楊育波

（山西沁和能源集團有限公司南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

南凹寺煤業(yè)井下工作面掘進過程中，因出料運輸系統(tǒng)需要，出料設(shè)備常布置于風門處，需要穿過風門墻，如果設(shè)備安裝不嚴密，會出現(xiàn)漏風現(xiàn)象，風流調(diào)節(jié)機制受限[1-2]。特別是巖巷掘進過程中，運輸系統(tǒng)采用刮板輸送機出料，由于設(shè)備自身安裝嚴密性不足，造成漏風進一步加劇，且刮板輸送機使用中極易發(fā)生故障，維修期內(nèi)致使生產(chǎn)效率降低，維修成本急劇增加。基于漏風嚴重、設(shè)備固定及可變成本增加、生產(chǎn)效率受影響嚴重等問題，對井下運輸系統(tǒng)進行改良優(yōu)化。

1 刮板輸送機穿風門墻弊端

1.1 降低調(diào)節(jié)風量

南凹寺煤業(yè)采掘工作面多，通風系統(tǒng)復(fù)雜，井下設(shè)備陳舊，風流調(diào)節(jié)機制無法實現(xiàn)風量優(yōu)化配置，造成現(xiàn)有井下通風系統(tǒng)無法滿足工作面需求風量。作為風流主要調(diào)整設(shè)施的風門，由于刮板輸送機在出料過程中要穿過風門墻，形成輸送通道，出料運輸過程中無法保證通風密閉性，風量損失加劇，使得風流調(diào)節(jié)效率進一步降低[3]。

1.2 設(shè)備自身不足

（1）鏈條壽命縮短

設(shè)備運行時間過長導(dǎo)致鏈條使用疲勞，磨損變形嚴重，刮板槽與鏈條匹配度降低，出料過程中小矸石易嵌入間隙中，造成鏈條緊繃卡死，進一步縮短鏈條有效使用期限，甚至會出現(xiàn)斷鏈事故[4]。

（2）鏈條飄滑嚴重

溜槽槽幫經(jīng)長時間磨損，溜槽無法有效卡住鏈條，再加上刮板缺失，使得鏈條發(fā)生滑鏈和飄鏈。若鏈條附近有人員經(jīng)過，易導(dǎo)致人身安全事故。

（3）鏈條跳鏈頻率高

溜槽經(jīng)過長時間磨損，其平直度不再精準，在小矸石影響下，分鏈器無法保證鏈輪咬住鏈條，跳鏈頻率增多。

（4）電動機超負荷損壞

當鏈條發(fā)生卡鏈以及溜槽夾矸事故，導(dǎo)致刮板輸送機無法正常運行時，若使設(shè)備強行高負荷運行，或頻繁啟停設(shè)備，最終導(dǎo)致電動機燒毀。

（5）出料效率低

由于刮板輸送機設(shè)備自身特點，在出料時受阻力較大，且阻力與長度成正比，降低運輸系統(tǒng)整體效率。

1.3 設(shè)備運行成本高

南凹寺煤業(yè)掘進工作面現(xiàn)有刮板輸送機40 臺，以每套設(shè)備單價27 萬元算，依據(jù)過往設(shè)備維修費用臺賬資料數(shù)據(jù)，平均每年每套設(shè)備維修成本可達10.78 萬元，約占總價40%。以第一年設(shè)備使用狀態(tài)計算，忽略由于設(shè)備檢修而發(fā)放的檢修工工資，以及自然危害對設(shè)備損壞而產(chǎn)生的維修費用額外增加，單套設(shè)備每天需3 人輪班操作，每人工資、績效、獎金等平均以每月6000 元計，單月人工支付共計1.8萬元，即年人工支付為21.6 萬元，單套設(shè)備第一年至少投入總費用為59.4 萬元。

2 風門改造優(yōu)化

2.1 防風流逆流裝置

防風流逆流裝置如圖1。整套裝置由4 部分結(jié)構(gòu)組件組成，其中1、3 結(jié)構(gòu)部分分別對應(yīng)于2、4結(jié)構(gòu)部分，各為一組部件，各組對應(yīng)部分結(jié)構(gòu)相同，兩組部件一組布置于風門墻體進風側(cè)，另一組布置于回風側(cè)，整套裝置協(xié)作控制風流逆流。

圖1 防風流逆流裝置示意圖（m）

2.1.1 結(jié)構(gòu)部分1-3 組加工工藝

（1）主體結(jié)構(gòu)。利用50 mm×50 mm×5 mm角鋼將5 mm 厚鋼板焊接成為主體結(jié)構(gòu)，焊接完成后主體結(jié)構(gòu)尺寸為1.1 m×0.5 m×1.0 m。

（2）防逆風結(jié)構(gòu)。防逆風結(jié)構(gòu)采用廢舊皮帶內(nèi)襯鋼板形式，整體形狀制成扇形，扇形部分弧度參照主皮帶弧度，保證出料工藝順利進行基礎(chǔ)上，在逆風方向起到防逆風作用，另一端采用夾板與螺絲固定，增強防逆風整體結(jié)構(gòu)抗壓能力。

（3）夾板結(jié)構(gòu)。采用一塊0.54 m×0.02 m 開孔鋼板與長0.54 m 的DN20 鋼管焊接而成。

（4）轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)。利用DN15 鋼管撬動主體預(yù)留孔洞及DN20 鋼管，組成轉(zhuǎn)動連接結(jié)構(gòu)。

（5）托輥結(jié)構(gòu)。為便于安裝皮帶托輥，皮帶托輥卡槽焊接于距主體結(jié)構(gòu)底部0.2 m 處。

（6）固定結(jié)構(gòu)。距結(jié)構(gòu)主體底部上向0.67 m處與2 根長0.5 m 短節(jié)皮帶縱梁焊接，可與主皮帶縱梁固定。便于使用0.1 m 開孔角鋼對風門墻上防風流逆流裝置進行二次固定，可將2 根開孔角鋼布置于裝置結(jié)構(gòu)主體上部及側(cè)部。

2.1.2 結(jié)構(gòu)部分2-4 組加工工藝

防逆風結(jié)構(gòu)：材質(zhì)僅采用廢舊皮帶進行加工，無需鋼板內(nèi)襯。加工成型后，扇形與主皮帶弧度相匹配，切割成單段2～3 cm 長的簾狀。其余結(jié)構(gòu)部分與1～3 組加工工藝相同。

2.2 帶式輸送機優(yōu)點

（1）運距長。帶式輸送機相較于刮板輸送機在運距性能上占據(jù)絕對優(yōu)勢。南凹寺煤業(yè)帶式輸送機運距最遠可達2000 m 以上，并且在運輸能力上也高于刮板輸送機。

（2）持續(xù)作業(yè)。帶式輸送機可實現(xiàn)連續(xù)出料，出料過程平穩(wěn)，撒料較少，更易實現(xiàn)自動化智能控制，提高運輸效率。

（3）能耗少。由帶式輸送機自身特點，在出料過程中，上下皮帶都以托輥進行支撐，部件間摩擦阻力較小，相較于刮板輸送機阻力可降低約20%，降低能源消耗，日常設(shè)備維護工作簡單。設(shè)備保護系統(tǒng)完善，有效保障帶式輸送機正常運轉(zhuǎn)。

（4）成本低。帶式輸送機采用的是將主皮帶直接穿過風墻，由此可節(jié)省刮板輸送機多余設(shè)備及其附屬崗位人員費用，且?guī)捷斔蜋C運行穩(wěn)定，機具磨損小，維護保養(yǎng)費用低[5-6]。

2.3 主帶式輸送機運輸工藝

南凹寺煤業(yè)3 采區(qū)運輸下山掘進工作面運輸系統(tǒng)共采用5 部輸送機進行出料，其中第3 部為刮板輸送機，運距為60 m。依據(jù)運輸線路布置，該刮板輸送機要穿過帶式輸送機尾部車場風門墻，與后續(xù)帶式輸送機相連。第2 部設(shè)備為帶式輸送機，本次采用取締第3 部刮板輸送機方式，精簡輸送機數(shù)量，以第2 部帶式輸送機直接穿過帶式輸送機尾部車場風門墻，使帶式輸送機運距達到260 m。

在該風門墻處安裝防風流逆流裝置，結(jié)構(gòu)部分1～3 組布置于風門墻進風側(cè)，2～4 組布置于回風側(cè)。為防止漏風，裝置與墻體間縫隙用水泥砂漿或者填縫劑填滿，使風門墻處于密閉空間。若使帶式輸送機穩(wěn)定運行，裝置與主皮帶連接時，應(yīng)預(yù)制0.5 m縱梁，輔以H 架調(diào)整膠帶通過對應(yīng)通道，使其處于平直狀態(tài)。

3 應(yīng)用效果分析

（1）優(yōu)化崗位配置

南凹寺煤業(yè)秉持著“智能化、無人化、高效化”的智能發(fā)展理念，不僅最大限度提高生產(chǎn)技術(shù)水平，還要減少無用崗位及固定崗位的設(shè)置。之前采用刮板輸送機時，需要穿風墻運輸，相應(yīng)增加1 個固定崗位和相關(guān)維修崗位，與礦山發(fā)展理念不符。裝置使用后，與之相關(guān)崗位均可取消，實現(xiàn)崗位精簡配置。

（2）增加有效通風量

由于南凹寺煤業(yè)初始為小煤礦，前期掘進不規(guī)范施工，導(dǎo)致通風系統(tǒng)復(fù)雜，風阻大，流經(jīng)路徑曲折，各工作面風量分配不足，風量損失嚴重。前期通過調(diào)節(jié)主扇扇葉角度來增加總風量，導(dǎo)致主扇風險增加。使用帶式輸送機穿過風門墻增設(shè)防風流逆流裝置后，提高風流密閉性，減少風量損失。

（3）能源消耗低

通過對刮板輸送機運轉(zhuǎn)功率消耗測定，即使維持其基本運轉(zhuǎn)，也會消耗總功率30%以上，且消耗占比與延設(shè)距離成正比。與之相比，帶式輸送機在同等條件下消耗功率占刮板輸送機20%～30%。

（4）運行穩(wěn)定

當工作面遇到斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造時，需運矸石，刮板輸送機穿風門墻工藝弊端越發(fā)明顯。3采區(qū)運輸下山掘進工作面在2020 年3 月16 日遇上斷距3 m 以上正斷層，全巖掘進，矸石量激增，最終導(dǎo)致刮板輸送機故障率劇增。后經(jīng)改為帶式輸送機直穿風門墻后，運輸系統(tǒng)運行一直安全穩(wěn)定，工作面掘進進度得以保障。

（5）節(jié)約成本

與帶式輸送機比較，刮板輸送機在穿風門墻時，要多設(shè)置一整套設(shè)備，加上相關(guān)崗位，成本投入會增加。另外，刮板輸送機機件之間磨損較大，日常維護及維修費用較高。經(jīng)過改善后，帶式輸送機運行穩(wěn)定，崗位精簡，固定成本和可變成本投入均減少。

4 結(jié)論

通過對出料設(shè)備改裝，以及對設(shè)計方案進行可行性論證，在南凹寺煤業(yè)掘進工作面應(yīng)用且設(shè)備運行穩(wěn)定。運行結(jié)果顯示設(shè)備維修成本大大降低，風門墻密閉性良好，風流調(diào)節(jié)效率提高，滿足工作面風量要求，保障井下運輸系統(tǒng)高效運行，大大節(jié)約固定及可變成本，為相關(guān)礦井提供參考。