岩巷综掘快速成巷柔性排矸系统探究

董润民

（山西焦煤西山煤电西曲矿，山西 古交 030200）

引言

目前煤炭开采作业过程中各种先进技术及设备的应用，虽然加快了开采速度，但采掘衔接问题愈加严重化，其中岩巷综掘工艺的出现和应用让上述问题得到有效解决。从实际应用情况来看，矸石运输能力较差是该工艺主要存在的缺点，如何改进岩巷综掘快速成巷柔性排矸系统，是现阶段需要考虑的问题。

1 对比分析现有排矸工艺应用效果

为了实现排矸与掘进两种工艺在煤炭开采作业中同时进行，通过提升掘进机的耙装能力，将矸石装载设备从钻爆掘进工艺中排除，对提升巷道掘进速度有一定作用。排矸工艺受到整个工艺系统改变影响，不得不按照其要求进行对应调整，其中掘进机、矿车、转载机等是岩巷综掘掘进工艺应用过程中主要辅助排矸作业开展的关键设备，通过将这几种设备组成不同应用组合，可满足多种岩巷综掘排矸作业需要[1]。

从现有岩巷综掘排矸作业线形成情况来看，以结构特点来划分，可将其划分为两大类别：一是作业线未配备临时储矸仓，该条作业线由掘进机、转载机、胶带输送车以及矿车等其他主要设备构成，也被称之为刚性排矸系统。以串联作业方式对系统中每个环节进行连接，该连接方式在一定程度上有利于加强刚性排矸系统中各个组成环节牢固性，保证整个工艺系统在应用时具有较高可靠性，减少故障发生。若某一环节发生故障，或存在衔接不恰当情况，则会导致整个作业线停止运行，巷道掘进效率受到影响，同时也会降低该系统可靠性。

二是作业线已配备临时储矸仓。两类作业线相比较，第二种则是将设备组合中的矿车换成了临时储矸仓与耙斗机，也被称之为柔性排矸系统。作业线在储矸仓支持下，可将柔性排矸系统划分为3 个单元(仓前运输、仓后运输、储矸仓)用于矸石排出。当仓后运输单元存在故障问题时，作业线中引入的临时储矸仓可协助仓后运输单元进行调度，起到缓冲效果；当仓前运输单元存在故障问题时，发挥临时储矸仓缓冲功能作用，可为仓后系统正常运行提供保障，增强排矸系统可靠性。岩巷综掘排矸作业线参考如图1 所示。

图1 岩巷综掘排矸作业线

2 影响柔性排矸系统可靠性的因素

刚性排矸系统是岩巷掘进作业中最早主要采用的排矸工艺，科学技术水平的提高为柔性排矸系统在岩巷掘进中广泛性应用提供了良好条件。从应用效果方面来看，虽然相较于刚性排矸系统，后者具有明显应用优势，但在实际作业中应用，仍有诸多因素干扰柔性排矸系统功能作用发挥，其影响因素具体表现在以下几方面：

第一，设备匹配。因现阶段岩巷掘进排矸作业线普遍具有较高机械化水平，作业线中所涉及到的机械设备型号选择非常重要，其中所选择设备与排矸工艺不匹配是较为常见的现象，不仅对整个工艺系统功能作用发挥有着较大影响，在一定程度上也会导致产能降低。当掘进机切割岩石的能力高于运输能力时，则会导致大量矸石在工业面堆积，掘进机效率必然受到影响，矸石堆积过多则会导致整个作业线停止运行；当掘进机切割能力低于运输能力，则会降低设备利用率，间接造成现有资源被闲置与浪费。

第二，由几种主要运输设备构成柔性排矸系统，当系统中各组成环节衔接不恰当，必然对运输能力造成影响。以转载装置和输送机二者衔接为例，当衔接不流畅这一情况出现时，将会导致落矸点升高，胶带极易被高空落下的矸石砸坏，促使胶带无法在原有轨道上运转，同时产生较多粉尘，继而影响岩巷掘进作业安全。

第三，柔性排矸系统实际应用过程中，可根据作业现场空间，建造符合该作业空间条件的临时储矸设施，作业通风、储存容量等要求均可满足，其运输效率也能得到保证。但由于目前针对临时储矸设施的建造标准未作出明确规定，在实际建造过程中，频繁出现设计容量与储矸仓结构不合理等情况，使得柔性排矸系统可靠性在实际应用过程中难以保证[2]。

第四，处于长期运行状态中的柔性排矸系统，发生故障属于必然现象，这属于设备正常磨损而引发的系统故障；其余故障的发生与机械设计缺陷、人为操作不当等有着密切关联，均会直接影响柔性排矸系统可靠性。

3 柔性排矸系统改造建议

为了实现岩巷综掘快速成巷，提升柔性排矸系统可靠性，针对该系统改造，具体可从以下几个方面着手：

首先，合理选择设备型号。设备选型过程中，相关人员应考虑生产能力、设备经济性以及可靠性等因素，如掘进机的切割能力应与运输机的运输能力相匹配，能够有效规避作业中胶带被砸坏等情况出现。在经济条件允许的前提下，尽可能引进国内外先进技术对原有技术装备进行改进，并选择具有高性能、高精度的技术装备，既能提升系统可靠性，又能满足岩巷掘进作业等各项要求。

其次，通过上述对影响柔性排矸系统可靠性的因素分析，针对系统中设备的优化要特别注意以下两点。一是保证运输设备的衔接环节足够流畅。根据系统实际应用情况，选择合适的技术手段改造设备，以降低设备故障发生几率，方便后期维修为改造原则，最大程度上确保改造后的运输设备衔接具有良好流畅性，从根本上保障运输能力不受其影响。二是要求相关人员根据巷道掘进作业空间范围、断面尺寸、矸石停放时间等要求合理合规增设临时储矸仓，确保储矸仓容量与结构设计合理性，满足作业要求。鉴于井下作业空间有限，为精准计算临时储矸仓容量，可将有限作业空间充分利用。例如，当挡矸墙高度超过1.5 m 时，可选择卧式储矸仓，能够最大程度上扩大其容量，并将临时储矸仓尾部根据现场空间布局，设置成缓坡形态，其坡度最高不得超过20°，其目的为后续耙装提供方便。储矸量计算公式为V=μnsl，其中，临时储矸仓容量为V，m3；矸石堆积系数为μ，取值1.5；掘进循环次数为n；巷道掘进毛断面为s，m2；巷道循环进尺为l，m。根据作业空间内部各项参数，精准计算临时储矸仓容量，可保证临时储矸仓功能作用最大限度发挥。为避免储矸仓挡矸墙塌落，可选择具有一定强度的材料用于制作储矸仓挡矸墙，同时紧固储矸仓挡矸墙底部，增强临时储矸仓实用性。改造后储矸仓内部示意参考见图2。

图2 改造后储矸仓内部示意图

最后，针对柔性排矸系统后期维护，为减少故障发生以及提升系统可靠性，需要重点加强对设备故障诊断效率，及时处理故障问题，降低故障发生对系统可靠性带来的负面影响，开展常规日常检查工作的同时，也要定期开展全面性检查工作，特别是极易发生故障的部位，需要给予高度重视，并要求维修人员严格按照相关流程进行操作，维修期间做好相关记录，为后期系统故障诊断提供参考依据，确保故障维修效率，柔性排矸系统可靠性得到有效增强。

4 结语

相较于刚性排矸系统，柔性排矸系统的可靠性明显高于前者，为了实现岩巷综掘快速成巷目的，对影响柔性排矸系统可靠性的因素进行深入分析，根据分析结果，在此基础上对其进行优化和改造，以此来提升岩巷掘进效率，从而使得整个排矸工艺系统具有较高可靠性，并为后期维修提供方便。