永定庄矿矸石运输系统优化创新与实践研究

郦金钟

（同煤集团永定庄煤业公司运输一区，山西 大同 037024）

永定庄煤业有限责任公司矿井开拓方式采用主斜副立开拓，为单水平开采，采用混合抽出式通风方式，采煤方法为单一长壁后退式，综合机械化采煤，自然垮落法辅以人工放顶管理采空区顶板。当前永定庄矿的矸石处理还是采用国内比较常见的野外填埋模式，因运输系统能力有限，造成了大量的矸石堆积影响到了煤矿的正常开采。本论文提出了以闭环式排矸系统为主核心的矸石运输系统优化方案。系统建成并投入实际应用后矸石运输情况良好，可以给同类型矸石运输系统的优化提供参考。

1 永定庄矿矸石运输系统优化改造的原因分析

永定庄矿的生产能力为200万t/a，排矸量为2138t/d，矸石运输系统是巷道掘进顺利进行的重要保证。煤矿矸石从掘进工作面运进地面排矸场，需要经过运搬工区、运转工区等单位共同完成。运搬工区主要负责水平大巷、采区上（下）山运输任务；综合工区主要负责从北副立井井底到排矸场全岩提升工作；运转工区负责用15#、15-2#副井来提升半煤岩、材料等。根据上述工作范围可知，掘进工区对运搬工区有考评权，运搬工区与综合工区、运转工区之间也存在类似关系。而综合工区和运转工区之间由于职责范围不同，它们之间呈现一种无关的关系，导致运输系统无法衔接。

永定庄矿当前采用1t固定式矿车进行矸石的运输工作，矸石从副井输出后，由电机车运至矸石山，经翻罐笼翻转到翻矸斗后提升至矸石山顶进行翻矸。矸石运输送至翻矸点由8名工作人员进行翻矸操作，加上运输过程中的3名人员，共11名人员负责。钢丝绳在工作中磨损过度，增加了企业的成本。永定庄矿矸石的堆放采用倾倒后自然滚落堆起，自然形成的边坡静安息角为40°，矸石堆放的稳定性差，遇到外界因素容易导致滑坡等安全事故，影响整个煤矿生产的安全与进度。所以当前急需对永定庄矿矸石运输系统进行改造优化，提高其运输能力和安全性。

2 永定庄矿矸石运输系统改造优化方案的设计

根据永定庄矿日排矸量为2138t的现状，综合考虑整个工业区厂房的布置情况，初步设计了两套方案进行选择。

方案一：制作翻矸架将其做为矸石落地的方式。可以制作高位翻矸架，井下的矸石通过提升机运送到地面后，再经过轨道运送到达翻矸点，然后经绞车牵引至高位翻矸架，矸石直接落地进行堆积，当数量达到预定一定规模后再用装载机运出矿区。

方案二：构建一套闭环式排矸系统来进行排矸。在井面上铺设一个环形的轨道，安装翻车机、清车机、爬车机、矿车整形机形成一个闭环式排矸系统。然后将矸石经高位翻矸机翻到运输汽车上运出矿区。

综合考虑到永定庄矿区的厂房区域比较小，布置非常密集，矿区的锅炉房距离矸石堆放点不远。所有工况都表明，矸石点不宜大规模堆放，需要将矸石急时运出矿区，然后进行填沟造田作业，所以永定庄矿区矸石运输系统的优化改造方案采用第二种闭环式排矸系统方案。

永定庄矿区闭环式排矸系统由地面环形轨道、高位翻车机、清车机、矿车整形机、爬车机及电气控制设备等部分组成，其具体的工作运输示意图如图1所示。

图1 永定庄矿区闭环式排矸系统流程图

矿车（矸石）经副井提升机到井面后，采用电机车牵引，通过环形轨道到达翻矸房，液压推车机推至高位翻矸机，矿车旋转110°后矸石落到运输汽车内，运出矿区进行填沟造田作业。通常矿车内还会残留部分泥岩等粘性物质，对翻矸后的矿车进行检查，如果积渣过多就让其经推车机推至清车机进行积渣的清理工作，如果清理过程中矿车发生变形还需要由整形机对其进行整形作业，再送到下一个作业循环当中。利用清车机与爬车机之间坡度，矿车在重力影响下可自动行向爬车机，由其运出来后就可以回到副井井口车场。

3 闭环式排矸系统主要设备的作用及工作原理

3.1 高位翻矸机

高位翻矸机是该闭环式排矸系统的核心设备，主要由翻车架、液压缸、翻车斗等部件组成，见图2所示。

图2 高位翻矸机示意图

高位翻矸机通过电磁阀的动作使液压缸内液压油的传动来实现翻矸。首先，液压马达驱动销齿轮转动，销齿轮拨动链节在滑道内前进，将其传动给拉爪装置并推动装矸矿车前进；推至高位翻矸机下通过阻车器来实验其在高位翻矸机下准确进行停留，按下按钮使液压缸导出压力油，带动翻转油缸动作完成翻矸，若翻矸机转臂无法复位，让复位油缸参加动作，使翻矸机转臂复位，完成整个翻矸动作。

3.2 清车机及圆环链爬车机

清车机在闭环式排矸系统中主要起到清理矿车的作用。其工作原理为：本站提供动力，由升降油缸、推移油缸调整工作机构位置，然后开启升降油缸及挖掘油缸，使铲板沿矿车侧板下降并合拢，进行工作。爬车机主要目的是补偿车辆的势能，工作原理为由带有爬车爪的牵引链，通过传动装置驱动在斜坡道上进行作业。

4 实践应用效果分析

经过2个月的施工改造，永定庄矿闭环式排矸系统顺利完工并投入使用，成功地避免了狭窄厂区因矸石山的存在而导致的生产问题。通过改良，又增加了1台备用高位翻车机，提高翻矸量。该系统应用效果主要表现在：（1）闭环式排矸系统维修保养费用低，排矸效率高。运行6个月时间内，运输系统的设备故障率为零，保障了运输系统的正常工作，降低了因故障维修带来的各项经济损失。（2）闭环式排矸系统去掉了矸石倾倒流程，降低了厂区内因矸石倾倒而导致的噪声污染和粉尘污染，降低了对周围环境的破坏，提高了环保效果。

5 总结

本文以大同煤矿集团永定庄煤矿为研究对象，对其矸石运输系统的不足进行了优化创新设计，并进行了实践应用。实践效果表明，优化改进后的以闭环式排矸系统为主核心的矸石运输系统效果良好，基本可以满足永定庄煤矿的矸石运输工作要求，同时产生了相当的经济效益，提高了环保效果，可以给同类型矸石运输系统的优化提供参考。