煤矿全机械化远距离喷浆配套装备研究

杨福禹 赵二会 王艳立

(兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿，山东省济宁市，272169)

1 概况

随着国家对煤矿安全生产和粉尘治理要求的不断提高，现有喷浆工艺中采用的井下人工搅拌和上料方式不仅存在劳动强度高和粉尘浓度大等问题，而且存在喷浆面质量差和危害职工的身体健康等问题。

兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿(以下简称济三矿)开拓及准备巷道大部分沿煤层布置，锚网喷支护设计，由于该矿辅助运输方式为无轨胶轮车运输，前期巷道内安装掘进设备无法运行胶轮车，因此巷道支护采用先锚网(索)掘进、后撤除、再集中喷浆的方法。现有施工掘进进尺速度快，掘进锚网(索)支护后，未能及时喷浆支护，造成支护强度降低，影响矿井巷道的服务年限，特别是回风巷道空气湿度大，金属网锈蚀严重，时常出现漏顶片帮现象，造成巷道的维护成本升高。许多断面均为掘进荒断面，施工巷道断面大，造成运输大巷喷浆作业不及时，矿井的质量标准化形象变差。目前待喷浆单条巷道长度较长(1500 m以上)，辅助运输、回风大巷待喷浆巷道近13000 m，消耗喷浆材料近20000 m3，后续巷道还在不断掘进开拓，巷道待喷浆量大，喷浆任务极其繁重。因此，急需对矿井的运输、回风大巷进行快速喷浆施工，改善现有状况。

2 煤矿全机械化远距离喷浆配套装备组成

针对济三矿巷道环境、现有喷浆技术和装备条件，提出无轨巷道机械化配料、送料、喷浆的流程，主要研究适用于济三矿使用的远距离喷浆机、煤矿用带式上料机和喷浆机械手这3个设备。

2.1 远距离喷浆机

2.1.1 结构组成

PYC6Z型远距离无尘化混凝土喷浆机(以下简称喷浆机)主要由行走装置、料斗、锥形给料装置、喷射系统、液压泵站、气路系统、润滑系统及除尘器构成。设备的所有零部件均固定在行走装置上；行走装置由履带底盘、底板焊接件等构成；喷射系统的驱动部分固定在行走装置上，喷射系统主要包括送料腔、叶片轮、减速机和马达。送料腔上固定有锥形给料装置和料斗，通过锥形给料装置的定量锥形转子的旋转将物料送入到送料腔内，再通过叶片轮的旋转将物料在风压的作用下将物料输送出去。喷射机采用全液压驱动方式，配套的液压泵站与控制系统提供所需液压动力及手动控制。远距离喷浆机示意图如图1所示。

图1 远距离喷浆机示意图

2.1.2 设备特点

远距离喷浆机采用多料杯小料腔，采用风载喷浆料，喂料腔内足够的物料供给以及持续不断的压缩空气保证无脉冲稀薄流输送直至喷枪头。喷浆机的电液驱动可以通过调整料腔盘转速，保证喷浆量的无级调节。喂料腔的卸料分配器可靠保证压力腔的密封，保证设备工作环境的绝对无尘化，同时避免压缩空气的泄压。简单的分配器自调节系统保证磨损部件的低磨损和长寿命。

2.2 煤矿用带式上料机

2.2.1 结构组成

煤矿用带式上料机的结构主要包括存储料仓、取料带式输送机、行走装置和液压站4个部分。载有喷浆料的胶轮车行进至存储料仓后，翻转侧板全部上翻将喷浆料包裹，通过驱动滚筒的作用在输送胶带上加入速凝剂，一起把喷浆料输出存储料仓，经由煤矿用带式上料机把混凝土送至喷浆机中。煤矿用带式上料机作业示意图如图2所示。

图2 煤矿用带式上料机作业示意图

2.2.2 设备特点

煤矿用带式上料机采用成对侧向内翻式存储料仓结构，设备在存料时具有较大的宽度，从而使自卸车能方便的倒入存储料仓内卸料，设备在取料时可向上翻转斗将喷浆料全部排空；设备可通过适当增加翻转斗数量的方式有效扩展存储料仓的容积，保证作业时喷浆机的连续工作；设备在阶段性的喷浆施工周期内相对固定，无需在喷浆施工作业点和集中装料站之间频繁的转运；设备在非工作和需要转运时可向上翻转斗减小宽度，便于狭小巷道内另一侧其他车辆的交会通行和设备自身的灵活转运。

2.3 喷浆机械手

2.3.1 结构组成

PJS-60矿用喷浆机械手主要由行走系统、喷射系统、液压系统、动力装置、电气系统等部分组成。矿用喷浆机械手结构示意图如图3所示。

1-行走系统；2-喷射系统；3-液压系统；4-动力装置；5-电气系统图3 矿用喷浆机械手结构示意图

PJS-60矿用喷浆机械手是适用于煤矿井下喷射混凝土的小型可移动式机械，由防爆电机驱动，采用全液压控制。利用履带行走装置由行走马达、行走减速机驱动，可实现在喷射施工现场小范围的自行走。利用喷射装置可实现混凝土的机械化喷射作业，喷射装置由变幅油缸、伸缩油缸、喷头摆动油缸、喷头回转油缸、臂架回转马达、喷头刷动马达驱动实现多自由度混凝土喷射，以降低劳动强度、改善施工环境、提高工作效率和施工质量。

2.3.2 设备特点

行走系统主要由四轮一带(驱动轮、导向轮、支重轮、托轮、履带)、行走减速机以及底架组成。行走马达驱动行走减速机带动驱动轮和履带，实现整车的行走和转向，最终达到混凝土喷浆机械手在喷射支护施工现场小范围自行移动的功能。履带行走装置稳定性高，通过性能强，可以很好地适应施工现场复杂的路面条件。喷射装置由变幅油缸、伸缩油缸、喷头摆动油缸、喷头回转油缸、臂架回转马达、喷头刷动马达驱动喷射臂和喷头，实现多自由度混凝土喷射，混凝土喷射均匀且回弹率低，喷射质量有保证。臂架回转马达驱动回转减速机带动整个喷射臂以实现±55°范围内的回转，回转机构中设有机械限位装置保证运转安全；变幅油缸驱动伸缩臂和喷头机构实现变幅运动；伸缩臂中安放两级伸缩油缸，驱动三级伸缩臂的伸缩操作；喷头机构可实现180°摆动、360°回转以及喷头刷动功能，自由度较高。

3 应用情况

煤矿全机械化远距离喷浆配套装备在济三矿六采西部带式输送机运输巷使用，完成喷浆进尺2000 m，实现最大500 m的远距离混凝土喷射。喷浆机处粉尘含量控制在6 mg/m3以内，作业人员可站在距喷射面5～10 m的位置遥控操作，工作环境较为舒适。其工艺流程为：搅拌均匀的物料用防爆胶轮车运至煤矿用带式上料机料仓内；工作时，将料仓内的喷浆料连续、均匀地输送至远距离喷浆机料斗内，在迎头使用喷浆机械手代替人工夹持喷枪进行自动化喷浆作业。煤矿全机械化远距离喷浆工艺流程如图4所示。

图4 煤矿全机械化远距离喷浆工艺流程

4 效益分析

4.1 社会效益

煤矿全机械化远距离喷浆配套装备在生产现场应用后，实现了可靠、有效和经济的喷浆作业系统，有效降低了井下职工矽肺病的发病严重程度和人数，每年可节约矿工个体防护、尘肺病治疗、防尘管理和技术专项资金数十万元。既能为井下职工创造良好的工作环境，保证矿井高效运转，又符合我国建立资源节约型和谐社会的现实目标，因此具有较大的社会效益。

4.2 经济效益

煤矿全机械化远距离喷浆配套装备在生产现场应用后，每班节省4人，同时作业时间可大幅度减少，并利用减少时间从事其它作业，大大提高了喷浆进度。工人的劳动生产率可提高10%～15%，以每天每人工资260元计算，则每月节省工资约3.22万元，每年节省工资约39万元。按每天喷浆量为32方料、每方料成本约为100元计算，则每天喷浆料成本约为3200元，由于喷射过程中混凝土的回弹量反弹率由35%降至10%，则每天节省喷浆料成本约为800元，每年节省约29万元。综合计算后，使用煤矿全机械化远距离喷浆配套装备每年可为煤矿带来较为可观的经济效益。