CN103603680B - 深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法。通过上仓皮带机将相应物料运送到地面石子料仓、石粉料仓、砂子料仓和水泥料仓，在石子料仓下设置称重式皮带给料机，在砂子料仓、石粉料仓及水泥料仓下各设置螺旋式给料机，通过调节给料速度进行各物料的合理配比，配比物料经过皮带运输机运送到投料井口。分时段将喷浆及浇注混凝土物料从投料口投放，经过棱形缓冲器引导混凝土物料进入相应井下储料仓，同时实现物料的混合及分类储存。通过储料仓下口的甲带式给料机将物料下放到矿车，后经电机车的牵引将物料运送到所需地点。通过喷浆、浇筑混凝土物料快速分类储存及运送，实现了矿井巷道安全、快速掘进。

Description

深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法

技术领域

本发明涉及一种深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，属混凝土物料运输领域。尤其适用于新矿建设及新采区开拓，辅助运输压力较大时混凝土物料的运输。

背景技术

煤矿井下开掘巷道及硐室建设都需要大量喷浆、浇筑混凝土物料，混凝土物料从地面运输至井下，物料运送的快慢直接影响巷道开掘速度及工作面高效回采。一般情况下，在立井开拓的矿井，通过副井提升的方式可以将混凝土物料运至井下，但是，随着矿井生产能力的不断提高，矿井的辅助提升压力较大，一些较大型矿井，由于受副井提升能力限制，加剧了辅助提升的压力，因此，许多矿井进行改扩建工程，在某种程度上，对于辅助提升较紧张的矿井，利用副井系统进行地面混凝土物料的返运工作是不合理的；另一方面，副井提升运输不能实现混凝土物料连续化运输，制约着井下对混凝土物料的需求量。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种方法简单、经济、快速的深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法。适用于辅助提升压力较大的矿井，煤矿井下开掘巷道及硐室建设都需要大量混凝土物料，混凝土物料从地面运输至井下，物料运送的快慢直接影响巷道开掘速度及硐室建设速度

本发明是通过以下技术方案实现的：一种深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，所使用的快速投放运送设备系统为：接料漏斗，在接料漏斗上设置铁篦子；成一字排列的石子料仓、砂子料仓、石粉料仓和水泥料仓；衔接设置在接料漏斗与石子料仓、砂子料仓和石粉料仓之间的上料皮带输送机；位于石子料仓、砂子料仓、石粉料仓和水泥料仓下方的至投料井口的皮带输送机；石粉料仓、砂子料仓和水泥料仓下设置螺旋式给料机，石子料仓下方设置称重式皮带给料机，螺旋式给料机给料口与称重式皮带给料机非称重段相搭接；在所述的石子料仓、砂子料仓、石粉料仓上口设置有犁式卸料器；在井下储料仓上口安装移动式棱形缓冲器，移动式棱形缓冲器通过投料管与皮带输送机衔接，所述的动式棱形缓冲器包括三角形整体钢铸底盘、在整体钢铸底盘上有耐磨层、在整体钢铸底盘下有多个高强度弹簧和导向杆、整体钢铸底盘通过多个高强度弹簧和导向杆安装在底座上；移动式棱形缓冲器布置在减震工字钢梁上；减震工字钢梁是由两根工字钢组成，减震工字钢梁两端插入井下物料仓壁中，并通过中部的横向加固梁加固减震工字钢梁；在井下储料仓下口各设置甲带式给料机。

包括以下步骤：

a.喷浆及浇筑混凝土物料卸载到接料漏斗，接料漏斗上设置的铁篦子防止不合格大尺寸物料进入料仓，减小后期物料投放过程中投料管堵塞的风险；

b.经筛选进入接料漏斗中的混凝土物料，经上料皮带输送机运送到地面水泥、石粉、砂子和石子料仓，上料皮带输送机在不同时间段运送不同物料，结合料仓上口犁式卸料器的作用，实现地面不同料仓的分时间段供料；

c.石子料仓、砂子料仓、石粉料仓和水泥料仓中的物料经料仓下方的皮带输送机运送至投料井口；

d.投放喷浆混凝土物料时，开启石粉、砂子及水泥料仓下的螺旋式给料机，投放浇筑混凝土物料时，开启砂子及水泥料仓下的螺旋式给料机以及石子料仓下的称重式皮带给料机；通过调节给料机的给料速度实现石粉、水泥与砂子以及石子、水泥与砂子的合理配比；称重式皮带给料机及螺旋式给料机所给物料由给料机下方的皮带运输机输送至投料井口；

e.根据井下巷道掘进速度及巷道围岩喷浆厚度确定每天喷浆及浇筑混凝土物料的需求量，进而确定井下储料仓的有效体积；储料仓的物料通过设置在井下储料仓下口的甲带式给料机后，再通过矿车运送到井下物料所需地点。

所述投料管的有效直径根据所投物料的速度及颗粒大小，通过力学分析、物理相似模拟试验及有限元数值模拟确定：

$d_0=\max \begin{array}{}\left\{\begin{array}{c}{d}_0=\sqrt{\mathrm{\γQ}/\mathrm{\π\ρ}\sqrt{2\mathrm{gh}+v_b^2}}/30\\ d_0\≥3r\end{array}\right.\end{array}$

式中：d₀为投料管(11)的有效直径，m；v_b为皮带机带速，m/s；ρ为充填物料平均密度，t/m³；γ为投料流量不均衡系数，取1.2；Q为投料流量，t/h；g为重力加速度，m/s²；h为带式输送机到井口的垂直高度，m；r为所投物料最大粒径，m；

本发明的有益效果是：通过混凝土物料快速投放运送系统，混凝土物料可从地面直接投放，在井下设立储料仓，仓下通过矿车直接运送到物料需求地点。投料井投物料有：巷道喷浆所需要材料；石粉、砂子和水泥；浇注所需要材料：石子、砂子和水泥，并且砂子、石粉、石子不能混在一起投放，这对投料运送系统设计提出更高的要求，特别是储料仓，要一分为二，一仓二用。具有明显的经济效益和社会效益和推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的快速投放运送设备系统布置示意图。

图2是本发明的快速投放运送设备系统地面系统俯视图。

图3是移动式棱形缓冲器结构示意图。

图4是移动式棱形缓冲器剖视图。

图5是移动式棱形缓冲器俯视图。

图中：1－接料漏斗，2－上料皮带输送机，3－石子料仓，4－砂子料仓，5－石粉料仓，6－水泥料仓，7－犁式卸料器，8－称重式皮带给料机，9－螺旋式给料机，10－皮带输送机，11－投料管，12－行人联络巷，13—矿用小绞车，14—移动式棱形缓冲器，15—井下浇注混凝土物料储料仓，16—井下喷浆混凝土物料储料仓，17—甲带式给料机，18—空气炮，19—矿车，20—整体钢铸底盘，21—耐磨层，22—高强度弹簧，23—底座，24—导向杆，25—导向套，26、减震工字钢梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

如图1-图5所示，深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法所使用的快速投放运送设备系统包括：接料漏斗1，在接料漏斗1上设置铁篦子，铁篦子过滤面积为40mm×40mm，防止不合格大尺寸物料进入料仓，减小后期物料投放过程中投料管堵塞的风险。成一字排列的石子料仓3、砂子料仓4、石粉料仓5和水泥料仓6；衔接设置在接料漏斗1与石子料仓3、砂子料仓4和石粉料仓5之间的上料皮带输送机2；位于石子料仓3、砂子料仓4、石粉料仓5和水泥料仓6下方的至投料井口的皮带输送机10；石粉料仓5、砂子料仓4和水泥料仓6下设置螺旋式给料机9，石子料仓3下方设置称重式皮带给料机8，螺旋式给料机9给料口与称重式皮带给料机8非称重段相搭接；在所述的石子料仓3、砂子料仓4、石粉料仓5上口设置有犁式卸料器7；在井下储料仓上口安装移动式棱形缓冲器14，移动式棱形缓冲器14通过投料管11与皮带输送机10衔接，所述的动式棱形缓冲器14包括三角形整体钢铸底盘20、在整体钢铸底盘上有耐磨层21、在整体钢铸底盘20下有多个高强度弹簧22和导向杆24、整体钢铸底盘20通过多个高强度弹簧22和导向杆24固定在底座23上；移动式棱形缓冲器14布置在减震工字钢梁26上；减震工字钢梁26是由两根16Mn工字钢组成，减震工字钢梁26两端插入井下物料仓壁中，并通过中部的横向加固梁加固减震工字钢梁26；在井下储料仓下口各设置甲带式给料机17。井下储料仓用物料板分隔成井下浇注混凝土物料储料仓15和井下喷浆混凝土物料储料仓16。投料管11的有效直径根据所投物料的速度及颗粒大小，通过力学分析、物理相似模拟试验及有限元数值模拟确定：

$d_0=\max \begin{array}{}\left\{\begin{array}{c}{d}_0=\sqrt{\mathrm{\γQ}/\mathrm{\π\ρ}\sqrt{2\mathrm{gh}+v_b^2}}/30\\ d_0\≥3r\end{array}\right.\end{array}$

式中：d₀为投料管11的有效直径，m；v_b为皮带机带速，m/s；ρ为充填物料平均密度，t/m³；γ为投料流量不均衡系数，取1.2；Q为投料流量，t/h；g为重力加速度，m/s²；h为带式输送机到井口的垂直高度，m；r为所投物料最大粒径，m。井下储料仓的有效容积为150m³～200m³。

具体实施步骤如下：

1.接料漏斗1上设置过滤面积为40×40mm的过滤铁篦子，防止不合格大尺寸物料进入料仓，减小后期物料投放过程中投料管堵塞的风险；

2.经接料漏斗1筛选过渡的物料，经上料皮带输送机2的运送到达地面料仓上口，石子料仓3、砂子料仓4和石粉料仓5上口设置犁式卸料器7，不同时间段上料皮带输送机2上运送不同物料，同时结合料仓上口卸料器7的作用，实现地面四个料仓的供料；

3.地面料仓下口设置给料机，水泥料仓6、石粉和砂子料仓下设置螺旋式给料机9，石子料仓下设置称重式皮带给料机8，需要投放喷浆混凝土物料时，开启水泥料仓6、石粉料仓5及砂子料仓4下的螺旋式给料机9，通过调节给料机的给料速度来实现水泥、石粉与砂子的合理配比；在需要投放浇筑混凝土物料时，开启水泥料仓6、砂子料仓4下的螺旋式给料机9以及石子料仓3下的称重式皮带给料机8，通过调节给料机的给料速度来实现水泥、石子与砂子的合理配比；给料机的给料通过皮带输送机10运送至投料井口；

4.根据所投物料的速度及颗粒大小，通过力学分析、物理相似模拟试验及有限元数值模拟确定投料管11的有效直径；

5.在投料井内层耐磨层材质选择时，根据投放量计算和摩擦试验确定合适的耐磨材料，为保证投料管的使用寿命，采用表面磨擦性能试验仪测试了投料管摩擦性能，根据摩擦实验结果确定投料管耐磨层的厚度及材质；

6.在井下储料仓上口安装移动式棱形缓冲器14，减轻投料对储料仓的冲击破坏，同时实现物料分离储存；

如图4、图5所示，移动式棱形缓冲器14设计成对称棱形结构，在满足物料缓冲的基础上实现物料分离这一过程。如图3所示，投料井下落的物料为水泥、石子和砂子时，可以用小绞车将移动式棱形缓冲器拉到B点，当物料为水泥、石粉和砂子时，可以将移动式棱形缓冲器摆到A点，通过不同阶段控制移动式棱形缓冲器的位置实现井下混凝土物料的分离储存；

7.在井下浇筑(喷浆)混凝土物料仓下部安装空气炮18，空气炮18突然喷出的压缩气体的强烈气流，以超过一马赫(音速)的速度直接冲入料仓的闭塞故障区，防止料仓的堵塞。

8.根据井下开拓巷道掘进速度及巷道围岩喷浆厚度确定每天喷浆物料的需求量，根据开拓巷道及硐室对浇筑物料的需求确定每天浇筑物料的需求量，结合每天喷浆及浇筑物料的需求量确定井下储料仓的有效体积。

整个工艺过程：

石子：汽运石子→接料漏斗→上料皮带输送机→犁式卸料器→地面石子料仓→称重式皮带给料机→投料管→移动式棱形缓冲器→井下浇筑混凝土物料仓→甲带式给料机→矿车

砂子：汽运砂子→接料漏斗→上料皮带输送机→犁式卸料器→地面砂子料仓→螺旋式给料机→皮带机→投料管→移动式棱形缓冲器→井下浇筑(喷浆)混凝土物料仓→甲带式给料机→矿车

石粉：汽运砂子→接料漏斗→上料皮带输送机→犁式卸料器→地面砂子料仓→螺旋式给料机→皮带机→投料管→移动式棱形缓冲器→井下喷浆混凝土物料仓→甲带式给料机→矿车

水泥：汽运水泥→接料漏斗→上料皮带输送机→地面水泥料仓→螺旋式给料机→皮带机→投料管→移动式棱形缓冲器→井下浇筑(喷浆)混凝土物料仓→甲带式给料机→矿车

石子、砂子、石粉和水泥分时间段向地面储料仓供料，石子、砂子和水泥同时间段向投料井口供料，石粉、砂子和水泥同时间段向投料井口供料，根据投放物料的类型，调整缓冲及分离器的位置以实现物料缓冲及分类储存的目的。

Claims (4)

1.一种深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，其特征在于，所使用的快速投放运送设备系统为：接料漏斗(1)，在接料漏斗(1)上设置铁篦子；成一字排列的石子料仓(3)、砂子料仓(4)、石粉料仓(5)和水泥料仓(6)；衔接设置在接料漏斗(1)与石子料仓(3)、砂子料仓(4)和石粉料仓(5)之间的上料皮带输送机(2)；位于石子料仓(3)、砂子料仓(4)、石粉料仓(5)和水泥料仓(6)下方的至投料井口的皮带输送机(10)；石粉料仓(5)、砂子料仓(4)和水泥料仓(6)下设置螺旋式给料机(9)，石子料仓(3)下方设置称重式皮带给料机(8)，螺旋式给料机(9)给料口与称重式皮带给料机(8)非称重段相搭接；在所述的石子料仓(3)、砂子料仓(4)、石粉料仓(5)上口设置有犁式卸料器(7)；在井下储料仓上口安装移动式棱形缓冲器(14)，移动式棱形缓冲器(14)通过投料管(11)与皮带输送机(10)衔接，所述的动式棱形缓冲器(14)包括三角形整体钢铸底盘(20)、在整体钢铸底盘(20)上有耐磨层(21)、在整体钢铸底盘(20)下有多个高强度弹簧(22)和导向杆(24)、整体钢铸底盘(20)通过多个高强度弹簧(22)和导向杆(24)固定在底座(23)上；移动式棱形缓冲器(14)布置在减震工字钢梁(26)上；减震工字钢梁(26)是由两根16Mn工字钢组成，减震工字钢梁(26)两端插入井下物料仓壁(30)中，并通过中部的横向加固梁(29)加固减震工字钢梁(26)；在井下储料仓下口各设置甲带式给料机(17)；

包括以下步骤：

a.喷浆及浇筑混凝土物料卸载到接料漏斗(1)，接料漏斗(1)上设置的铁篦子防止不合格大尺寸物料进入料仓，减小后期物料投放过程中投料管堵塞的风险；

b.经筛选进入接料漏斗(1)中的混凝土物料，经上料皮带输送机(2)运送到地面水泥、石粉、砂子和石子料仓，上料皮带输送机(2)在不同时间段运送不同物料，结合料仓上口犁式卸料器(7)的作用，实现地面不同料仓的分时间段供料；

c.石子料仓(3)、砂子料仓(4)、石粉料仓(5)和水泥料仓(6)中的物料经料仓下方的皮带输送机(10)运送至投料井口；

d.投放喷浆混凝土物料时，开启石粉、砂子及水泥料仓下的螺旋式给料机(9)，投放浇筑混凝土物料时，开启砂子及水泥料仓下的螺旋式给料机(9)以及石子料仓下的称重式皮带给料机(8)；通过调节给料机的给料速度实现石粉、水泥与砂子以及石子、水泥与砂子的合理配比；称重式皮带给料机(8)及螺旋式给料机(9)所给物料由给料机下方的皮带运输机输送至投料井口；

e.根据井下巷道掘进速度及巷道围岩喷浆厚度确定每天喷浆及浇筑混凝土物料的需求量，进而确定井下储料仓的有效体积；储料仓的物料通过设置在井下储料仓下口的甲带式给料机(17)后，再通过矿车(19)运送到井下物料所需地点。

2.根据权利要求1所述的深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，其特征在于：所述投料管(11)的有效直径根据所投物料的速度及颗粒大小，通过力学分析、物理相似模拟试验及有限元数值模拟确定：

$d_0=\max \left\{\begin{array}{c}{d}_0=\sqrt{\mathrm{\γQ}/\mathrm{\π\ρ}\sqrt{2\mathrm{gh}+v_b^2}}/30\\ d_0\≥3r\end{array}\right.$

式中：d₀为投料管(11)的有效直径，m；v_b为皮带机带速，m/s；ρ为充填物料平均密度，t/m³；γ为投料流量不均衡系数，取1.2；Q为投料流量，t/h；g为重力加速度，m/s²；h为带式输送机到井口的垂直高度，m；r为所投物料最大粒径，m。

3.根据权利要求1所述的深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，其特征在于：所述铁篦子过滤面积为40mm×40mm。

4.根据权利要求1所述的深部巷道喷浆及浇筑混凝土物料一井二仓式快速运送方法，其特征在于：井下储料仓的有效容积为150m³～200m³。