自动翻车系统在矿井前期建设中的应用

吴华军,宣天贵(淮南矿业集团潘一东项目部，安徽 淮南 232001)

1 工程概况

潘一东矿井位于淮南市潘集区境内，立井开拓，设计规模3.0Mt/a，矿区内布置主井、副井、风井和第二副井4个井筒。

风井于2009年5月底落底并临时改绞，于2009年9月中旬与第一副井贯通，第一副井贯通后安装永久装备；第二副井于2009年12月初落至-848m第一水平，于2009年12月底与井底车场贯通。为缓解矿井前期建设提升能力不足的问题，在不改变第二副井原有凿井提升设施的前提下，第二副井贯通后，在-848m水平马头门安装自动翻车系统，确保矿井前期建设同时有两个井筒进行提矸，有效缓解了矿井前期提升能力不足的问题。

2 自动翻车系统设计方案

2.1 第二副井施工概况

第二副井井筒全深1034.2m，第一水平落至-848m水平，地面井口标高+23.2m，井筒净直径8.6m，利用ϕ3.6m、ϕ3.2m绞车及5m3矸石吊桶提升出矸。第二副井-848m水平马头门净断面3.6m×4.9m，布置单股轨道；联巷净断面4.2m×3.7m，布置双股轨道。

2.2 自动翻车系统

翻车机是一种高效的机械化卸车设备,用于翻卸敞车所装载的煤炭、矿石等散状物料[1-2]。第二副井出矸系统改造后，整个出矸运输系统由自动翻车机、操车平台、溜槽、吊桶、排水装置、信号室、轨道、支撑钢梁等组成。其中，排水系统包括水池、电泵和管路，井底积水由电泵泵到主提吊桶随矸石排至地面。

2.2.1 平面布置

第二副井马头门及联巷设计东西走向，井筒中心线距离巷道中心线1.8m，距离轨道中线1.6m，距离主提中心线1.2m，距离副提中心线1.3m。主提中心线距离轨道中心线2.8m，自动翻车机顺巷道走向布置，自动翻车机溜槽垂直巷道走向布置，配5m3吊桶，吊桶直径1.85m；副提中心线距离轨道中心线0.28m，自动翻车机顺巷道走向布置，自动翻车机溜槽顺着巷道走向布置，配5m3吊桶，吊桶直径1.85m。井筒中心布置一个水池，井筒西南角布置一个信号室，东西巷道由简易铁桥相连，自动翻车系统平面布置图见图1。

图1 自动翻车系统平面布置图

2.2.2 剖面布置

井底工作面标高-853.5m，马头门底板标高-848m，两者标高落差5.5m。以副提侧自动翻车系统为例，提升中心线距离井筒中心线2.4m，溜槽坡度45°，溜槽长度3.0m，溜槽口距离副提吊桶中线1.3m，距离吊桶垂高1.15m，自动翻车系统剖面布置见图2。

2.3 系统改造

第二副井-848m水平马头门安装两套自动翻车机，主提处安装工期7天(含信号室、排水系统及简易铁桥工期)，副提处安装工期4天，井筒中心布置一个1m×1m×0.6m水池，将原凿井吊盘提升固定在-840m水平，吊盘上的信号室布置在井筒底部西南角，原凿井用提升系统、排矸系统、通风系统、供电系统等保留不变。

图2 自动翻车系统剖面布置图

3 自动翻车机工作原理

利用重车在翻车机上的重心移动产生的扭矩实现自动翻车，利用空车在翻车机上的重心移动产生的扭矩实现自动回车。该自动翻车机设计制做的重点就是重心与轴心偏移的最佳距离，经现场使用验证，偏心距为50mm为最佳翻车和回车状态[3]。

3.1 重车重心计算[4]

重车在翻车机上，两者的重心距离轴承位置：

式中：L重车+翻车机——重车和翻车机的重心距离轴承的距离，m；

M重车+翻车机——重车和翻车机翻转扭矩，N⋅m；m重车——重车质量，取3 000kg；

L重车——重车重心距离轴承的距离，设计为-0.2m；

m翻车机——翻车机质量，设计500kg；

L翻车机——翻车机重心距离轴承的距离，设计0.32m。

计算得：L重车+翻车机=-0.126m;M重车+翻车机= -4 410N⋅m。

3.2 空车重心计算

空车在翻车机上，两者的重心距离轴承位置：

式中：L空车+翻车机——空车和翻车机的重心距离轴承的距离，m；

M空车+翻车机——空车和翻车机回转扭矩，N⋅m；

m空车——1.5t矿车自重，设计1 000kg；

L空车——轻车重心距离轴承的距离，设计为-0.197m；

m翻车机——翻车机质量，设计500kg；

L翻车机——翻车机重心距离轴承的距离，设计0.237m。

计算得： L空车+翻车机=0.052m;M空车+翻车机= 780N⋅m。

4 翻车系统优缺点

使用1.5t固定式矿车装载矸石，由电机车带至第二副井东西绕道，人工将重车推上自动翻车机，由于重心偏移产生翻转扭矩，重车翻转并被安设在翻车机基础上的弹簧柱挡住，在矿车被反弹时，操作员将翻车机轴承刹紧，保持矿车翻转状态（使矸石能够翻净），倒完矸石后，松开手刹，由于重心偏移到轴承另一边产生回转扭矩，矿车回转并推入空车线，完成一车矸石的转载。该系统优缺点如下。

（1）翻车快捷，单勾提升能力大（1吊桶装3车矸石，风井单层罐笼装2车矸石），为矿井快速掘进提供保障。

（2）矿车不需上井，矿车在井下循环利用，保障井下可用矿车数量，有利于生产组织。

（3）结构简单，由于没有电机驱动装置，减速机及联接装置，便于维修，对巷道断面要求小。

（4）安装方便，工期短，操作简单易学，安装、运行、维护费用低。

（5）不改变井筒原有掘砌设施，保证了后期井筒延伸能力。

（6）下料、提人较困难。

5 应用效果比较

（1）工期投资比较。风井临时改绞工程包括临时充电机房设备安装、临时供排水安装、1.5t推车机安装、风井临时改绞土建及安装和临时充电机房设备安装，总造价845.7万元，工期39天。第二副井翻车机安装工程总造价32万元，工期11天。

第二副井安装自动翻车机系统后，实现了由矿车出矸迅速转换成立井出矸，对比风井临时改绞，免去了改绞工序，直接投资节省813.7万元，缩短工期28天。

（2）出矸量比较。风井于2009年7月投入使用，第二副井（主提）从2010年1月开始投入使用，第二副井（副提）从2010年3月开始投入使用。以2010年上半年为例，风井和第二副井月出矸量统计见表1。第二副井自动翻车系统投入使用后，有效缓减风井提升压力，增加了总体提升能力，有利于生产组织。以2010年3～6月出矸量计算，风井出矸量平均为250车/d，第二副井平均为400车/d。

表1 风井、第二副井月出矸量统计

6 结语

第二副井自动翻车系统改造后，实现了矿车出矸迅速转换成立井出矸，对比风井临时改绞，直接投资节省813.7万元，缩短工期28天。在不改变井筒原有掘砌设施的前提下，有效利用了第二副井凿井提升设备，保证了后期井筒延伸的能力，实现设备利用最大化，经济效益明显，缓解了矿井前期提升能力不足的问题，可供其他矿井井筒前期施工提矸工作参考。

[1] 李文瑞.浅析翻车机系统工艺布置相关问题[J].科技创新导报，2009，（19）.

[2] 邱占伟，王洪珍.翻车机制造技术[J].重工与起重技术，2007，（1）.

[3]黄进军.ZDJ-Ⅰ型自动翻车机设计与应用[J].山东煤炭科技，2009，（3）.

[4] 宋明玉.大学物理[M].北京：清华大学出版社，2009.