矿井综合排矸系统改造可行性研究

刘小琼,陈 晨

(1.山东钰镪地质资源勘查开发有限责任公司， 山东 泰安市 271000；2.山东省田庄煤矿， 山东 济宁市 272000)

矿井综合排矸系统改造可行性研究

刘小琼1,陈 晨2

(1.山东钰镪地质资源勘查开发有限责任公司， 山东 泰安市 271000；2.山东省田庄煤矿， 山东 济宁市 272000)

矿井综合排矸系统是保证矿井矸石排放需求，实现矿井煤炭生产持续稳定增长的关键环节。针对杨庄煤矿矿井综合排矸系统现状及存在的主要问题，提出了系统改造的具体方案，解决了系统存在的问题，取得了较好的效果。

综合排矸系统；改造；可行性

1 概 况

煤矿在开采过程中产生大量的矸石，通过矿车提升至地面排矸场，排矸场的位置距离提升井较远，可保证足够的容矸量和保护矿区的环境，但是相应的却增加了运输距离和环节。

煤炭设计初期的工作原理是：矸石的排放过程是通过混合井提升至地面，使用电机车轨道运输至地面排矸场。大多数大中型矿井均实现了装卸车机械化，这种模式已经较为先进。但整体环节存在轨道线路长、绞车等小型设备多、周转率低、人员占用多等弊端。

杨庄煤矿于2010年2月对副井口链式推车机操车系统进行改造，改造为CCTB2004型销齿推车机成套操车系统；2010年10月新建矸石山排矸系统，提高了井口操车效率后出现地面运输不畅通的问题，原有系统经常出现绞车钢丝绳断绳、矿车掉道、路面淤泥阻车等现象，严重影响到矿车正常运输和人身安全。

因此，本文通过改造地面排矸系统的薄弱环节，解决了系统存在的问题，创造了明显的经济效益和良好的社会效益。

2 综合排矸系统的研究思路

2011年2月，通过技术革新，推广先进操车技术，形成排矸系统全部自动化、机械化，改造地面轨道运输部分，增加调车机、爬车机，实现轨道运输机械化，从而大大减少工人的劳动强度。改造副井单层罐笼为双层单车罐笼，增加乘人空间，有效缩短提人时间从而相应增加提物时间；合理分配操车工艺，节约单循环提升时间；实现机械运输自动化，减少运输不安全环节和因素；设备代替人员操作减少劳动力。

通过技术手段不断调试、完善、改进，在使用中探索新思路，合理配置操车步骤，从而将操车效率提高到最优状态，节约单循环提升时间，为实现安全高效打下良好的基础，取得了较大经济效益。

3 矿井综合排矸系统的组成

采用机电液自动化技术，实现排矸系统由提升、运输、卸载的自动化应用,最大减少耗能、节省运输环节、节约单循环工效时间、提高矿车周转率。由副井口提升至井口开始，液压推车机装罐，出车后计算矿车自溜长度、轨道曲率半径，使用30 kg/m轨道分别铺设空重车道，在矿车自溜转半圆60 m后，自行停止，此处由液压调车机将矿车由西向东调车89 m后，将该处轨道为水平铺设，调车机以东为13‰的坡度自溜130 m转角半径50 m进入排矸场重车道，由于惯性的作用，矿车完全依靠自溜继续行使100 m进入翻车机。再经过自动翻车机翻转，穿过翻车机后下坡15 m，撞击轨道尽头软碰头，经过单向岔尖反弹滑入排矸场爬车机底部，爬车机继续提升13～25 m长后，呈下坡由东向西滑行交叉空车道，经清车机清理后交叉重车道进入中部爬车机，自行爬车滑入调车机道，实现自动回车，无须人力推车,矿井综合排矸系统见图1。

主要组成：井口推车机、轨道调车机、井口和矸石山爬车机、矸石山变频提升机、排矸场翻车机、双轨液压卸载架、三面翻矸车。

3.1 液压操车机

YTBC6/7型操车设备主要用于各种罐笼提升的矿井井上井下车场装卸载矿车并能单个或成组调运车辆，推爪推矿车碰头，拉爪拉矿车车轴。

图1 矿井综合排矸系统

销齿推车机成套操车设备在罐笼井车场装卸矿车使用，能够实现矿车装罐、卸罐、定位、调运等功能，可以取消列车推车机、进罐阻拉器两台设备，实现一机多用。

销齿推车机成套操车设备包括TB型销齿推车机、YC型摇台、ZC型阻车器、ML型安全门、YBC型销齿推车机成套操车设备集中液压系统、DBC型销齿推车机成套操车设备电控信号装置等部分组成。

3.2 液压调车机

用于水平轨道车辆运输，总体长度89 m，包括液压马达、阻车器、行走小车、牵引钢丝绳、液压站等，一次可以推重载矿车15辆，速度可调，最大1.5 m/s，由一人完成空重车的操作。

通过钢丝绳牵引小车在导轨上往复运行，小推车上的推爪便推送钢轨上的单个矿车或车组前进。为了保证调车机工作时钢绳与摩擦轮之间有足够的摩擦力，设置拉紧轮是非常必要的。推爪重心偏后故其头部总是抬起的，但推爪小车后行推爪碰到车轴时，推爪可绕其小轴转动后又抬起其头。两个推爪小车共用一个驱动装置，则一个推爪小车向罐笼推送矿车的同时，另一个推爪小车向后移动。该调车机的结构简单，安装和维护均较方便。

3.3 爬车机

在矿车自溜的运输线上，为了使矿车恢复因自溜运行而失去的高度，必须采用高度补偿装置。爬车机就是在短距离内将单个矿车推送到较高轨面上去的设备。采用链式电动爬车机设计相应的落差，使车辆在爬车后形成自然坡度顺轨道滑行。根据自然地形和调车场布置以及矿山具体情况进行选择。

3.4 翻车机

矿山企业采用矿车运输煤炭或矸石时，翻车机系统作为高效的卸车设备，被广泛的使用。电动圆形翻车机应用很广，它由旋转笼体、传动装置、传动轮、支持轮、旋转定位器和操纵装置、挡矿板以及机座等主要部分组成。有些翻车机还设有阻车器和矿车清扫器。

电动圆形翻车机的动作原理是：当重矿车进入旋转箱体的轨道上后，便开动电动机，经减速器带动传动轮旋转，利用传动轮与笼体端环间的摩擦力，使笼体回转进行卸载。当笼体回转180°后，矿车内矿物全部卸出，继续转180°，则恢复原位，推入重车，顶出空车，再进行下次翻卸。在出车侧设计反冲装置，避免使用绕道形式而占用空间，结构简单轻巧，该方式值得推广。

3.5 变频提升机

双滚筒提升机，直径为1.6 m，单个滚筒宽度为0.9 m，速度为3～4 m/s，最大静拉力为45 kN，最大静拉力差为30 kN，钢丝绳选用Ф24.5 mm。液压制动。

控制回路采用S7-300PLC与S7-200PLC互相监督，实现双PLC双线控制。所有数字和模拟I/O接口，均采用闭环设计，提取输出信号的返回量，可以全面地实现系统自检报警功能，方便了现场维护，提高了系统的可靠性和自动化程度。上位监控机采用液晶显示屏，西门子原装组态软件，具有工矿显示、运行图形记录、故障报警、安全回路故障显示并记忆功能。选用日本安川变频器，性能优良，质量可靠。系统完全实现数字化控制，具有路程数字给定、数字PID调节器、PLC模拟块输出和KT线圈可靠隔离，彻底避免KT线圈接地造成集成电路烧损的现象。

4 系统显著特点

(1) 通过各部分整合，完成机电液一体化作业，大大提高了生产效率，合理调配操车步骤；

(2) 全部操作地点均实现了机械化；

(3) 利用自然坡度达到车辆自溜的目的，节省功耗；

(4) 操车和调车系统使用电液一体化控制，符合现代工艺设计新理念；

(5) 车辆运输时间大大缩短，提高周转率；

(6) 轨道一律使用30 kg/m以上的轨型，路面全部硬化，提高车辆运行平稳性，增大了安全系数；

(7) 优化操车步骤节约单循环提升时间，提高提升能力。提升、运输能力均实现了最优化控制。

5 系统运行效果

该系统方便了工人上下井，提高了提升效率，加快了矿车周转率，为提高掘进开拓效率打下了良好的基础。合理调整操车步骤后，每班节省人员1名，提高提升能力92勾/d，每年增加提升量30576勾，可以有效增加提升量5.5万t/a。为矿井改扩建和安全生产打下了坚实的基础。

整合后的排矸系统，提高提升运输效率，实现国内领先的机械化排矸系统，完全消除了人员推车带来的不安全因素，具有较高的实用价值和推广前景。

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2014-05-07)

刘小琼(1971-)，女，广东梅县人，工程师，主要从事地质勘查工作，Email：lxq--2005@163.com。