放頂煤綜采工作面三機選型設計方案

史紅瑞

(山西煤炭建設監(jiān)理有限公司, 太原 030012)

1　綜采工作面概況

1.1　工作面基本情況分析

山西左權盤城嶺煤業(yè)采煤工作面要求生產(chǎn)能力達90萬t/a,工作面長度為160 m,煤層厚度最高達6 m,煤層傾角為17°～27°,煤層堅硬度f<3,對于高瓦斯礦井,要求瓦斯?jié)舛葹?2%～15%,而就巷道尺寸而言,所需進風巷的尺寸為4.8 m×4 m(寬×高),回風巷尺寸為4.6 m×4 m(寬×高)。有兩層夾矸,夾矸厚度為0.35 m～0.90 m。由計算可以得出,采煤機日進刀數(shù)為8,工作面日推進度為5.04 m,采煤工作面年產(chǎn)量Q1為65.9萬t,放煤工作面產(chǎn)量Q2為92.5萬t,綜放工作面總產(chǎn)量為Q=Q1+Q2=158.4萬t,因此能夠滿足90萬t/a的設計產(chǎn)能要求。本文選取采煤機、前后刮板輸送機、液壓支架三機結合方案。

1.2　采煤工藝選擇

根據(jù)上述工作條件,采取放頂煤開采工藝,放頂煤開采具有產(chǎn)能高、耗能少、開采效率高、安全性高的特點,中國很多的厚煤層礦區(qū)利用這種工藝去實現(xiàn)高效產(chǎn)煤,進行集約化生產(chǎn),為我國煤炭產(chǎn)出作出重大貢獻[1]。放頂煤開采的技術特點如下。

1)適應能力強。煤層厚度變化明顯的煤層,在放煤口可以將處于支架上方的煤體回收,使得煤層厚度變化對工作面推進的影響減小。

2)利用放頂煤開采,可以提高工作面生產(chǎn)效率。綜放開采使得巷道掘進量降低,從而采煤機割煤量降低,使采煤機投入運行的電力和材料相應地降低,保證高效集約化生產(chǎn)。

3)采用放頂煤開采,更便于對易自燃煤層的管理。

4)頂板控制問題減少。綜放開采對于頂板的管理相對簡單。

5)放頂煤開采工作面產(chǎn)出的煤炭很多是由垮落頂煤構成,由三機(采煤機、刮板輸送機、支架)配合工作,相比于同產(chǎn)量的普通綜采工作面設備,過煤量少,耗時短,便于設備的維護。

2　三機結構參數(shù)

2.1　采煤機的結構參數(shù)

綜采工作面與相應的配套設備選型的依據(jù)是采煤機的理論生產(chǎn)能力,由上面的數(shù)據(jù),可以進一步計算出工作面產(chǎn)生能力為110.9 t/h,根據(jù)煤的容重、采煤機實際牽引速度、機采高度等,選取MG300/710-WD采煤機。此型號采煤機生產(chǎn)能力為416.4 t/h,該數(shù)值大于工作面生產(chǎn)能力要求。

2.2　刮板輸送機的結構參數(shù)

刮板輸送機正常運行的能力要與采煤機的生產(chǎn)能力相適應,以獲得最佳效益。前部刮板輸送機的型號為SGZ764/400,其運輸能力可以達到800 t/h,它可以滿足工作面基本運量要求,將前部刮板輸送機功率選定在400 kW,根據(jù)刮板輸送機運輸能力的相互配合,及前后部運輸機的通用互換性,選取型號為SGZ764/320的后部刮板輸送機,其輸送能力為800 t/h,滿足使用要求。由刮板輸送機的基本特性,確定轉載機的型號為 SZZ764/200,其運輸能力為1 000 t/h,并配合PML1000破碎機。

2.3　液壓支架的結構參數(shù)

通過研究煤礦開采區(qū)及附近相關煤層的地質情況,提出了滿足開采區(qū)礦井地質條件的綜采液壓支架,結構靈活簡單,性能穩(wěn)固。

結合采礦區(qū)地質概況,為滿足基本采礦工作能力,采取計算機輔助設計手段實行四連桿機構的參數(shù)優(yōu)化、受力分析和結構強度計算,以此獲取最優(yōu)參數(shù)使整個結構運行合理,使支架在滿足工作阻力的基礎上,達到最優(yōu)支護強度,以確保支架結構在滿足工作面要求的條件下,其工作能力可以配合刮板輸送機和采煤機。

參數(shù)優(yōu)化的目的在于提高支架的支護能力,在性能上改善支架受力狀態(tài)，支架的穩(wěn)固性和抗扭轉能力需要進行結構上的優(yōu)化。支架的設計過程包括設計計算、設計繪圖、設計校核等。設計計算采用液壓支架計算軟件,對支架的各項材料性能參數(shù)進行最優(yōu)選取,保證支架與刮板輸送機配合的準確性。設計繪圖采用平面和三維相結合的方法,在運用PICAD平面制圖的同時,運用軟件Solidedge進行三維建模,并不斷完善支架的結構。設計校核是運用有限元分析軟件FEMAP WITH NX NASTRAN,按照GB25974 [1].1-2010標準對支架進行模擬壓架試驗,分析支架某一點的應力應變狀態(tài),由分析結果不斷改進。

根據(jù)實際礦區(qū)條件,采取走向長壁綜合機械化放頂煤采煤方法,選用液壓支架ZF4800/16/26。

3　設備主要性能

3.1　MG300/710-GWD電牽引采煤機的主要性能

1)可以截割硬煤、夾矸,具備過斷層能力。

2)采煤機的操作方式分為機身按鈕控制、兩端端頭操作站控制及無線遙控器控制,可以多方位控制采煤機的啟停及運行等。

3)調速系統(tǒng)采用機載式、一拖一運行方式、交流變頻調速型式,能實現(xiàn)四象限回饋運行,應急情況下可實現(xiàn)一拖二運行。

4) 以專用工業(yè)控制器為核心,多種傳感器技術應用,對系統(tǒng)狀態(tài)進行實時全面的監(jiān)測,并且將采集的實時數(shù)據(jù),完全準確的傳送給主控系統(tǒng)。

5)可以將每個傳感器采集的實時數(shù)據(jù),即時準確地傳送給控制系統(tǒng),通過主控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理與判斷,實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和系統(tǒng)正常工作。具有完善的保護功能,包括瓦斯報警斷電、啟動截割的語音提示、電機過載、超溫及漏電閉鎖等。

6)簡潔實用的顯示界面,采用高可靠性的工業(yè)顯示器,系統(tǒng)功能強大、穩(wěn)定可靠。設計中采用了故障報警,集成控制系統(tǒng)中所有的故障信息,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,顯示畫面將跳轉到故障報警畫面,同時畫面中顯示故障內(nèi)容并且記錄該內(nèi)容,為排查故障及維護系統(tǒng)縮短了時間。

7)系統(tǒng)液壓油借助吸油、高壓油、回油三個過濾器實現(xiàn)三級過濾,進一步保持油液的干凈清潔。

3.2　刮板輸送機系列設備的使用性能

3.2.1刮板輸送機中部槽的性能

中部槽為鑄焊封底結構,中板和封底板均采用高強度耐磨板;鏟板、擋板槽幫啞鈴銷座的破斷強度為啞鈴銷的2倍以上,如遇過大的外載荷,超過許用強度時,首先損壞啞鈴銷,從而實現(xiàn)對中部槽的保護;嚴格把控中部槽槽間錯口量;掌握好設計標準,使槽間的水平彎曲和垂直彎曲角度限定在一定范圍內(nèi),保證采煤機可靠運行;調整牽引銷軌與銷軌座之間的受力,根據(jù)受力情況優(yōu)化結構,當推移彎曲時受力最小,確保采煤機運行平穩(wěn)[2]。

3.2.2SZZ764/200轉載機的性能

1)驅動部分與轉載機平行布置,適應左右互換布置的要求。

2)懸空段和爬坡段的設計特點是懸空段中部槽、凸槽、凹槽為整體箱式結構,設計有下鏈道檢查口,以便檢查或處理底鏈故障。爬坡段采用高強耐磨板槽幫上沿,可使刮板鏈運行平穩(wěn),減少了運行過程中的磨損,在很大程度上提高了設備的使用壽命。轉載機起橋段設有鉸接槽,使轉載機可以順利地應對各種不平整的地形或者有起伏的傾角結構。

3)落地段中部槽為整體箱式結構,中板采用高強度耐磨板,底板采用高強度耐磨板,大大提高了中部槽的使用壽命。

3.2.3MY800邁步自移裝置的性能

MY800型邁步自移裝置是橋式轉載機的組成部分,該裝置可以實現(xiàn)轉載機、破碎機的快速拉移,轉載機自移裝置由推移缸、支撐缸、導軌和連接件等部件組成,用于高產(chǎn)高效工作面順槽轉載機與破碎機的快速推移。該裝置原理是轉載機、破碎機和推移裝置利用摩擦力互為支點,相互推拉,實現(xiàn)邁步自行前移的功能。相比于傳統(tǒng)的轉載機推移,具有高進尺、快推進、操作簡單、方便等優(yōu)點[3]。

3.2.4輪式破碎機PLM1000的性能

破碎機動力系統(tǒng)采用電動機、皮帶聯(lián)合傳動。破碎機采用整體底槽,在結構方面實現(xiàn)了對破碎機的加固,與其它裝置連接的聯(lián)接強度增加,避免了過渡鏈節(jié)的產(chǎn)生,平滑運行,縮短了設備的長度。破碎力度的調節(jié)采用手壓泵——千斤頂結構,便于操作。實現(xiàn)增高的方式是利用固定墊板,滿足破碎主軸的同心度和運動的穩(wěn)定性。破碎軸組軸承與密封件均采用進口件。

3.3　液壓支架的使用性能

支架適應工作面傾角≤30°,設有防倒防滑裝置(頂梁防倒、底座防滑、前后運輸機防滑除過渡支架運輸機防滑),其操作方式為鄰架操作,滿足左右工作面互換的要求[4]。推移框架與刮板機的連接裝置互相匹配,推溜力、移架力滿足生產(chǎn)需要,拉架力大于推溜力,推移油缸和推移框架可在井下方便更換。支架為整體頂梁,設護幫裝置,護幫板可回轉180°與頂梁相平;護幫板收回時,前梁梁體總厚度不大于350 mm;支架立柱間設有行人通道,通道寬度不小于600 mm,人行通道采用Φ=6 mm厚花紋鋼板鋪底。底座設計為整體中開擋式底座,支架放水孔、起吊孔設計在柱窩最低處。支架放煤尾梁留有后部運輸機檢修吊裝環(huán)。

4　結束語

本文采用三機技術方案,采用放頂煤開采工藝,可以實現(xiàn)對煤層厚度5.3 m～6.0 m、煤層傾角為17°～27°、年生產(chǎn)能力為90萬t的工作面進行開采,合理地將采煤機、刮板輸送機以及液壓支架進行使用性能、結構連接上的配合,從而保證設備的正常運行。實踐證明,采用放頂煤三機技術方案,不僅可以提高生產(chǎn)效率,實現(xiàn)高產(chǎn)能,還為解決類似的工程問題提供了借鑒。