煤矿井下防爆柴油机混凝土罐车的应用

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【摘 要】在神东矿区特厚煤层开采矿井，高度的机械化矿井辅助运输显得尤为重要，矿井开采过程中道路硬化是不可缺少的一个环节，掘进巷道总米数等同于巷道路面硬化量。神东矿区优越的煤层开采条件加上先进的国外设备，创下了多项综、连采世界产量记录。巷道路面硬化速度与巷道掘进速度不匹配，巷道路面硬化速度急需提高，但在煤炭市场低迷的背景下，施工不允许采用高成本的人海战术。通过认真研究混凝土底板工程施工的各个环节，使用输料孔配套混凝土罐车改进运输混凝土的新工艺，解决了巷道路面硬化速度慢和质量差的难题，同时也节约大量人力和资金。

【关键词】效率 速度 新工艺 混凝土底板工程

1 概况

神华神东上湾煤矿是全国特级高产高效井位于鄂尔多斯伊金霍洛旗境内，煤矿井田面积61.8平方公里，地质储量12.3亿吨，可采储量8.3亿吨。矿井采用斜井—平硐开拓方式布置，采用无轨胶轮运输，井上下实现了“3G手机”无线移动通讯。矿区地表皆为风积沙所覆盖，程沙丘地貌，钻孔地面标高1233m，煤层底板标高1070m。地层由老至新为侏罗系中下统延安组、侏罗系中统安定组、上更新统拉萨乌苏组及马兰组、全新统风积砂[1]。井田煤层厚度为4.7-6.6m，属于厚煤层，底板以泥岩为主，深灰色，致密状，含植物化石碎片，夹煤屑及薄层砂质泥岩。矿井为提高巷道硬化速度，为采掘接替提供保障，运输混凝土使用输料孔配套混凝土罐车进行施工巷道混凝土底板工程。

2 传统运输混凝土料缺点分析

矿井的混凝土料统一由距离矿井井口17公里以外的搅拌站供应，搅拌站使用10m3混凝土罐车运输到井口，调料员把混凝土罐车料用6台防爆车将混凝土料运输到井下施工点。

2.1 运输不及时

2.1.1 路程影响

（1）井下随着矿井开采不断的延伸，从井口到混凝土底板工程施工点达到单程15公里，防爆车不能够快速的将混凝土运输到施工地点。（2）地面10m3混凝土罐车从搅拌站到井口需要1小时，单程17公里路程不能够及时送到井口。

2.1.2 交通影响

混凝土罐车运输混凝土时，在地面作业受到交通拥堵以及遇到雨、雪天，不能够将混凝土送到井口影响施工混凝土底板工程进度。

2.2 混凝土料强度难以保证

（1）井下影响。混凝土从井口运输到施工地点，长距离的混凝土料运输，在防爆车内时间较长，混凝土料容易产生离析将低了混凝土料强度。（2）地面影响。混凝土罐车从搅拌站到井口，长距离运输以及交通的影响推迟到达井口的时间，混凝土料会超过初凝时间，影响井下施工混凝土底板工程的抗压强度。

3 利用新工艺运输混凝土料的分析

在井田方便井下运输的位置建输料孔，输料孔地面安设搅拌机。把混凝土料装入10m3混凝土罐车后从输料孔放到井下，井下使用装载机通过井下装料平台的装料漏斗，把料装入5m3混凝土罐车内运输到混凝土底板工程施工点。

3.1 及时使用混凝土料

（1）缩短了运输混凝土时间，从混凝土料拌好到运输到施工地点比原来节约一半时间，混凝土料能够及时送达施工点，保证了浇筑混凝土料的和易性[2]。（2）当卸料间隔时间过长时，混凝土罐车可以每次卸料前使用搅拌筒从新搅拌混凝土料。避免了混凝土料经过长时间的运输，混凝土产生离析现象。（3）在运输过程中混凝土罐车会始终保持搅拌筒转动，以保证所运载的混凝土料不会凝固。（4）不受地面交通各种因素影响，能够保证混凝土料及时送达施工点，保证了混凝土底板工程施工进度。

3.2 节约运输混凝土料车辆司机

根据巷道条件混凝土罐车设计容量为5m3料，防爆车容量为2.5m3料。运输相同混凝土料量少用一名防爆车司机，按照每班派11台防爆车计算，使用混凝土罐车后需要4台混凝土罐车和3台防爆车，人工费每班节约：4名×150元/工=600元。

3.3 节约维修车辆费用

每班少使用4台防爆车，可节约4台防爆车的维修以及保养费用。

3.4 装料漏斗提高了安全系数

原来防爆车装料时装载机直接将混凝土料装入防爆车，使用混凝土罐车时装载机将混凝土料倒入装料漏斗，通过装料漏斗将混凝土料装入混凝土罐车内。输料孔装料漏斗实现了装载机与运输混凝土料车分开。避免了输料孔装混凝土料时，车辆太多造成车辆拥堵存在安全隐患。

3.5 节约耗油量

（1）从地面井口到井下施工点按照单程距离为16公里计算，每班跑3趟，混凝土罐车的使用可以减少4台防爆车，每班节约油费：4台×5元/升×96公里/每班（往、返）×0.7升/公里=1344元。（2）地面搅拌站到矿井井口单程距离为17公里，地面混凝土罐车每班节约耗油费用：1台×5元/升×136公里/每班（往、返）×0.35升/公里=238元。（每班按照40m3混凝土量计算）

3.6 提高混凝土料运输量

地面井口下料每班最多运输混凝土料40m3，井下输料口每班可以运输80m3混凝土料，运输混凝土量效率提高1倍。

3.7 便于施工混凝土底板工程

3.7.1 混凝土底板工程

（1）施工巷道混凝土底板时，可以左右移动的导料槽将混凝土料卸到需要混凝土料的区域，减少了工人铺摊混凝土料的劳动强度。巷道混凝土底板施工特制的导料槽方便了卸料的位置准确性。（2）防爆车运输混凝土料时，不能保证混凝土料的和易性，有时混凝土料变硬增加了工人铺摊混凝土的劳动强度，同时防爆车卸料时不能准确的将混凝土料卸到缺料区域，也增加了工人的劳动强度。（3）产量由原来的施工混凝土底板30米/班提高到60米/班。每班节约人工费用：8名×150元/工=1200元。（每班配备8名工人）

3.7.2 混凝土底板工程补边

（1）混凝土底板工程补边时，混凝土罐车利用可以左右移动的导料槽，根据补边需要量，准确地将料卸到补边处。一人指挥混凝土罐车卸料，一人铲混凝土料，两人抹面可以顺利施工混凝土底板补边工程。补边特制的导料槽方便了卸料的位置准确性。（2）原来防爆车补边时每班配备8人完成补边30m3混凝土料，利用混凝土罐车后每班配备4人完成补边30m3混凝土料。（3）补边时相同混凝土量每班每年节约人工费用：4名×4000元/工×2月=3.2万元。（每年补边量约为2个月）

4 运输混凝土料配套设施

4.1 混凝土罐车

（1）混凝土罐车型号为JC5（A）防爆型混凝土搅拌运输车，厂家为山东省烟台市莱州亚通重型装备有限公司，为满足井下使用要求将放料口置于前面。（2）搅拌筒技术参数（见表1）。

表1 技术参数

搅拌筒容积（m3）6.8

额定容积（m3）5

取力形式发动机飞轮取力

搅拌筒转速（r/min）0～14

卸料速度（m3/min）≥1.5

剩余率（%）<0.3

4.2 井下装料漏斗

混凝土罐车高度2.5米，装载机装料时无法直接将井下混凝土料装到混凝土罐车中，井下设计装料平台通过装料漏斗装料。漏斗设计容积为2.5m3，装料漏斗使用的铁板厚度不小于12mm，漏斗架梁、架腿用料均为32#工字钢，拉筋等加固部位用矿用11#工字钢，装料漏斗设计见图1、2所示。

图1 装料漏斗平面图

图2 装料漏斗剖面图

4.3 井下料孔

建输料孔混凝土料从地面通过自由落体放到井下，同时料孔地面安设搅拌机。

（1）料孔施工。料孔全长160m，从地面开始向下35m料孔为ф850mm，剩余料孔125m为ф650mm。施工时先使用ф89mm钻头与井下贯通，然后逐级扩孔，达到设计孔径。使用陶瓷内衬复合钢管输送混凝土料，Ф530mm陶瓷内衬复合钢管与孔壁之间用水泥砂浆密实[3]，如图3所示。

图3 输料孔

（2）料孔上口固定。钻孔内的钢管上口通过预埋螺栓将焊接钢管与混凝土基础固定，如图4、5所示。

图4 输料孔上口平面图

图5 输料孔上口剖面图

（3）料孔下口固定。钻孔内的钢管下口通过锚索将焊接钢板固定在巷道顶板上，如图6、7所示。

图6 输料孔下口平面图

图7 输料孔井下布置图

（4）料孔施工注意事项。钢管下管前必须进行防腐、防锈处理，Ф740mm钢管护管采用电焊连接，Ф530mm陶瓷内衬复合钢管连接采用丝扣连接，再在连接处外用电焊点焊。钻孔上下口钢板与钢管之间电焊连接。井下料孔正下方巷道底板铺设20mm厚矩形钢板，防止下混凝土料冲击底板出现深坑[4]。

5 使用输料孔配套混凝土罐车的不足

（1）混凝土罐车行走适应性差，遇到巷道底板软化严重或巷道狭窄地点，无法使用。（2）混凝土罐车维修要及时，出现故障未及时修理，罐内混凝土凝固后损失严重。（3）厂家的租车费用昂贵，每台混凝土罐车租车费在10万元/月以上。（4）输料孔在160m的高度下料，造成井下料孔处混凝土料四处飞溅，日积月累混凝土料凝固在墙壁上难以处理，下混凝土料时先将混凝土料装入混凝土罐车中集中下放混凝土料，同时井下放料员每班必须及时清理墙壁上的混凝土。（5）每班混凝土料用量较大，地面搅拌机检修时间少，造成地面输料孔搅拌机容易出现故障。（6）放料时间较长，每10m3混凝土料从搅拌到放料完毕需要45分钟[5]。

6 结语

井下首次使用输料孔与混凝土罐车运输施工混凝土底板工程，辅助运输系统产生了一次飞跃，使用此项新工艺与新设备具有良好的经济效益，应用前景广泛。

参考文献：

[1] 杨孟达，刘新华，王瑛 等.煤矿地质学.煤炭工业出版社[Z]，2000.90-91.

[2] 东兆星，吴士良.井巷工程[Z].中国矿业大学出版社，2006.107-118.

[3] 郑复伟.地面输料孔在神东煤炭集团公司的应用[J].煤炭工程，2014（11）：23-26.

[4] 崔希海，朱爱香.JC3型防爆柴油机混凝土罐车的研制[J].矿山机械，2015（01）：34-36.

[5] 张彦禄，高英，樊运平 等.无轨辅助运输系统方案设计[J].煤炭工程，2011（11）：11-13.

作者简介：于计斗（1984—），男，内蒙古察右中旗人，本科，毕业于内蒙古科技大学，助理工程师，主要从事煤矿巷道路面硬化工作.

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