风力输送连续浇筑材料的实践

李吉伊

（霍州煤电丰峪煤业有限责任公司通风区，山西 霍州 031400）

霍州煤电丰峪煤业井下运输和通风巷道多采用锚杆、锚网、U型棚支护，U型棚与巷道围岩之间采用水泥浇筑方式，可以有效的对巷道顶部和帮部变形进行控制，保障井下开采的安全。但是传统的运输方式实效性不佳，水泥混凝土供应不及时，导致U型棚、巷道围岩的浇筑没有办法及时完成，同时因没有及时的运输到位也无法保证浇筑材料的质量。丰峪煤业采用风力输送系统运输预混料的方式，可以有效的解决混凝土浇筑不及时的问题。

1 风力输送系统的构成

德国OLKO公司根据丰峪煤业井下巷道混凝土运输的实况，有针对性的设计了全自动化物料风力输送系统。该系统主要由地面站、井下中转站、移动式工作面站、管路和控制系统五大部分组成，下面逐一进行分析。

1.1 地面站

风力输送系统地面站由动力风源、动力风干燥车间、混合料储运装置、地面中心控制站、连接管路、线缆构成。根据动力风源最小工作压力0.4MPa的要求，选定离心式空气压缩机，额定输出压力0.8MPa。动力风干燥车间选用SF3102型矿用电动轮空气干燥器。地面中心控制站包含低压配电柜、阀控柜、PLC控制系统和可视化系统。

地面混合料储运装置用来对混合料进行暂时性的储存，根据施工现场的用料需求进行及时输送。该料仓为分段结构，每个料仓容积为150m3，根据输送量安装多个储料仓。每个单独储料仓最大输送量为10t/h。料仓结构示意图如图1所示。

系统设有串联发料加压装置，结构示意图如图2所示。该串联发料加压装置由左、右两个压力容器、调节齿轮箱、驱动单元、计量和调节单元及压风分配系统构成。左右两个压力容器可以相互交替的进行加注和排空作业，从而能有效的保证材料运输的连续性。

图1 料仓结构

图2 串联发料加压装置

1.2 井下中转站

系统井下中转站的构成见图3所示。

图3 井下中转站

从图3可知，井下中转站由串联加压发料装置、汽水分离器装置和储料仓三部分构成。该处串联加压发料装置与地面站串联加压发料装置相同，仅尺寸较大；储料仓主要是对混合料进行暂时储存或输送；汽水分离器的作用为对水汽进行分离，同时实现对压缩空气的分配功能。

1.3 移动式工作面站

移动式工作面站为终端设备，包括螺旋式料仓、混凝土泵、带行走机构、重型轨道梁和电气动控制器，主要是为该风力输送系统混凝土泵提供混凝土。设备安装在吊挂式轨道梁上，在作业中可以跟随巷道进行推移。

2 风力输送系统工作原理

风力输送系统工作原理如工作流程图4所示：压风机产生压力风，经过干燥的矿井动力风后，充入到串联加压装置与螺旋给料机输送出的混合料均匀混合，控制系统根据用料需求将混合料从管道输送至井下，经中转站加压输送至迎头。

2.1 空气干燥器

空气干燥器采用制冷技术对压缩空气进行强制冷却，使压缩空气内含有的大量水汽、油雾凝结成液滴，经汽水分离器分离后，由自动排水器排出机外，经冷干机处理的压缩空气，其压力露点可达2°～10°，满足风力输送的工业要求。空气压缩机输出的常温含湿气体首先进入前置分离过滤器除去液态油水和固体颗粒，然后进入预冷/回热器与来自蒸发器的冷气换热，冷却后的含水气体经分离器进入蒸发器与冷媒再次换热，冷却至设定压力的露点，出蒸发器的冷气体经再次分离液态水后重新回到预冷/回热器与压缩机排出的热气体进行换热至常温，再经除油过滤器除油后进入供气管道。

图4 系统工作流程图

2.2 地面站

（1）储料仓：料仓加注为全自动化控制，通过加注软管与散装水泥车卸料软管相连，动力风经过干燥后混合料吹入料仓。（2）串联加压装置：混合料输送开始后，关闭压力容器进料口，加注动力风；螺杆给料机启动，打开压力容器卸料闸阀，输送到管路。

2.3 中转加压站

（1）中转站料仓：在注浆泵或者下级中转站发出材料供应需求下，打开料仓进行卸料流程，螺杆输料机向风力输送装置输送混合料。（2）中转站串联加压装置：由中转站料仓对左右两个压力容器相互交替的进行加注和排空作业，根据上游管路动力风压力和流量全自动调节。

2.4 工作面站

移动式储料仓：混合料在料仓进行分离，通过螺杆输送机将混合料输送到下游的风力输送装置，流体状混合料通过风力输送到迎头消耗装置搅拌机和混凝土泵。

3 控制系统构成和流程

从图5可知该控制系统主要是由压风机控制、冷却器控制、地面中控站、中转站控制、工作面站控制五个分系统控制器组成，基于现场总线与工业以太网互联来进行各分系统控制器的控制信息交换与联系。各分系统控制器主要是以井下工作面站物料的需求为设定，各分系统控制之间能进行全自动的协调控制。

图5 控制系统构成

4 实践应用分析

霍州煤电丰峪煤业公司1302工作面相关巷道进行混凝土施工作业中，采用了风力输送系统进行混凝土的运输，从而实现混凝土材料的连续浇筑。从实践情况来看，该系统可以根据1302工作面掘进作业的用料需求连续提供混合料。通过自动化控制系统做到地面-井下迎头的自动联动运行，根据迎头的用料需求量来调节运输量，做到对混合料的及时补充。该风力运输系统的应用解决了该煤矿以往下架后因运输能力不足导致的浇筑不及时的问题，同时还解决了该矿窄轨辅助运输运力紧张的问题。

风力输送系统的实践应用，提高了运输系统的自动化程度，减少了窄轨电车作业次数，减少了运输系统岗位人数，起到了减人增效的作用，同时提高了运输系统的安全性能，也保障了工作人员的安全。当前系统可以将混合料从储料仓中直接输送到搅拌机进行作业，减少了中间工序，降低了粉尘污染，同时自动化运输系统的作业有效的控制了混凝土的混料比例，提高了混凝土的质量。该风力输送系统的应用在保障混凝土质量的同时，实现了1302工作面U型棚、巷道围岩的连续式充填浇筑，提高了巷道支护强度。1302工作面在开采期间没有出现因为混凝土浇筑质量问题而出现的安全事故。该风力输送系统的实践应用表现出了较好的安全效益和经济效益，可以在集团公司全面推广应用。