板集煤矿地面排矸系统设计改造与应用
摘 要：板集煤矿工程技术人员结合矿井建设实际，结合现有资源，对轨道运输线路进行调整和优化，改变之前的排矸方式，对原排矸系统进行了设计改造和创新，打破传统的地面排矸方式，形成一个新型的地面排矸系统，经过近期使用，在安全管理、人力资源配置和经济效益上达到了很好的效果体现。
关键词：排矸系统;永久翻车机;带式输送机;设计改造
前言
板集煤矿行政区划隶属安徽省利辛县胡集镇管辖，设计生产能力为3.0Mt/a，2006年开工建设，2008年4月份进入井下巷道硐室施工，2009年4月18日副井井筒发生透水涌沙灾害，矿井建设进入治水复矿阶段。随着治水复矿工程取得不断进展，即将全面进入井下巷道清淤及巷道掘进施工，风井、主井投入罐笼提升，井下巷道充填的淤沙及今后巷道掘进的矸石需要大量排到地面。副井透水前，地面排矸系统主要采用1#、2#两个临时高位翻车系统配合装载车拉运的方式进行排矸，该系统作为矿井建设前期地面临时排矸系统使用(后期安装投入运用永久翻车机排矸系统)，其工作流程为主井、风井提升出的矸石矿车由电机车牵引运输到1#、2#高位翻车系统，再由1#、2#高位翻车机房内的JD-25调度绞车将矸石矿车沿着长30m、坡度20°的斜坡轨道提升至翻车机内卸载，卸载下的矸石由装载车接收并拉运至矸石场地卡放，再用铲车推平堆放，从而完成地面矸石排放工作，该排矸系统存在诸多弊端，操作工序较为复杂、繁锁，不安全因素较多，需要大量的人力和物力，而目前运输人力资源补充不足，另一方面随着国家对企业环保工作要求及矿井矸石综合利用日益增强，形成地面矸石山，新建传统的翻矸系统已不合时宜，因此改变传统排矸方式，对原有的排矸系统进行改造和设计优化，能够达到减人提效，开发矿井建设技术经济一体化，保障矿井运输安全，降低矿井建设成本。
一、地面排矸系统设计改造及实施技术方案
改变传统的矸石山盘架头，由提升机牵引三面翻矸车至矸石山架头的地面排矸方式，对原有的地面排矸系统进行改造和设计，利用已安装完的永久翻车机，对地面运输轨道线路进行调整和优化，改变主井、风井原矸石运输轨道线路方向，即将原主井、风井至1#和2#临时高位翻车机的轨道线路改到永久翻车机，在永久翻车机下口地道至矸石场地安装一台DSJ100/80/2×125带式输送机，取代原设计由矸石山提升机牵引三面翻矸车至矸石山架头，将翻车机载卸的矸石直接拉运到矸石场地堆放，再用铲车将矸石推平转移或由货车运往他用。同时，保留原有的1#和2#两个高位临时翻车系统，在永久翻车机或带式输送机发生故障长时间影响排矸时投入使用1#或2#临时翻车系统。设计改造后的排矸系统也可作为矿井建设后期副井矸石提升排矸使用。
1.1 主井、风井运输轨道线路调整和优化
1.1.1 风井运输轨道线路调整
前期使用1#和2#临时翻车机排矸系统，原风井出矸轨道线路直接进入1#和2#临时翻车机翻矸系统，未进入永久翻车机排矸系统，因此将风井出矸轨道线路与永久翻车机进车轨道线路相连接，从而完成风井至永久翻车机的运输线路。
1.1.2 永久翻车机出车轨道线路优化
从永久翻车机卸载后的矿车要分别运往主井和风井，两个方向运输线路要共用一段出车轨道，另外风井运往永久翻车机的矸石矿车也要使用这一轨道，势必造成该出车轨道拥挤和冲突，而运往风井空车皮还需此轨道线路上调车，直接影响运输效率，为此需将压滤车间西侧的出车轨道用曲线段直接与风井运输轨道线路相连接，形成过渡轨道，以达到风井空车皮供给运输时不需调车头，缓减永久翻车机出车轨道段运输拥挤冲突的压力。
1.2 永久翻车机调车系统设计安装
主、风井矸石重车进入永久翻车机轨道是双轨，若用电机车将矸石重车抵向翻车机的推车系统，电机车需在两路轨道上交替抵车，影响来自风井矸石车辆运输，另一方面电机车抵车要往复通过路口形成安全隐患，且抵车效率低，因此需在路口北侧的翻车机进车轨道上安装调车系统，以化解上述难题即在进入翻车机推车系统东侧安装一台JD-11.4调度绞车，使两路轨道上矸石矿车均能拉向永久翻车机的推车系统。
1.3 永久翻车机下带式输送机设计安装
在永久翻车机下地道至矸石堆料场地安装一台伸缩带式输送机，机身全长176m，取代原设计的提升机机牵引三面翻矸车卸矸，该皮带机的特点可根据带式输送机机头卸料堆积场地承受的范围可自由延长皮带机，从而减少铲车转运矸石工作量。
1.3.1 带式输送机安装角度的调整
永久翻车机下地道坡度为20°，长35m，根据皮带输送井下巷道泥沙及矸石物料特点，将带式输送机机尾安装倾斜角度改为14°，即将皮带机尾抬高2500mm，减少皮带输送物料的下滑力，避免运行的物料滑向皮带机尾造成物料堆积。设计安装的带式输送机机尾段58m为14°的倾斜坡度，中间段52m为水平，为能在皮带机头堆卸较多物料及便于铲车转移物料，将皮带机头抬高5m，形成66m长约4°的倾斜坡度。
1.3.2 带式输送机机尾下料溜槽改造
由于皮带机的.中心线向东移动，翻车机下方的溜槽口中心与皮带机中心偏离200mm，下料溜槽口尺寸为1100mm×1200mm，而皮带机带面宽为1000mm，因此需将下料溜槽口缩小为1100mm×700mm，并将下料溜槽顺着皮带运行方向向前倾斜75°，延长500mm，使改造后的下料溜槽口中心与皮带机中心一致，以减轻翻卸物料对皮带的冲击和影响皮带运行跑偏。溜槽的闸板采用气动换向阀控制，该阀不可调控，即打开阀时闸板便为最大排料口，为控制溜槽下来的物料量过大而积压机尾皮带，将原气动换向阀改用液压支架操纵片阀控制，该阀可有效地控制闸板开启程度，使溜槽的排放量与皮带的输送量相对应。
二、 地面排矸系统改造前后技术比较
2.1 新系统排矸能力提高
永久翻车机为双车摘钩电动翻车机，翻车次数为2次/分，生产率为1137t/h，每日按2h检修时间计算，翻车机进出车用时和其它时间扣除12h，翻车机每日运行10h，每日可翻车2400辆，翻矸11370t，原主井、风井提升绞车每日共提升矸石矿车在650―800车之间，使用的矿车为MGC1.7-9固定式矿车，每车矸石重约2.6t，按主井、风井日提升矸石矿车最大数量800车计算，主井、风井日提升矸石重量为2080t，可以看出永久翻车机翻矸量远远大于主、风井提矸量，而永久翻车机下方安装的伸缩带式输送机，带面宽为1m，输送量为800t/h，按带式输送机每日运行10h计算，每日输送量为8000t，也远远大于主、风井提矸量和永久翻车机翻矸量，因此改造后的翻矸系统不仅能满足主、风井提矸需求，而且翻矸和排矸能力能力极大提高。
2.2 简化工序，保障安全
1#和2#临时高位翻车系统排矸，需使用调度绞车将矸石矿车沿着长30m、坡度18°的斜坡提升到翻车机内卸载，由于排矸工作的连续性，需要绞车频繁地往复提升下放矿车，斜坡安全防护设施得不到很好地运用，而绞车频繁提升和下放矿车也需要把钩工频繁地摘挂钩，安全管理难度增大，同时担负接收装运矸石的装载车需将矸石运往矸石堆料场地卡放，而运往矸石堆料场路段有6°坡度，雨雪冰冻天气对车辆运输有一定的安全危险。使用永久翻车机排矸系统只是在翻车机调车系统中使用调度绞车，一次可拉8-10辆矿车，且是水平拉运，同时配合推车系统，无需频繁的绞车提升操作和人工摘挂钩操作，另翻车机下方使用带式输送机运输堆放矸石，无需装载车运输矸石这一环节，排矸系统工序得到极大简化，安全管理了得到了可靠保障。
2.3 排矸劳动强度降低、效率提高
原1#和2#临时高位翻车系统使用时，若电机车抵车不及时，高位翻车机斜坡下方给矸石矿车挂钩时，需用人工将矿车推到调度绞车钩头处挂车，而翻车机内卸完的矿车也需用人工将其拉出，劳动强度较大，高位翻车机正下方的矸石仓较小，若接收矸石的装载车不及时，矸石仓就会很快装满导致翻车机停运，翻矸效率较低。使用永久翻车机翻矸系统不需人工推运矿车，且翻矸连续，具有劳动强度低、生产效率高的特点。
三、地面排矸系统应用情况及实施效果
新的排矸系统于2014年1月20日完成安装工作， 25日进入排矸试运行，带式输送机在使用初期，皮带局部存在跑偏现象，为此在皮带尾部和中部的皮带架两边各安装一对防跑偏托辊，有效地扼制了皮带跑偏现象，同时在皮带机尾安装3m长的挡板，避免皮带尾撒料现象，经过一系列完善工作，带式输送机的使用比较平稳。从矸石车辆的调车、翻矸、输送、堆料各个环节岗位，共设置6人，满足排矸设备操作人员的需要。当前井下生产能力，每日提升矸石车辆在400车左右，结合地面运输轨道线路优化，车场设置合理，新的地面排矸系统足以满足井下排矸需要，且在人力、物力应用和安全管理上，效果将更为显著。
四、经济效益、社会效益分析
使用新的排矸系统，人力资源得到了很好的节省。使用1#、2#临时高位翻车系统排矸，每个翻车系统每班(三・八工作时制)需配置小绞车司机1人，高位翻车机上口信号工1人，翻车工1人，下口信号工、把钩工各一人，装运汽车司机1人，每个临时翻车系统每班共需配置6人，正常生产时1#、2#临时高位翻车系统均投入使用，矸石山铲车司机每班需配置1人，每班共需配置13人。投入使用永久翻车机排矸系统排矸，每班需配置翻车工1人、小绞车司机1人、把钩工1人、皮带机机尾信号工1人、皮带机司机1人，铲车司机1人，共6人，比使用1#、2#临时高位翻车系统排矸每班减少7人，三班可减少21人(不包括替休班人员)，在煤矿人力资源紧缺的今天，节省人员就是最大的社会效益。在使用1#和2#临时高位翻车系统排矸，每台翻车机下方都需要一辆装载车接收卸载的矸石。投入使用永久翻车机排矸系统后可省去装载车辆运输环节，每年节省装载车辆运输费用240多万元，同时节省人力资源21人，每年可节约人工费用约100多万元，而带式输送机及供电设备为矿库存设备，带式输送机基础钢架结构材料为矿废旧钢材，生产成本较低，投入使用永久翻车机排矸系统每年可节省340多万元。
五、结束语
板集煤矿结合矿井建设实际，对地面排矸系统进行深入研究和优化，大胆创新和设计，改变传统排矸方式，利用现有资源，改变之前的排矸模式，同时取代原设计由矸石山提升机牵引三面翻矸车排矸的方式，不仅提高排矸效率，每年可节省340多万元，而且改善了现场安全管理，人力资源得到极大优化，矿井技术经济一体化建设得到了很好的体现。
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