LCD-180型端幫采煤機(jī)研制與功效分析

李 勇，代 博，高志龍，劉俊杰

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省露天礦山裝備工程技術(shù)研究中心，遼寧 阜新 123000）

LCD-180型端幫采煤機(jī)研制與功效分析

李 勇1，2，代 博1，2，高志龍1，2，劉俊杰1，2

（1.遼寧瀚石機(jī)械制造有限公司，遼寧 阜新 123000；2.遼寧省露天礦山裝備工程技術(shù)研究中心，遼寧 阜新 123000）

介紹了自主研制的、獲得國(guó)家和澳大利亞、美國(guó)、歐洲和加拿大發(fā)明專利授權(quán)的LCD-180型端幫采煤機(jī)整裝裝備的6大組成系統(tǒng)和主要技術(shù)指標(biāo)與采煤工藝。該機(jī)開采能力為20萬t/a，相當(dāng)于一座小型井工煤礦；確定了該機(jī)在試生產(chǎn)中出現(xiàn)問題的原因。據(jù)此，提出了對(duì)該機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造的方案，可使新機(jī)型生產(chǎn)能力達(dá)到120～140萬 t/a。

露天礦山端幫；呆滯煤；端幫采煤機(jī)；試生產(chǎn)與功效；發(fā)明專利

0 引 言

截至2014年7月底，我國(guó)生產(chǎn)和在建露天煤礦400多座、總計(jì)產(chǎn)能6.5億t/a[1]。露天煤礦幫坡遺留大量壓煤[2]，山西平朔安家?guī)X露天礦南端幫部分壓煤量約為100萬t[3]，白音華一號(hào)露天煤礦設(shè)計(jì)邊幫壓煤量為1.97億t[2]，實(shí)際邊幫壓煤量為1.41億t[4]。據(jù)本文統(tǒng)計(jì)，我國(guó)露天煤礦邊幫壓煤量占邊境內(nèi)可開采量的14%，甚至更多。隨著露天礦內(nèi)排的跟進(jìn)端幫壓煤以>300 m/a的速度被掩埋，造成我國(guó)有限煤炭資源的永久性浪費(fèi)[5]。

目前，我國(guó)對(duì)端幫下壓煤的開采所使用的先進(jìn)露天煤礦開采設(shè)備幾乎全部國(guó)外引進(jìn)，在該采礦領(lǐng)域國(guó)外處于絕對(duì)壟斷地位，價(jià)格高出國(guó)產(chǎn)同樣規(guī)格設(shè)備的幾倍之多，而且進(jìn)口設(shè)備維修困難、配件供應(yīng)條件差等弊端[3]。

端幫采煤機(jī)的自主化、自產(chǎn)化與無人化和采裝運(yùn)一體化，實(shí)為當(dāng)前我國(guó)露天礦山之所需。

針對(duì)上述狀況并結(jié)合我國(guó)露天煤礦的實(shí)際需求，筆者所在單位研制了LCD-180型端幫采煤機(jī)（下簡(jiǎn)稱端幫采煤機(jī)）。雖然礦山行業(yè)正處于結(jié)構(gòu)調(diào)整與去產(chǎn)能時(shí)期，但該機(jī)主要著眼于端幫殘留資源的回收、是一套真正的節(jié)能、環(huán)保、安全與高效的整機(jī)裝備。

結(jié)合該機(jī)概況及其在霍林河露天煤業(yè)股份有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工業(yè)試驗(yàn)與功效進(jìn)行簡(jiǎn)介與分析。

1 端幫采煤機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 整體裝備概述

根據(jù)合作方開采煤炭屬褐煤，考慮圍巖穩(wěn)定性及其對(duì)端幫采煤機(jī)的不利影響，設(shè)計(jì)最大截割寬度為1 800 mm，故該機(jī)定型為L(zhǎng)CD-180型。

自主研發(fā)制造的端幫采煤機(jī)整體裝備由截割機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、運(yùn)煤機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、防護(hù)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)、步進(jìn)式自動(dòng)轉(zhuǎn)場(chǎng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)和動(dòng)力機(jī)構(gòu)系統(tǒng)等6個(gè)部分組成，LCD-180型端幫采煤機(jī)主視圖如圖1所示。

圖1 LCD-180型端幫采煤機(jī)主視圖

1.2 截割機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

截割機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括截割部本體、往復(fù)伸縮裝置和可展開側(cè)翼截割裝置如圖2所示。前進(jìn)時(shí)，截割滾筒向前推移并截割前方礦體；后退時(shí)，展開側(cè)翼截割裝置向截割部本體的側(cè)翼展開、并截割側(cè)翼的礦體。

圖2 端幫采煤機(jī)側(cè)翼截割裝置簡(jiǎn)圖

1.3 裝運(yùn)煤機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

裝運(yùn)煤機(jī)構(gòu)系統(tǒng)包括裝載裝置和輸送裝置如圖3所示，裝載裝置可將截割下來的煤炭收集經(jīng)輸送裝置向礦井外輸送。將截割、收集及裝運(yùn)集成為一體。

圖3 端幫采煤機(jī)輸送裝置簡(jiǎn)圖

1.4 防護(hù)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

端幫采煤機(jī)開采進(jìn)入煤層后，形成一個(gè)矩形孔硐，其圍巖對(duì)端幫采煤機(jī)及附屬裝運(yùn)設(shè)備的運(yùn)行狀況和安全狀態(tài)，將會(huì)產(chǎn)生潛在的危害。為防護(hù)機(jī)器受損和保障生產(chǎn)安全、防止在開采過程中側(cè)幫和頂板垮落，埋壓機(jī)器、甚至造成生產(chǎn)安全，設(shè)計(jì)裝備有安全防護(hù)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖4所示，其可自動(dòng)支護(hù)保護(hù)機(jī)身。

圖4 端幫采煤機(jī)防護(hù)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

1.5 轉(zhuǎn)場(chǎng)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由2套液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)組成，步進(jìn)式橫向行走斜視圖如圖5所示。

圖5 端幫采煤機(jī)步進(jìn)式行走三維斜視圖

完成開采后，一套垂直液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)先行啟動(dòng)，使機(jī)體抬高、離開地面；另一套水平液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作，推動(dòng)機(jī)體支架側(cè)移，側(cè)移步距為1 m；然后液壓缸收縮、并攏，完成一次行走。重復(fù)這一套動(dòng)作，直至到達(dá)預(yù)定待開采工作場(chǎng)地，完成整機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)。

1.6 動(dòng)力機(jī)構(gòu)系統(tǒng)

動(dòng)力機(jī)構(gòu)系統(tǒng)提供采煤機(jī)所需全部動(dòng)力，主要包括截割煤、側(cè)翼幫刮煤、運(yùn)煤和完成計(jì)劃采煤后機(jī)身退出、采煤機(jī)轉(zhuǎn)場(chǎng)行走所需動(dòng)力。

目前設(shè)計(jì)的采煤機(jī)動(dòng)力機(jī)構(gòu)系統(tǒng)主要是幫外設(shè)置動(dòng)力液壓泵站如圖1⑤所示，通過液壓管輸送至各個(gè)系統(tǒng)形成工作動(dòng)力。

1.7 主要技術(shù)指標(biāo)與采煤工藝

1）端幫采煤機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 端幫采煤機(jī)技術(shù)指標(biāo)

2）采煤工藝過程簡(jiǎn)介 平整幫前作業(yè)場(chǎng)地，安置端幫采煤機(jī)、動(dòng)力總控站，設(shè)置受煤場(chǎng)地。

在自動(dòng)控制系統(tǒng)控制下，依次啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)，端幫采煤機(jī)開始實(shí)施采煤作業(yè)。端幫采煤機(jī)在采礦過程中，可以通過往復(fù)伸縮裝置將截割滾筒向前延伸，即端幫采煤機(jī)的截割部本體不動(dòng)，截割滾筒向前推移并截割煤體。端幫采煤機(jī)回退時(shí)，可展開側(cè)翼截割裝置向截割部本體的兩側(cè)展開；側(cè)翼截割裝置展開后與截割部本體的長(zhǎng)度方向呈一定夾角，向后回退的過程中同時(shí)能截割兩側(cè)的煤體，使巷道兩側(cè)及頂部煤層持續(xù)自行冒落，增加端幫采煤機(jī)的采煤量。

收集裝置將截割和冒落的煤自動(dòng)裝置于運(yùn)輸皮帶機(jī)上，再裝入載煤車，輸運(yùn)至孔硐外，轉(zhuǎn)載一處堆放或直接裝車外運(yùn)。

端幫采煤機(jī)工作時(shí)，采煤工作面無人作業(yè)。如作業(yè)時(shí)出現(xiàn)故障，采煤機(jī)可自動(dòng)報(bào)警，在端幫平臺(tái)由操作人員對(duì)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化控制自救。

1.8 自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)與專利

LCD-180型端幫采煤機(jī)先后獲得了中國(guó)和澳大利亞、美國(guó)、歐洲與加拿大等國(guó)的發(fā)明專利授權(quán)與證書。

2 端幫采煤機(jī)試生產(chǎn)概況

2.1 霍林河北露天煤礦煤層與工況概述

霍林河露天煤礦具有1 500萬t/a生產(chǎn)能力[6-7]。14#、17#和21#煤層分布廣、厚度大、較穩(wěn)定，為主要含煤層和主要可采煤層；煤層埋藏淺、傾角一般5° ～15°[8-9]。

該礦臺(tái)階高度為12 m，作業(yè)場(chǎng)地平臺(tái)寬約30 m。估算境界內(nèi)端幫壓煤可采儲(chǔ)量約為2.0億t，端幫可采儲(chǔ)量約0.7億t。

2.2 試生產(chǎn)概況

采煤工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果為：總共采掘了6個(gè)房硐，累計(jì)進(jìn)尺557 m，平均進(jìn)尺92.83 m，最大進(jìn)尺105 m，累計(jì)出煤量達(dá)3 300 t。采掘高度2.5 m，采掘?qū)挾?.8 m。成功地完成了露天礦端幫采煤工業(yè)性試驗(yàn)，設(shè)計(jì)功能基本全部實(shí)現(xiàn)。

試生產(chǎn)中，端幫采煤機(jī)本身表現(xiàn)出的主要問題有2個(gè)方面：

1）當(dāng)掘進(jìn)到約第12臺(tái)運(yùn)煤小車的位置74 m左右時(shí)，端幫采煤機(jī)牽引不動(dòng)后面的運(yùn)輸小車前行。分析其原因，是2個(gè)液壓系統(tǒng)爭(zhēng)流，分給行走馬達(dá)的液壓流量不夠所致。

2）截割主機(jī)前進(jìn)100 m總計(jì)向左偏約1.8 m，形成一個(gè)曲率很大的弧形礦硐，偏差度為1.8%，此偏差度在允許范圍之內(nèi)。

究其原因，可能主要與機(jī)械結(jié)構(gòu)與動(dòng)力有關(guān)：①同步性，左右履帶行走幅度和/或速度沒有達(dá)到嚴(yán)格的同步性，左側(cè)履帶行走幅度和/或速度稍小、而右側(cè)稍大；②垂直性，截割滾筒可能與前進(jìn)方向沒有保持垂直(左偏后右偏前），屬于裝配問題；③均衡性，截割推力不均衡(左部略小右部略大），屬于液壓動(dòng)力傳輸問題。

3 端幫采煤機(jī)生產(chǎn)功效及相關(guān)分析

3.1 端幫采煤機(jī)功效

截割機(jī)構(gòu)在滑臺(tái)上行走工步設(shè)定為1 m、1.5 m和2.0 m 3個(gè)尺度。試生產(chǎn)采用了最大尺度，即2.0 m行走工步尺度，行走一個(gè)工步耗時(shí)為20.2～20.5 min，即可達(dá)到約6 m/h。

采煤效率為27.0 m3/h，按設(shè)計(jì)指標(biāo)37.8 m3/h。因該礦為優(yōu)質(zhì)褐煤，故其容重取值1.2，試生產(chǎn)采煤效率為32.4 t/h，按設(shè)計(jì)指標(biāo)采煤效率為45.4 t/h。

設(shè)計(jì)開采能力為60 t/h，上述2個(gè)數(shù)值顯示開采能力沒有達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期，主要原因依然是：①總動(dòng)力不足；②動(dòng)力分配尚不十分合理；③動(dòng)力傳輸過程中的損耗與衰減。

試生產(chǎn)過程中，沒有采用設(shè)計(jì)的采高3.5 m，而實(shí)際采高為2.5 m，就是考慮了動(dòng)力問題。端幫采煤機(jī)功效見表2。

表2 端幫采煤機(jī)功效

3.2 端幫采煤機(jī)經(jīng)濟(jì)效益

端幫采煤機(jī)開采功效如表2所示，相當(dāng)于一座中小型井工礦井的年產(chǎn)量，但其成本僅為井工礦井的25%。

據(jù)中國(guó)煤炭網(wǎng)2017年3月1日?qǐng)?bào)道，錦州港和葫蘆島港發(fā)熱量3 500大卡的褐煤價(jià)格在385～ 395元/t，霍林郭勒市坑口價(jià)210～230元/t[10]?；袅趾勇短斓V褐煤發(fā)熱量6 000大卡（1大卡 =4.184 kJ）以上，按295元/t計(jì)，取180型端幫采煤機(jī)年產(chǎn)24.5萬t端幫褐煤，年產(chǎn)值7 227.50萬元。

按單整機(jī)裝備1 500萬元計(jì)，扣除購(gòu)買設(shè)備費(fèi)用、考慮其他費(fèi)用、維護(hù)和部件更新因素，年均獲利可達(dá)5 000.00萬元。這僅是直接經(jīng)濟(jì)效益。

潛在的經(jīng)濟(jì)效益是最大限度地回收了端幫煤炭資源，社會(huì)效益是端幫壓煤的開采，可遏制、甚至消除煤的自燃、避免了因煤自燃造成的環(huán)境污染破壞。同時(shí)，擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的端幫采煤機(jī)，標(biāo)志著我國(guó)已跨進(jìn)國(guó)際先進(jìn)露天裝備研發(fā)制造的行列。

鑒于180型端幫采煤機(jī)出現(xiàn)的動(dòng)力問題，筆者所轄公司已著手機(jī)型升級(jí)改造，設(shè)計(jì)的新型端幫采煤機(jī)功效可達(dá)120～140萬t/a。

4 結(jié) 論

自主研發(fā)制造的LCD-180型端幫采煤機(jī)裝備已獲得中國(guó)、澳大利亞、美國(guó)、歐洲和加拿大專利授權(quán)，標(biāo)志著我國(guó)已跨進(jìn)國(guó)際先進(jìn)露天裝備研發(fā)制造的行列。經(jīng)過霍林河露天煤礦的試生產(chǎn)驗(yàn)證，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)與指標(biāo)基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

1）LCD-180型端幫采煤機(jī)是一套安全、高效和環(huán)保型露天礦山端幫采礦技術(shù)裝備，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了工作面無人作業(yè)。

2）一套端幫采煤機(jī)相當(dāng)于一座中小型井工礦井的年產(chǎn)量，最高可達(dá)32.4萬t/a，一般為24.5萬t/a。

3）端幫采煤機(jī)顯著的經(jīng)濟(jì)效益是最大限度地回收了遺棄的端幫煤炭資源，減輕了因煤自燃造成的環(huán)境污染破壞。

4）在試生產(chǎn)過程中出現(xiàn)動(dòng)力不足和跑偏現(xiàn)象，已查明原因，屬于加工與裝配和配置問題。

［1］趙紅澤，甄選，厲美杰.中國(guó)露天煤礦發(fā)展現(xiàn)狀［J］.采礦與安全工程學(xué)報(bào).2011，28（2）：263－266，272．

［3］李崇，才慶祥，袁迎菊，等.露天煤礦端幫“呆滯煤”回采技術(shù)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)［J］.中國(guó)礦業(yè).2016，26（6）：12－15．

［4］賀永軍，張洪.露天煤礦相鄰端幫壓煤協(xié)同開采的研究［J］.露天采礦技術(shù).2016，31（4）：14－17．

［5］王韶輝，才慶祥，劉福明.中國(guó)露天采煤發(fā)展現(xiàn)狀與建議［J］.中國(guó)礦業(yè).2014，23（7）：84－87．

［6］http://baike.baidu.com/item/%E9%9C%8D%E6%9E% 97%E6%B2%B3%E9%9C%B2%E5%A4%A9%E7% 85%A4%7%9F%BF/10894441?sefr=enterbtn．

［7］張瑾嫻.內(nèi)蒙古霍林河露天煤礦成游人觀景新去處.中新網(wǎng)通遼6月28日電．

［8］孟祥瑞，舒航，駱中洲.河南露天礦煤質(zhì)均衡控制研究［J］.露天采礦技術(shù).1996（1）：7－14．

［9］東北內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)聯(lián)合公司.東北煤礦資源圖集［M］.沈陽：沈陽測(cè)試中心制圖印制，1985，259－262．

［10］中國(guó)煤炭市場(chǎng)網(wǎng)：http:///www.cctd.com.cn/show-3，發(fā)布時(shí)間：2017-03-01．

【責(zé)任編輯：張東旭】

Development and effect analysis of LCD-180 end slope shearer

LIYong1,2,DAIBo1,2,GAO Zhilong1,2,LIU Junjie1,2
(1.Liaoning Hans Industries Co.,Ltd.,Fuxin 123000,China; 2.Research Center of Open-pit Coal Mine Equipment Engineering and Technology of Liaoning,Fuxin 123000,China)

This article introduces 6 composition systems,main technical index and coal mining process of the independent developed LCD-180 slope shearer which is authorized by China,Australia,America,Europe and Canada.Thismachine is capable of producing 200,000 t/a,equivalent to a small well working coalmine.The article found out the problem of the machine in trial production,and presents the upgrading and improving scheme,which makes the production capacity up to 120-140 million t/a.

end slope of open-pit coalmine;stagnant coal;end slope shearer;trial production and efficacy;invention patent

TD824.5

B

1671－9816（2017）09－0076－04

10.13235/j.cnki.ltcm.2017.09.020

李勇，代博，高志龍，等.LCD-180型端幫采煤機(jī)研制與功效分析［J］.露天采礦技術(shù)，2017，32（9）：76-79.

2017-05-29

李 勇（1971—）男，漢族，遼寧法庫(kù)人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)任遼瀚石機(jī)械制造有限公司沈陽設(shè)計(jì)所所長(zhǎng)，主要從事自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)與研究。