文/马培赓

郑煤集团超化煤矿属于典型的三软不稳定煤层矿井，也是煤与瓦斯突出矿井，矿井水文地质条件复杂，随着矿井开采作业的不断延伸，采掘条件越来越差，煤矿井下在采掘、防治水、瓦斯治理及运输等作业环节中淤积的煤泥、水泥浆、泥浆每天都能达到200多车，清理这些浆体往往又不便于采用皮带运输机集中运输，只能采用矿车进行转运，而由于泥浆粘结问题的普遍性，“厚车底”问题造成矿车使用效率低下，矿车清理的工作相当费时、费工。对于瓦斯治理、水治理任务量大的超化煤矿来说，这些浆类的清运工作已经成为影响或制约矿井高效生产发展的问题之一。

为了提升清淤作业效率及矿车的周转率，矿井技术人员在工序整合思路引导下，通过认真研究分析，设计出了一种新型的矿车卸清一体化装置，把泥浆矿车的翻卸及矿车清理作业有机融合到一起，实现了设备的高效运转，改善了作业条件，缓解了用工紧张问题，取得了良好的社会及经济效益。

一、国内现状

国内煤矿井下用矿车转运淤积物的卸车方式基本上都是采用翻转方式，普遍存在的“厚车底”现象造成矿车使用效率低下，部分矿井在地面安装有专用的矿车清挖机，但由于矿车变形等情况的存在，清理效果往往不佳，因此有很多矿井依然在采用人力方式清理矿车。

国内目前用于矿车淤积物卸车的翻车机，有转筒式、侧卸式、端卸式、复合式等多种形式。其中转筒式、复合式翻车装置对于安装的要求比较高，需要在施工区域比较大的地坑应用，部分维护及清理作业需要在矿车轨道操作面以下进行；端卸式翻车机通常用于地面堆矸，需要在不断爬升的轨道或有固定地点的地坑作业；侧卸式翻车机在效率方面不如前几种形式，但结构、安装相对简单。

清车机的种类和形式也有很多，但基本上都是以清理和维修的方式单独作业，在管理和人员作业方面通常淤积物“卸、清”作业相互独立。

因此，针对运送淤积物的矿车，如何把卸车、清车等工序有机融合，成为矿井提升作业效率的重要研究课题。

二、方案设计

1.方案研究

超化煤矿-300大巷长度有近千米，也是矿井主排水阵地所在位置，为了更好地对水力冲孔、地板注浆产生的粉岩粉、水泥浆进行沉淀，在大巷中建造了几个大型的沉淀池，清出的泥浆由轨道巷辅助运输升井，需要运行2000多米的提升距离，这一点无法实现，所以，泥浆只能在-300大巷进行卸车，由主煤流升井。

通过对几种卸车方式进行对比，侧卸式翻车装置虽然在效率上不如另外几种，但因结构简单、安装局限少、空间及日常管理方面的优势，成为优先考虑的方案。在保证矿车正常翻转卸车的前提下，结合矿车外形尺寸，将侧卸式翻车装置高度由4m降低到了3.5m，以电机车或回柱牵引推送车辆进入卸车翻转装置，翻转装置采用JH-5回柱绞车牵引提升实现翻转，卸车后，矿车及翻转装置旋转部分的重心向提升侧移动，空车及翻转装置的旋转部分靠自重实现回转。

但由于运输的对象是泥浆，车厢粘结问题经常性造成车厢容积大幅下降，清理工作占用了大量的时间和人力。“厚车底”（甚至是“厚车皮”）矿车升井后的清理显然不太现实，在现场清理又占用了大量的时间和人力。通过认真分析，明确振动是解决粘结问题比较合理的措施，于是从振动方面着手对侧卸式翻车装置进行改造。

2.结构说明

经过持续研究和不断改进，最终设计出了“矿车卸清一体化装置”，其主要构件分别为：

（1）矿车；

（2）磕碰架：采用矿工钢及槽钢制成，与矿车旋转外沿接触（磕碰）的为矿工钢制成的横梁，两端设有防止矿车侧滑的导向槽；

（3）延长梁：用于安装磕碰架、吊挂振动装置，并与旋转架固定架联接的矿工钢，其作用为使翻转架和磕碰架成为一体；

（4）振动装置：由气缸、风镐（根据井下气源情况，均选用0.8MPa规格的气缸和风镐）改造后连成一体，固定在用U型钢制作成的固定架及滑道内（还起到防护气缸及风镐免受矸石砸击作用），气缸伸出时，推动风镐前移，前端抵在矿车内旋转里侧内沿，并由风镐产生强烈振动；

（5）立柱：用于支撑延长梁和固定振动装置的圆形钢管；

（6）运输机槽；

（7）小天轮：固定在天轮架的顶端，提升钢丝绳从其上绕过，用于提升钢丝绳的导向；

（8）旋转架：由JH-5回柱车牵引，钢丝绳通过导向轮及小天轮带动旋转架以旋转轴为圆心上下翻转，矿车在旋转架的夹持下完成侧向卸车，倒出的物料落入下面的运输机槽中；

（9）天轮架：用于固定小天轮并通过矿工钢与旋转架固定架等联成一体。

3.翻、磕协同

侧卸式卸车装置在旋转卸车的过程中，在到达翻转极限位置停止翻转时有一个颤动，这个颤动有利于泥浆倾出，但颤抖使泥浆倾出的效果很有限。

根据冲量公式：Ft=mV

式中，F为冲击力的大小；

t为冲击时间的长短；

m为旋转架和矿车（含泥浆）自身的质量；

V是旋转架及矿车重心旋转的线速度。

由此可知，在质量m一定，V不变的前提下，冲击的时间越短，相互冲击力F越大。

由此，根据冲量原理，在矿车卸车旋转结束位置通过安装用于产生“磕碰”的“横梁”（固定在磕碰架上），在矿车旋转接近结束时，由该横梁阻止矿车继续旋转，并因碰撞产生较强的冲击，把“颤抖”变成了“碰撞”。通过实验，粘结问题得到明显的改善，取得很好的效果。

4.震动清理

通过对侧卸式卸车装置增加磕碰架（磕碰梁），实现了变颤动为磕碰，取得了良好效果。但这种方法对一些水泥浆粘结时间长的矿车的清理效率并不高。为了提升清淤作业效率，在加装磕碰装置取得成效的启发之下，通过技术调研，采取增加振动装置进一步改进作业效果。

振动装置包含一根气缸和经改造后的风镐，把两者连成一体后安装于U型钢制成的滑道内，再整体固定于卸车装置上。实践中，没有粘结现象的矿车，经过磕碰横梁的承接，就可以把矿车中物料“磕净”；通过在横梁上磕碰后仍有粘结的矿车，打开气阀，用气缸推动风镐，改造后的风镐头压在矿车旋转里圈内沿上，通过改造的风镐实现对矿车的强烈冲击，粘结的泥浆由车厢脱落后掉入下面的运输机上，由运输机运出。

三、应用效果

此种矿车卸清一体化装置结构简单、紧凑，机制加工工作量小，在井下安装空间受限的环境中，有更好的适应性，安装工期短，维护相对简单，日常维护量小，操作方便。该翻车清车装置经过一系列的改造后，把“卸、清”原本相互独立的两个作业流程融合到了一起，实现了矿车翻清作业的一体化。

超化煤矿经过近几年的实践应用，取消了专职“厚车底”清理人员，从业人员不需要再跳进矿车清理淤积，作业安全度更高，劳动强度整体下降，职工的从业环境得到改善，收到一定的社会效益。卸清一体化装置投入使用后，每天可以解放出劳动力6人，原本用工极为紧张的区队，人员得到了有效缓解。同时，由于矿车得到了很好的清理，清淤用车次数下降超过30%，系统运行效率得以大幅提升，原本紧张的运输环节得到缓解，每班作业时间也缩短了约20%。据测算，该矿车卸清一体化装置投入使用后，每年可节减开支超过50万元。因此，该装置在有类似情况的矿井中有非常好的推广及应用价值。