矸石充填工作面运矸皮带机尾部适应性改造.pdf

第46 卷第8 期2023年8 月机电与自动化研石充填工作面运皮带机尾部适应性改造煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.8Aug.2023高浦（冀中能源股份有限公司邢东矿，河北邢台0 5 40 0 0）摘要：为实现研石充填工作面不间断充填开采，提高充填工作面研石充填效率，邢东矿将原有的运研皮带和抛研皮带两部研石输送皮带合二为一，省去一部抛研皮带，对运研皮带机尾进行了适应性技术改造，研制、加工出一套运研皮带尾部组件并固定在工作面支架上，使研石直接通过运研皮带运输至支架后部的刮板输送机上，出煤的同时随架充填，降低了施工成本，预计每年节约成本1 7 万余元，取得了较好的经济效益和社会效益。关键词：研石充填；架后充填；运研皮带机尾；技术改造中图分类号：TD53Adaptability transformation of gangue belt conveyor(Xingdong Mine of Jizhong Energy Resources Group Co.,Ltd.,Xingtai 054000,China)Abstract:In order to realize the continuous backilling and improve the flling efficiency of the gangue backilling face,theoriginal gangue conveyor belt and the gangue throwing belt was combined into one in Xingdong Mine,a gangue throwingbelt waseliminated,and adaptive technical transformation on the tail of the gangue conveyor belt was carried.A set of tailcomponents of the gangue conveyor belt was developed and processed and fixed on the support of the working face,so thatthe gangue was directly transported to the scraper conveyor at the rear of the support through the gangue conveyor belt,andthe coal was filled with the frame at the same time,which reduced the construction cost.It was estimated that the cost wassaved by more than 170,000 yuan per year,and good economic and social benefits were achieved.Key words:gangue backilling filling behind support;gangue belt conveyor tail technological transformation文献标识码：Btail in gangue backfilling faceGao Pu文章编号：2 0 9 5-5 9 7 9（2 0 2 3）0 8-0 0 8 2-0 3发与实践示范基地，目前取得较好的经济效益和社0引言会效益 1-9 。煤矿充填开采是主动减少采煤造成地面沉降的邢东矿自2 0 0 2 年首次提出，由巷道式研石充方法，但多年来受装备、技术、成本等客观条件制填开采技术处理井下研石，2 0 1 1 年提出井下采、约，尤其是应用在不间断充填开采的矿井更是少之选、充一体化构想，开展了综合机械化研石充填开又少。冀中能源股份有限公司邢东矿自2 0 0 2 年起采工程实践，2 0 1 9 年在充填开采理论与技术体系经过2 0 多年持续的考察调研，不仅在全国率先完建立的基础上，提出区域性研石处置的智能化研石成了包括巷道充填、高水充填和研石充填的技术研充填开采构想，并于2 0 2 1 年初步实现了矿井全域究，还经过不断的技术和设备进行优化和改良，于连续智能化充填开采，形成基于材料研发、装备革2021年实现了矿井全面智能化充填开采，形成了新、工艺升级、不断实践的充填开采研发与实践示基于材料研发、装备革新、工艺升级的充填开采研范基地。责任编辑：高小青D0I:10.19286/ki.cci.2023.08.020作者简介：高浦（1 9 8 8 一），男，河北沙河人，采煤工程师。引用格式：高浦.研石充填工作面运研皮带机尾部适应性改造 J.煤炭与化工，2 0 2 3，46（8）：8 2-8 5.82高浦：研石充填工作面运研皮带机尾部适应性改造1工作面概况12212工作面是邢东矿一水平二采区第三个采煤工作面，也是首个研石充填开采工作面，位于1200集中运料巷以东、断层SF90以南和井田边界以北之间，工作面以西是1 2 0 0 集中运料巷和1 2 0 0集中运输巷。12212工作面主采2 号煤层，标高-8 41 一-749m，走向长46 3 m，倾斜长5 5 m，工作面平均推进长度42 7 m，煤层厚度4.44.9 m，平均厚度4.58m，煤层平均倾角1 1，可采储量1 1.9 万t。2011年该矿首次提出井下采、选、充一体化构想，并开展了综合机械化研石充填开采工程实践，2 0 1 2 年9 月，1 2 2 1 2 研石充填工作面顺利圈出，作为邢东矿首个研石充填工作面，也是我国首1200集中运料巷1:200泵窝4时无溜子缝钢管溜学中线破碎机中线梭车中线泵窝翻罐笼2个4时无缝钢管K672图1 1 2 2 1 2 研石充填工作面储装运系统示意Fig.1 Storage and transportation system of No.12212 gangue backflling face1.2石研石输送在实际的使用过程中，初期阶段该矿利用运研皮带输送研石卸载到抛皮带，再使用抛研皮带运至架后充填，使用过程中发现诸多弊端，如抛研皮带骨架用料单薄强度不足，出煤时整架皮带向外拖移困难，结构复杂且所使用的电滚筒备用件少不利于检修维护等，严重影响出煤效率。已填充区域采空区后部刮板运输机2023年第8 期次使用采高为5 m的一体式研石充填支架，为今后该矿研石充填系统的改造和研石充填工艺的优化提供了宝贵的经验，对该矿研石充填技术的改良有着重要意义。1.1储、装、运系统储装运系统由翻罐笼、40 t溜子、破碎机、梭车、临时仓、6 5 0 皮带等组成。首先将石装罐运往1 2 0 0 集中运料巷翻罐笼处，再经翻罐笼翻碓进入底部40 t溜子并运往破碎机进行破碎，破碎后的小粒径研石储存到梭车和临时碓仓内，梭车和临时仓储存满后（梭车储存研石能力2 5 m，临时仓储存研石能力7 0 m3），使用扒岩机将歼石扒到650皮带（后简称“运研皮带”“抛研皮带”）输送到工作面进行充填，如图1 所示。临时诈仓溜子机头梭车破碎机基础充填联巷为了解决抛研皮带出现的各种问题，经技术研讨提出将原有的运研皮带和抛研皮带合二为一，对运研皮带机尾进行了适应性技术改造，研制、加工出了1 套运研皮带尾部组件，使研石直接通过带式输送机运输至支架后部的刮板输送机上，去掉抛研皮带，降低了人工成本，提高了生产效率，研石充填原理示意如图2 所示。工作面待采区域支架落地缓冲架皮带机尾运料巷图2 研石充填工作原理示意Fig.2Work principle of gangue backfilling带纵梁进行连接，用于支撑顶皮带，底皮带空载，2运研皮带改造2.1结构改造运研皮带机尾组件主要由2 部分组成，一是吊挂式皮带机尾，二是落地缓冲架。2 部分由普通皮不设支撑。吊挂式皮带机尾，由3 节组成，两节之间用22mm的加强螺丝进行连接。第一节的端头搭接固定于后部刮板运输机，第一二节间、第二三节832023年第8 期间、第三节后端头分别用铁链吊挂于支架上。第一节主要用于固定和调节皮带滚筒，由2 0 mm厚的铁板制成。将第一节两侧铁板开豁口，皮带滚筒放置在豁口内。在豁口内滚筒两头可以独自前后滑动，用于调节皮带跑偏。第二节由1 0 号槽钢构成，顶皮带由皮带缓冲辊托起（该种皮带缓冲辊原用于带式输送机重型机尾上），底皮带由普通皮带底辊煤炭与化工托起。第三节与第二节结构基本相同，逐步放大顶底皮带的间距，使之与普通皮带H架相适应。落地缓冲架为一个整体，高度稍高于普通皮带H架。其上部纵梁是一整根开口向上的8 号槽钢，这样设计是为了让皮带纵梁可以在槽钢内自由滑动。落地缓冲架上下纵梁上分别焊有可以固定普通皮带顶底辊的卡槽（图3）。第46 卷1图3 运研皮带改造示意Fig.3Transformation of gangue conveyor belt2.2工作原理（1）在研石充填过程中，由于省去了1 台抛研皮带，因此在运输研石的时候，直接由1 条皮带运送研石至支架后部的刮板运输机上，省去了中间环节。（2）采煤过程中，由于吊挂式皮带机尾固定在支架上，因此会随支架一排一前移，固定在皮带机尾上的纵梁也是一排一前移。这样只需将落地缓冲架加长就可增加其预留量，从而减少移动落地缓冲架的次数。提高出煤效率，在采煤过程中显现出其优越性。12212工作面每循环推进2.1 m（采煤机截深为0.7 m，每循环产煤3 刀），在运研皮带设计初期，参照皮带纵梁长度4m，皮带机尾第三节和煤壁的距离2.5 m，每个生产循环采煤2.1 m，再考虑到地质条件的不确定因素，所以将落地缓冲架的梁设定为4m。这样就可充分保证皮带纵梁在槽钢内可以滑动一个循环，即一个产煤循环只需将落地缓冲架前移一次。并且在采煤过程中只需将皮带松弛，待落地缓冲架前移后再将皮带张紧，整个过程皮带基本保持原样，恢复起来相当容易。2.3内部小件为了加强皮带在皮带机尾部运转时的稳定性，在吊挂式皮带机尾内部加工了诸多小件。同时，为了保证带式输送机在运转过程中不跑偏，在吊挂式皮带机尾第一节内、第三节端头和落地缓冲架前端分别加设了防跑偏辊，由于顶底皮带前后间距不同，分别使用了普通皮带顶辊中间节和普通皮带底辊。同时，将机尾滚筒轴两端和2 个小千斤顶连接，这样就可以迅速调节机尾滚筒状态，调整皮带防止跑偏。为了保证在皮带运行过程中，底皮带不会因皮带过紧而掀起，在机尾的前两节中各加设1 个压带84辊，在机尾的第三节中加设2 个压带辊。为了有效清理附着在皮带上的研石碎渣，在机尾滚筒正下方，设计了1 个可配合皮带使用的条状清扫器。在之前使用抛歼皮带时发现，皮带底辊上也会附着研石碎渣。为了解决这一问题，该矿调节了底辊和横梁的固定位置，让底辊和横梁的间距很小，使底辊在旋转过程中就将附着其上的研石碎渣，在横梁上刮蹭下来。经过实际的实验，二者间距2 cm为宜，过大则起不到刮蹭研石碎渣的作用，过小容易因加工精度不足而使两者相互磕。由于这套皮带机尾部组件横跨工作面，人员需要在其下来回经过，所以在设计时，在吊挂式皮带机尾底部加设挂钩，必要时可以加设护网，防止掉落石伤人。歼石充填运研皮带机尾成果如图4所示。图4研石充填运皮带机尾成果图Fig.4 Transformation results of gangue filling conveyor belt3应用效果改造后皮带机尾部组件的优越性主要体现在以下4个方面。（1）由于设计时就考虑到带式输送机和产煤的关系，该套皮带机尾部组件可以做到一个循环拉移一次设备，甚至多个循环拉移一次设备，有效地提高了产煤效率，降低了劳动强度。（2）由于省去了1 台设备，降低了设备检修压力、备件储备压力、电源负载压力，同时由于省高浦：研石充填工作面运研皮带机尾部适应性改造去了1 个皮带司机和1 个皮带机尾部看护工，也减少了施工人数，提高了施工效率。（3）系统简洁，结构简单，2 个组件分工明确，原来的抛研皮带拉移一次需要5 人配合，现在如果有绞车2 个人就可以完成拉移工作，即便没有绞车，4人抬着，也可以完成该项工作。（4）皮带机尾部组件，易于加工，用的均是普通的槽钢、铁板、通用的皮带零部件，只需要电焊和气割即可完成加工。目前正在使用的这套皮带机尾部组件整体的加工费用仅为1 万余元。4经济效益按照每天1 个班充填，每天节省检修用工、运转工各1 个，全年预计可充填3 0 0 d，预计节省人工费用：2 工/d200元工3 0 0 d=12万元；按照每天1 个班充填6 h计算，节省1 部抛研皮带，节约用电6 h80kW=480kWh，按照每度电0.5元计算，1 8 0 天节省电费48 0 kWh0.5元/kWh180d=4.32万元。安装1 部抛研皮带（8 0 0 胶带输送机）所需人工费用约为8 0 0 0 元/台。按照以上计算，对运研皮带机尾改造完成后，预计每年可节约资金1 7.1 2 万元。5结语目前，邢东矿研石充填工作面已实现自动化集中控制管理，在我国已处于遥遥领先的位置，面对当前煤矿行业日益严峻的环保压力和巨额的安拆费用，充填采煤工艺依然具有广阔的发展空间，仍然（上接第8 1 页）调节，所以在运输相同重量物质的情况下，设备整体能耗有所降低，降低幅度在1 5%左右，降低了生产成本。6结语以平煤十二矿JK-2.52P型煤矿提升机为对象，结合煤矿的实际需要对提升机的变频控制系统进行研究与设计，工程实践应用表明，系统性能良好。设计的变频控制系统以PLC控制器为核心，利用编码器实现主电机转速检测，利用磁开关实现罐笼位置检测，实现提升机不同阶段速度的精确控制；PLC控制器和变频器选用西门子S7-400和6SL3210-5BE21-5UVO，保证硬件之间的兼容性；系统的软件程序方面，根据系统的功能需要设计多个子程序，主程序运行时可以调用子程序，且能够嵌套调用。设计的控制系统在平煤十二矿实际生产2023年第8 期需要在日常的充填开采工作中不断的发现问题和解决问题。此次运研皮带机尾部适应性改造正是在这一过程中发现并解决的重大难题，也是众多攻坚克难环节中至关重要的一环，近年来该皮带机尾部组件运行良好，其应用有效地提高了整个研石充填工作面的产煤效率，为邢东矿今后的研石充填各项工作的改革创新提供了巨大的参考依据，也为该矿更快更好的实现研石充填工作面的自动化进程奠定了坚实的基础。参考文献：1 吴季洪.我国充填开采技术发展现状与展望 J.山西焦煤科技，2 0 2 2，46（1)：7-1 1.2韩吉宏，孙涛.充填开采技术在煤矿中的应用 J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 1（2 4）：1 5 9-1 6 1.3黄云峰，朱涛.我国煤矿绿色充填开采技术应用与展望 J.中国矿业，2 0 2 1，3 0（S1）：5-8，2 3.4李丽，何团，李新旺.充填开采视阙下的河北省煤炭企业绿色低碳发展路径研究 J.产业与科技论坛，2 0 2 1，2 0(7):17-19.5徐天宝.让充填开采为高质量发展助力 J.山东国资，2 0 2 0(11):25.6李岚，李昕，关众.充填开采技术在煤矿中的应用J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 0（2 1）：1 8 7-1 8 8.7郭庆瑞.浅析煤矿充填开采技术与发展趋势 J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 0（2 0)：1 7 7-1 7 8.8孙希奎.矿山绿色充填开采发展现状及展望 J.煤炭科学技术，2 0 2 0,48（9)：48-5 5.9刘建功，王翰秋，赵家巍.煤矿固体充填采煤技术发展回顾与展望 J.煤炭科学技术，2 0 2 0，48（9）：2 7-3 8.10陈锋.邢东矿综合机械化研石充填开采可行性研究 J.煤炭与化工，2 0 2 0，43（1 1）：3 0-3 3.中应用1 a以上，设备故障率降低了1 0%，提升机能耗降低了1 5%，达到了预期效果，安全效益和济效益显著。参考文献：1石鑫毅.PLC及变频控制在煤矿立井提升机中的应用研究J.矿业装备，2 0 2 2（6)：6 4-6 6.2 张伟.矿井提升机高压变频节能电气控制系统 J.机械管理开发，2 0 2 2，3 7（1 1）：2 6 0-2 6 1.3 董甲武，任佩佩.双电机拖动提升机控制系统改造与优化 J陕西煤炭，2 0 2 2，41（6）：1 1 3-1 1 6.4刘书凯.基于PLC的煤矿提升机模糊PID控制系统设计 J煤炭技术，2 0 2 2，41（9）：1 9 5-1 9 7.5姜根慧.矿用提升机的节能变频调速控制技术相关研究 J.能源与节能，2 0 2 2（8）：6 9-7 1.6王一点，曹成刚，黄碧云.矿用提升机变频调速系统自适应鲁棒控制设计方法 J.机械制造与自动化，2 0 2 2，5 1（4）：229-232.85