiǎn)多，需要至少4 人用時(shí)長(zhǎng)達(dá)1 小時(shí)20 分，嚴(yán)重影響工作效率。

當(dāng)刮板輸送機(jī)續(xù)接長(zhǎng)度達(dá)到運(yùn)輸能力長(zhǎng)度（一般為60m）后，需要將刮板輸送機(jī)除機(jī)尾外全部拆除，在迎頭重新安裝對(duì)接，再將皮帶拆斷，將皮帶機(jī)尾前移到刮板輸送機(jī)機(jī)頭下方，對(duì)接好皮帶架后將皮帶接好。整個(gè)工作流程下來(lái)，至少需要2 個(gè)班時(shí)間，影響正常生產(chǎn)。另外，巖巷掘進(jìn)時(shí)，刮板輸送機(jī)配件損壞較多，更換頻繁。

以上問(wèn)題造成了材料成本和時(shí)間成本的增加。

4 炮掘工藝的革新與應(yīng)用

通過(guò)研究分析，刮板輸送機(jī)跟頭運(yùn)輸是造成材料成本和時(shí)間成本增加的根本原因，如果將刮板輸送機(jī)設(shè)備直接去掉，而采用皮帶輸送機(jī)跟頭運(yùn)輸，則避免了每班拆、運(yùn)、對(duì)接刮輸送機(jī)，以及整體縮短刮板輸送機(jī)、前移皮帶機(jī)尾的工作，只需要每班前移皮帶機(jī)尾即可。生產(chǎn)班內(nèi)實(shí)現(xiàn)每班前移皮帶機(jī)尾，必須達(dá)到兩個(gè)要素：一是皮帶機(jī)尾能夠前移，這需要將皮帶機(jī)尾結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造；二是前移皮帶機(jī)尾的方法要安全省時(shí)省力，這需要?jiǎng)?chuàng)新研究皮帶機(jī)尾前移的方法。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件，經(jīng)分析研究，決定采用側(cè)卸式裝巖機(jī)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)皮帶機(jī)尾進(jìn)行前移，基礎(chǔ)方法確定后，著手對(duì)皮帶機(jī)尾和液壓系統(tǒng)進(jìn)行改造[2]。

4.1 皮帶輸送機(jī)機(jī)尾改造

4.1.1 原皮帶機(jī)尾增加底護(hù)板

原皮帶輸送機(jī)機(jī)尾，每隔一段時(shí)間才向前移動(dòng)較長(zhǎng)的距離，同時(shí)為方便清理積貨浮煤，底部設(shè)計(jì)為架空形式。而當(dāng)每班都要移動(dòng)皮帶機(jī)尾時(shí)，這種結(jié)構(gòu)已不能滿足頻繁移動(dòng)的需求，前移時(shí)，底板浮煤會(huì)在皮帶機(jī)尾下部堆積，產(chǎn)生很大的阻力。為此，在原有皮帶機(jī)尾底部焊接了一塊整體鋼板，阻止底板浮煤進(jìn)入皮帶機(jī)尾，使得皮帶機(jī)尾能夠順利前移。

4.1.2 皮帶機(jī)尾增加前護(hù)板及前移裝置

由于采用炮掘工藝，爆破作業(yè)時(shí)高速飛出的矸石可能對(duì)皮帶機(jī)尾造成損壞，為避免這種情況發(fā)生，特在皮帶機(jī)尾前方增加了護(hù)板，通過(guò)螺栓與皮帶機(jī)尾架連接固定。

與前護(hù)板整體制作的還有前移裝置，其主要作用為內(nèi)部可安裝伸縮油缸，與液壓系統(tǒng)相連，進(jìn)而移動(dòng)皮帶機(jī)尾。

由于前移裝置內(nèi)部要安裝油缸，為保護(hù)油缸，防止油缸被爆破飛出矸石損壞，因此前移裝置也采用厚鋼板制作。在保護(hù)油缸的同時(shí)，也起到保護(hù)皮帶機(jī)尾的作用。在保證內(nèi)部空間的基礎(chǔ)上，為盡量減少重量，因此要制作成斜面狀。從前護(hù)板到末端護(hù)柱又一個(gè)斜切面，目的是方便側(cè)卸式裝巖機(jī)鏟裝煤矸。末端護(hù)柱可以起到減少機(jī)尾前移阻力，保護(hù)巷幫支護(hù)不受破壞的作用。蓋板防止浮貨進(jìn)入前移裝置，方便接入管路和安拆油缸[3]。

4.1.3 前移裝置內(nèi)置油缸

油缸安裝在前移裝置內(nèi)部，固定在特制底座上。液壓管路與油缸連接供液后，油缸伸縮部位可通過(guò)油缸伸縮孔往復(fù)運(yùn)動(dòng)，油缸前端的連接孔通過(guò)40T 鏈條與前方提前打孔安裝的地錨連接，通過(guò)往復(fù)運(yùn)動(dòng)前移皮帶機(jī)尾。

4.1.4 改造后的皮帶機(jī)尾整體效果

通過(guò)原皮帶機(jī)尾進(jìn)行改造，主要為增加底護(hù)板、前護(hù)板、前移裝置等，使得改造的皮帶機(jī)尾結(jié)構(gòu)上能夠適應(yīng)頻繁前移的情況。具體改造后的整體效果如圖1所示。

圖1

圖2

4.2 液壓系統(tǒng)改造

皮帶機(jī)尾改造完成后，在生產(chǎn)過(guò)程中，能夠安全且省時(shí)省力地將皮帶機(jī)尾前移，是需要解決的又一問(wèn)題。按照一般情況來(lái)說(shuō)，應(yīng)采用倒鏈拖拽機(jī)尾進(jìn)行前移，但這種方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且存在操作人員被倒鏈斷裂彈傷的風(fēng)險(xiǎn)。為減少投入和不必要的環(huán)節(jié)，決定從現(xiàn)場(chǎng)條件入手，尋找解決辦法?，F(xiàn)場(chǎng)能夠提供動(dòng)力的包括壓風(fēng)、供水、供電以及側(cè)卸式裝巖機(jī)的液壓系統(tǒng)，通過(guò)比較，壓風(fēng)、供水能夠提供的壓強(qiáng)較小，不能滿足前移皮帶機(jī)尾的需求，供電提供動(dòng)力相對(duì)來(lái)說(shuō)存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，而側(cè)卸式裝巖機(jī)的液壓系統(tǒng)既可提供強(qiáng)大的動(dòng)力，又比較安全，因此決定利用側(cè)卸式裝巖機(jī)的液壓系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)尾的前移，進(jìn)而對(duì)皮帶液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

改造方式，在側(cè)卸式裝巖機(jī)操作閥的履帶液壓馬達(dá)控制閥進(jìn)回液管路上，各增加一個(gè)三通和兩個(gè)截止閥。當(dāng)需要前移皮帶機(jī)尾時(shí)，將皮帶機(jī)尾前移裝置內(nèi)的油缸管路與側(cè)卸式裝巖機(jī)的截止閥進(jìn)行連接，關(guān)閉操作閥通往履帶液壓馬達(dá)的截止閥，開(kāi)啟通往前移裝置內(nèi)油缸的截止閥，通過(guò)操作側(cè)卸式裝巖機(jī)液壓系統(tǒng)的手柄，即可實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)尾前移。皮帶機(jī)尾移好后，關(guān)閉通往前移裝置油缸的截止閥，拆除管路接頭，打開(kāi)通往履帶液壓馬達(dá)的截止閥，側(cè)卸式裝巖機(jī)即可正常使用。通過(guò)以上方式實(shí)現(xiàn)了側(cè)卸式裝巖機(jī)與皮帶機(jī)尾油缸的自由切換和操作。

4.3 皮帶機(jī)尾前移操作流程

生產(chǎn)班到達(dá)工作地點(diǎn)進(jìn)行安全確認(rèn)后，清理皮帶機(jī)尾前方浮煤，在前方打孔安裝地錨1 根，打開(kāi)前移裝置蓋板，將油缸的管路與側(cè)卸式裝巖機(jī)的液壓系統(tǒng)相連，關(guān)閉履帶馬達(dá)方向的截止閥，打開(kāi)油缸方向的截止閥，啟動(dòng)側(cè)卸式裝巖機(jī)液壓系統(tǒng)，使油缸伸出前移裝置，將油缸前端連接孔，通過(guò)40T 鏈條與前方地錨連接，操作閥動(dòng)作，控制油缸伸縮，以實(shí)現(xiàn)皮帶機(jī)尾前移，油缸縮緊后，伸出油缸并拆除去除部分鏈條，再次連接鏈條與油缸連接孔，操作閥動(dòng)作油缸伸縮，皮帶前移。幾次重復(fù)操作后，將皮帶機(jī)尾前移到指定位置。拆除鏈條，油缸收縮拆除管路，恢復(fù)正常液壓系統(tǒng)，將皮帶機(jī)尾通過(guò)鏈條與地錨連接固定牢固。整個(gè)過(guò)程僅需2 人30 分鐘即可完成[4]。

5 效果分析

5.1 材料消耗降低

本方案的實(shí)施，減少了一部刮板輸送機(jī)設(shè)備投入，原來(lái)由刮板輸送機(jī)運(yùn)輸產(chǎn)生的設(shè)備損耗變?yōu)榱?，皮帶運(yùn)輸產(chǎn)生的設(shè)備損耗稍有增加，總體上大大降低了設(shè)備損耗，每月材料損耗相比平均減少了7000 元。

5.2 安全風(fēng)險(xiǎn)降低

不再每班拆運(yùn)對(duì)接刮板輸送機(jī)，大大降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了拆除及對(duì)接刮板輸送機(jī)鏈條、運(yùn)輸溜槽過(guò)程中對(duì)人員的傷害[5]。

5.3 生產(chǎn)效率大大提升

應(yīng)用后減少了循環(huán)作業(yè)時(shí)間。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算，巖巷月進(jìn)尺由83m 提升到102m，提升幅度達(dá)25%；工效由0.059m/工提升為0.087m/工，提升幅度達(dá)47%。半煤巖巷月進(jìn)尺由180m 提升到220m，提升幅度達(dá)22%；工效由0.102m/工提升為0.135m/工，提升幅度達(dá)32%。

6 結(jié)論

本研究根據(jù)煤礦炮掘工作面掘進(jìn)過(guò)程中存在的時(shí)間成本高、材料消耗大、工作效率低的問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的根源為刮板輸送機(jī)跟頭運(yùn)輸，并進(jìn)行了皮帶機(jī)尾跟頭運(yùn)輸?shù)目尚行匝芯?，?duì)皮帶機(jī)尾、側(cè)卸式裝巖機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行了改造，應(yīng)用在生產(chǎn)中后，效果明顯，大大降低了材料消耗，降低了施工人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，提高了掘進(jìn)效率與水平，減少了崗位人員。

炮掘工藝的革新與應(yīng)用，適用于大部分炮掘工作面的條件與環(huán)境，尤其在巖巷炮掘中的應(yīng)用將在材料消耗上更加明顯。