煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備研究

楊福禹 趙二會 王艷立

(兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦，山東省濟寧市，272169)

1 概況

隨著國家對煤礦安全生產和粉塵治理要求的不斷提高，現有噴漿工藝中采用的井下人工攪拌和上料方式不僅存在勞動強度高和粉塵濃度大等問題，而且存在噴漿面質量差和危害職工的身體健康等問題。

兗州煤業股份有限公司濟寧三號煤礦(以下簡稱濟三礦)開拓及準備巷道大部分沿煤層布置，錨網噴支護設計，由于該礦輔助運輸方式為無軌膠輪車運輸，前期巷道內安裝掘進設備無法運行膠輪車，因此巷道支護采用先錨網(索)掘進、后撤除、再集中噴漿的方法。現有施工掘進進尺速度快，掘進錨網(索)支護后，未能及時噴漿支護，造成支護強度降低，影響礦井巷道的服務年限，特別是回風巷道空氣濕度大，金屬網銹蝕嚴重，時常出現漏頂片幫現象，造成巷道的維護成本升高。許多斷面均為掘進荒斷面，施工巷道斷面大，造成運輸大巷噴漿作業不及時，礦井的質量標準化形象變差。目前待噴漿單條巷道長度較長(1500 m以上)，輔助運輸、回風大巷待噴漿巷道近13000 m，消耗噴漿材料近20000 m3，后續巷道還在不斷掘進開拓，巷道待噴漿量大，噴漿任務極其繁重。因此，急需對礦井的運輸、回風大巷進行快速噴漿施工，改善現有狀況。

2 煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備組成

針對濟三礦巷道環境、現有噴漿技術和裝備條件，提出無軌巷道機械化配料、送料、噴漿的流程，主要研究適用于濟三礦使用的遠距離噴漿機、煤礦用帶式上料機和噴漿機械手這3個設備。

2.1 遠距離噴漿機

2.1.1 結構組成

PYC6Z型遠距離無塵化混凝土噴漿機(以下簡稱噴漿機)主要由行走裝置、料斗、錐形給料裝置、噴射系統、液壓泵站、氣路系統、潤滑系統及除塵器構成。設備的所有零部件均固定在行走裝置上；行走裝置由履帶底盤、底板焊接件等構成；噴射系統的驅動部分固定在行走裝置上，噴射系統主要包括送料腔、葉片輪、減速機和馬達。送料腔上固定有錐形給料裝置和料斗，通過錐形給料裝置的定量錐形轉子的旋轉將物料送入到送料腔內，再通過葉片輪的旋轉將物料在風壓的作用下將物料輸送出去。噴射機采用全液壓驅動方式，配套的液壓泵站與控制系統提供所需液壓動力及手動控制。遠距離噴漿機示意圖如圖1所示。

圖1 遠距離噴漿機示意圖

2.1.2 設備特點

遠距離噴漿機采用多料杯小料腔，采用風載噴漿料，喂料腔內足夠的物料供給以及持續不斷的壓縮空氣保證無脈沖稀薄流輸送直至噴槍頭。噴漿機的電液驅動可以通過調整料腔盤轉速，保證噴漿量的無級調節。喂料腔的卸料分配器可靠保證壓力腔的密封，保證設備工作環境的絕對無塵化，同時避免壓縮空氣的泄壓。簡單的分配器自調節系統保證磨損部件的低磨損和長壽命。

2.2 煤礦用帶式上料機

2.2.1 結構組成

煤礦用帶式上料機的結構主要包括存儲料倉、取料帶式輸送機、行走裝置和液壓站4個部分。載有噴漿料的膠輪車行進至存儲料倉后，翻轉側板全部上翻將噴漿料包裹，通過驅動滾筒的作用在輸送膠帶上加入速凝劑，一起把噴漿料輸出存儲料倉，經由煤礦用帶式上料機把混凝土送至噴漿機中。煤礦用帶式上料機作業示意圖如圖2所示。

圖2 煤礦用帶式上料機作業示意圖

2.2.2 設備特點

煤礦用帶式上料機采用成對側向內翻式存儲料倉結構，設備在存料時具有較大的寬度，從而使自卸車能方便的倒入存儲料倉內卸料，設備在取料時可向上翻轉斗將噴漿料全部排空；設備可通過適當增加翻轉斗數量的方式有效擴展存儲料倉的容積，保證作業時噴漿機的連續工作；設備在階段性的噴漿施工周期內相對固定，無需在噴漿施工作業點和集中裝料站之間頻繁的轉運；設備在非工作和需要轉運時可向上翻轉斗減小寬度，便于狹小巷道內另一側其他車輛的交會通行和設備自身的靈活轉運。

2.3 噴漿機械手

2.3.1 結構組成

PJS-60礦用噴漿機械手主要由行走系統、噴射系統、液壓系統、動力裝置、電氣系統等部分組成。礦用噴漿機械手結構示意圖如圖3所示。

1-行走系統；2-噴射系統；3-液壓系統；4-動力裝置；5-電氣系統圖3 礦用噴漿機械手結構示意圖

PJS-60礦用噴漿機械手是適用于煤礦井下噴射混凝土的小型可移動式機械，由防爆電機驅動，采用全液壓控制。利用履帶行走裝置由行走馬達、行走減速機驅動，可實現在噴射施工現場小范圍的自行走。利用噴射裝置可實現混凝土的機械化噴射作業，噴射裝置由變幅油缸、伸縮油缸、噴頭擺動油缸、噴頭回轉油缸、臂架回轉馬達、噴頭刷動馬達驅動實現多自由度混凝土噴射，以降低勞動強度、改善施工環境、提高工作效率和施工質量。

2.3.2 設備特點

行走系統主要由四輪一帶(驅動輪、導向輪、支重輪、托輪、履帶)、行走減速機以及底架組成。行走馬達驅動行走減速機帶動驅動輪和履帶，實現整車的行走和轉向，最終達到混凝土噴漿機械手在噴射支護施工現場小范圍自行移動的功能。履帶行走裝置穩定性高，通過性能強，可以很好地適應施工現場復雜的路面條件。噴射裝置由變幅油缸、伸縮油缸、噴頭擺動油缸、噴頭回轉油缸、臂架回轉馬達、噴頭刷動馬達驅動噴射臂和噴頭，實現多自由度混凝土噴射，混凝土噴射均勻且回彈率低，噴射質量有保證。臂架回轉馬達驅動回轉減速機帶動整個噴射臂以實現±55°范圍內的回轉，回轉機構中設有機械限位裝置保證運轉安全；變幅油缸驅動伸縮臂和噴頭機構實現變幅運動；伸縮臂中安放兩級伸縮油缸，驅動三級伸縮臂的伸縮操作；噴頭機構可實現180°擺動、360°回轉以及噴頭刷動功能，自由度較高。

3 應用情況

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在濟三礦六采西部帶式輸送機運輸巷使用，完成噴漿進尺2000 m，實現最大500 m的遠距離混凝土噴射。噴漿機處粉塵含量控制在6 mg/m3以內，作業人員可站在距噴射面5～10 m的位置遙控操作，工作環境較為舒適。其工藝流程為：攪拌均勻的物料用防爆膠輪車運至煤礦用帶式上料機料倉內；工作時，將料倉內的噴漿料連續、均勻地輸送至遠距離噴漿機料斗內，在迎頭使用噴漿機械手代替人工夾持噴槍進行自動化噴漿作業。煤礦全機械化遠距離噴漿工藝流程如圖4所示。

圖4 煤礦全機械化遠距離噴漿工藝流程

4 效益分析

4.1 社會效益

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在生產現場應用后，實現了可靠、有效和經濟的噴漿作業系統，有效降低了井下職工矽肺病的發病嚴重程度和人數，每年可節約礦工個體防護、塵肺病治療、防塵管理和技術專項資金數十萬元。既能為井下職工創造良好的工作環境，保證礦井高效運轉，又符合我國建立資源節約型和諧社會的現實目標，因此具有較大的社會效益。

4.2 經濟效益

煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備在生產現場應用后，每班節省4人，同時作業時間可大幅度減少，并利用減少時間從事其它作業，大大提高了噴漿進度。工人的勞動生產率可提高10%～15%，以每天每人工資260元計算，則每月節省工資約3.22萬元，每年節省工資約39萬元。按每天噴漿量為32方料、每方料成本約為100元計算，則每天噴漿料成本約為3200元，由于噴射過程中混凝土的回彈量反彈率由35%降至10%，則每天節省噴漿料成本約為800元，每年節省約29萬元。綜合計算后，使用煤礦全機械化遠距離噴漿配套裝備每年可為煤礦帶來較為可觀的經濟效益。