綜采工作面主運系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用

吳 雷

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河礦, 山西 晉城 048205)

·試驗研究·

綜采工作面主運系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計及應(yīng)用

吳 雷

(晉城煤業(yè)集團(tuán) 寺河礦, 山西 晉城 048205)

針對寺河礦井下不同水平間大跨度、高落差主運出煤系統(tǒng)的實際情況，采用傳統(tǒng)煤倉給煤機的出煤方式，由于煤倉容量小，原有的儲煤、控煤優(yōu)勢無法體現(xiàn)，極易發(fā)生煤倉溢倉情況，提出折彎溜槽與螺旋溜槽相結(jié)合的方案。通過折彎溜槽與螺旋溜槽的分級減速，控制了煤流速度，既保證了煤流的通過性，又提高了原煤塊率約4%. 通過綜采工作面回采出煤運行，效果良好，目前在該礦已全面推廣。

主運系統(tǒng)；大跨度；高落差；螺旋溜槽；折彎溜槽

1 項目提出背景

寺河礦西井區(qū)西二盤區(qū)W2301綜采工作面主運線路為膠帶運輸巷→西區(qū)北膠帶巷→西膠大巷→井底煤倉。其中由于W2301綜采工作面膠帶運輸巷布置于煤巷，北膠大巷布置于巖巷，平均高差10 m，造成運輸巷道皮帶搭接北膠皮帶困難，引起原煤塊率損失、系統(tǒng)聯(lián)鎖延時、堆煤等一系列問題。

針對W2301綜采工作面主運系統(tǒng)高跨度落煤轉(zhuǎn)載點，存在落差大、跨度大、煤速高等特點，提出大跨度螺旋溜槽設(shè)計方案。采用螺旋溜槽與折彎直溜槽相結(jié)合的轉(zhuǎn)載方式，同時基于綜采工作面采煤機、三機、1.4 m膠帶機設(shè)備參數(shù)，在原有2 500 t/h運量的基礎(chǔ)上，提高了溜煤眼螺旋溜槽運量，設(shè)計為3 000 t/h，進(jìn)一步緩解高跨度落煤在降速過程中的擁煤現(xiàn)象。

通過綜采工作面初采，出現(xiàn)溜煤眼卡、堵現(xiàn)象，主要原因為工作面采煤機機尾至機頭割煤時大塊較多，運至溜煤眼折彎直溜槽時卡、堵，為此，將折彎直溜槽折彎處折彎角度加大，將原有90°折彎角增大至135°，改進(jìn)后效果良好。

2 設(shè)計方案及實施

W2301主運系統(tǒng)設(shè)計的重點在于溜煤眼內(nèi)螺旋溜槽及溜煤眼下口落煤點的設(shè)計，既要考慮溜煤眼內(nèi)高速煤量的降速，減少高速煤對溜槽、皮帶的磨損、沖擊，又要使溜煤眼下口落煤點不堆煤、不灑煤。具體設(shè)計如下：

巷道布置平面圖、剖面圖分別見圖1，圖2.

圖1 巷道布置平面圖

圖2 巷道布置剖面圖

2.1 設(shè)計參數(shù)

2.1.1 溜煤眼巷道剖面(設(shè)計所需參數(shù))

1) 溜煤眼參數(shù)。

巷道剖面：2 500 mm×3 000 mm

巷道坡度：平均角度28°

2) W23011巷機頭參數(shù)。

巷道剖面：6 800 mm×4 500 mm

3) 北膠落煤點參數(shù)。

巷道剖面：5 000 mm×4 500 mm

溜煤眼下口高度：2 500 mm

2.1.2 配套設(shè)備參數(shù)(設(shè)計所需參數(shù))

配套設(shè)備參數(shù)主要考慮主運系統(tǒng)單位小時運量及1.4 m膠帶機機頭尺寸及位置尺寸，進(jìn)而確定螺旋溜槽運量及制造尺度。

1) 綜采工作面主運系統(tǒng)運量。

刮板運輸機運量：2 500 t/h；轉(zhuǎn)載機運量：2 750 t/h；1.4 m膠帶機運量：2 500 t/h

2) 1.4 m膠帶機技術(shù)參數(shù)。

膠帶寬度：B=1 400 mm；膠帶機運量：Q=2 500 t/h；卸載滾筒直徑：D=1 000 mm；膠帶機帶速：V=3.5 m/s；卸載滾筒架高度：H=3 050 mm

2.2 螺旋溜槽設(shè)計

2.2.1 設(shè)計原理

根據(jù)牛頓運動方程：

f=m(dv)/dt

式中：

f—物體所受的力，N；

m— 物體的質(zhì)量，kg；

dv—物體的速度變化；

dt—作用時間的變化。

從上式可以看出，塊煤受力與運動速度成正比，與碰撞時間成反比。因而通過降低塊煤的運動速度或延長顆粒間碰撞時間，可有效提高塊率。

因此，通過溜煤眼上口螺旋溜槽提高接煤高度，降低拋物線落差；溜煤眼內(nèi)增加緩沖斗降低煤體運動速度、延長碰撞時間，極大地提高了原煤的塊率。設(shè)計原理示意圖見圖3.

圖3 設(shè)計原理示意圖

結(jié)合巷道剖面及主運系統(tǒng)設(shè)備配套，螺旋溜槽設(shè)計為3段：

1) W23011巷機頭螺旋溜槽入口段。

主要采用偏心旋流技術(shù)使螺旋溜槽的每層中心不重合，實現(xiàn)溜槽每層的橫向移動，解決了皮帶機頭與落煤點中心偏距太遠(yuǎn)的問題。同時通過高位弧面接煤手段使煤流拋物線與螺旋溜槽入口段弧面充分吻合，減少了煤對溜槽的沖力，提高設(shè)備使用壽命。

螺旋溜槽采用不銹鋼板材加工制作使煤在光滑旋流曲面中運行，減少沖擊力，提高塊率；通過分段設(shè)計，法蘭連接加快安裝進(jìn)度，免去井下燒焊。

通過入口段螺旋溜槽的設(shè)計安裝，有效地降低了膠帶輸送機原煤速度，提高了原煤塊率，實現(xiàn)了原煤的一級降速。

2) 溜煤眼內(nèi)直溜槽折彎緩沖段。

折彎緩沖段的設(shè)計是整個系統(tǒng)的核心，通過將溜槽設(shè)計為折彎溜槽有效降低了原煤速度，并在每個折彎處設(shè)計儲煤空間，確保始終留有原煤，使煤流在折彎處減少與溜槽的碰撞，提高塊率，最終使煤流大幅降速，基本控制在3 m左右，從而實現(xiàn)對煤流速度進(jìn)行二級控制。

3) 北膠落煤點螺旋溜槽出口段。

螺旋溜槽出口段設(shè)計與入口段設(shè)計原理相同，在保證原煤塊率的同時，對螺旋溜槽出口處煤流進(jìn)行控制，保證煤流平穩(wěn)的運送至下運膠帶機。

2.2.2 溜煤眼內(nèi)溜槽布置情況

通過將螺旋溜槽3段，即螺旋溜槽入口段、溜槽折彎緩沖段、螺旋溜槽出口段聯(lián)接，有效解決了大跨度、高落差出煤系統(tǒng)的煤流速度控制問題，滿足了礦井生產(chǎn)需要，安裝示意圖見圖4，圖5.

圖4 螺旋溜槽在溜煤眼內(nèi)布置剖面圖

圖5 螺旋溜槽在溜煤眼內(nèi)布置平面圖

2.2.3 效 果

1) W2301溜煤眼螺旋溜槽首次實現(xiàn)27 m水平距、17 m垂直距的長距離、大高差溜煤。

2) W2301溜煤眼螺旋溜槽實現(xiàn)了多級緩沖、降速。為避免大落煤高差帶來的高速煤對北膠皮帶及螺旋溜槽的沖擊及磨損，螺旋溜槽中間部采取多級緩沖折彎直溜槽，降低了落煤速度。

3) 北膠1.4 m皮帶實現(xiàn)驅(qū)動部與漲緊部異形延伸架連接。根據(jù)北膠巷道剖面，1.4 m皮帶漲緊部安裝于北膠巷道變坡點，影響皮帶安裝，通過設(shè)計安裝異形延伸架有效解決了安裝問題。

4) W23011巷皮帶卸載滾筒與驅(qū)動部間加裝延伸架，分離安裝，實現(xiàn)跨空巷，保證皮帶安全穩(wěn)定運行。

5) 西區(qū)北膠皮帶PROMOS控制系統(tǒng)通過程序設(shè)計，實現(xiàn)北膠皮帶緊急停車后、控制系統(tǒng)延時8 s，W23011巷順槽皮帶停車，防止北膠皮帶堆煤。

6) W2301溜煤眼下口擋煤板限流及倒流裝置設(shè)計，通過加裝限流閘及倒流板，有效解決系統(tǒng)大煤量時漏煤、灑煤現(xiàn)象。

3 運行中存在問題

寺河礦西井區(qū)W2301綜采工作面主運系統(tǒng)為：工作面→W23011巷→溜煤眼→北膠皮帶→西膠皮帶→西區(qū)煤倉。由于W23011巷為順槽煤巷，北膠帶運輸巷為巖巷，兩巷縱向落差17 m，橫向跨距27 m，基于現(xiàn)場巷道布置，為滿足W2301綜采工作面主運系統(tǒng)出煤需要，W23011巷布置1.4 m皮帶，溜煤眼內(nèi)布置螺旋溜槽，北膠巷布置1.4 m皮帶。

為緩解W23011巷1.4 m皮帶煤量經(jīng)溜煤眼后，由于高度差產(chǎn)生的24 m/s的高速煤對北膠皮帶的沖擊，溜煤眼內(nèi)螺旋溜槽采用折彎直溜槽對煤起到緩沖、降速作用，從而減少高速煤對溜槽磨損及北膠皮帶的沖擊。由于橫縱落差大，W2301綜采工作面回采期間容易造成3方面主要問題：

1) 由于溜煤眼內(nèi)采用折彎直溜槽對煤量進(jìn)行降速，當(dāng)綜采工作面采煤機從機尾至機頭割煤時，大塊較多，至溜煤眼折彎溜槽處容易發(fā)生卡堵現(xiàn)象，影響生產(chǎn)。

2) 當(dāng)W23011巷1.4 m皮帶出煤量大時，由于溜煤眼內(nèi)螺旋溜槽的減速設(shè)計，下口至北膠皮帶煤量特別大，瞬間超出北膠皮帶設(shè)計出煤量，出現(xiàn)落煤點擁煤、灑煤現(xiàn)象。

3) 當(dāng)北膠皮帶故障停車或緊急停車時，溜煤眼內(nèi)溜槽積存煤量大，容易造成溜煤眼下口北膠皮帶大量堆煤、灑煤。

基于以上幾點問題， 一方面改進(jìn)PROMOS控制系統(tǒng)控制方式，另一方面對溜煤眼內(nèi)折彎溜槽的折彎處進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，滿足大塊通過。同時對溜煤眼下口落煤點擋煤板進(jìn)行優(yōu)化，加裝導(dǎo)流板、限流閘板，從而實現(xiàn)W2301綜采工作面主運系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

4 應(yīng)用情況和經(jīng)濟(jì)、社會效益

4.1 推廣應(yīng)用

目前，該轉(zhuǎn)載落煤裝置在寺河礦W2301綜采工作面安裝使用，完全滿足綜采工作面回采期間出煤需要，提高了4%原煤塊率，W2302綜采工作面將陸續(xù)推廣該轉(zhuǎn)載落煤裝置。

4.2 效益分析

4.2.1 社會效益

首次解決了大跨度、高落差出煤轉(zhuǎn)載問題，為今后類似西二盤區(qū)情況的工作面提供了借鑒，省去了施工煤倉、安裝給煤機工作量。

4.2.2 經(jīng)濟(jì)效益

1) 減少了施工煤倉、安裝給煤機工作。

2) W2301綜采工作面儲量為345萬t，按提高塊率4%計算，工作面回采完畢后多產(chǎn)塊煤345萬t×4%=13.8萬t. 按塊煤每噸500元計算，可提高效益產(chǎn)值13.8萬t×500元=6 900萬元。

Optimized Design and Application of Main Transport System in Fully Mechanized Coal Mining Face

WU Lei

According to the actual situation of large-span and high-drop coal conveying system at different levels of Sihe coal mine, the traditional coal bunker and coal-feeding method is adopted. Due to relatively small capacity, the original advantages of bunker system can not be achieved effectively, and prone to coal bunker overflow. The solutions of combining folding chute and spiral chute together is put forward, by hierarchic decelerating of folding chute and spiral chute, controls the coal flow speed vastly, the transit performance is ensured, and rate of lumped coal increased about 4%. On site operation shows that the solution ran very well in the fully mechanized coal mining workface, and now has been popularly adopted in the coalmine.

Main transport system; Large span; High drop; Spiral chute; Winding chute

2016-06-23

吳 雷(1981—)，男，山西晉城人，2002年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機電設(shè)計工作

(E-mail)1756854964@qq.com

TD52

B

1672-0652(2016)08-0017-03