綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型及可靠性分析

陳寅虎

（潞安集團(tuán)漳村煤礦， 山西 長治 046032）

引言

近年來，我國煤炭開采行業(yè)不論是煤炭采集理論還是相關(guān)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，都取得了較大進(jìn)步，先進(jìn)開采設(shè)備的運(yùn)用不僅增強(qiáng)了我國煤炭開采過程的安全性，還提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。但在設(shè)備運(yùn)用方面也具有一定程度的局限性，首先單個采煤設(shè)備并不能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，所以應(yīng)從全局出發(fā)更新?lián)Q代企業(yè)的開采設(shè)備，其中最為重要的就是“三機(jī)設(shè)備”的選型配套。

1 綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型的基本要求

1.1 采煤機(jī)選型基本要求

1.1.1 采煤機(jī)的性能參數(shù)

正確選擇和使用采煤機(jī)，對綜放工作面的開采生產(chǎn)能力有著很大的影響，但選擇采煤機(jī)的型號會涉及到很多問題，采煤機(jī)的選型不僅與煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件及本身的特性相關(guān)，還與運(yùn)輸機(jī)和支護(hù)設(shè)備存在一定關(guān)系。所以，當(dāng)選擇采煤機(jī)型號時需要考慮各種因素，并做好統(tǒng)籌工作。

1.1.2 滾筒直徑及截深選擇

一般情況下，雙滾筒采煤機(jī)的滾筒直徑應(yīng)大于采高的1/2。滾筒截深為采煤機(jī)割煤時所截入煤壁的深度，截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性、移架步距及采煤機(jī)的穩(wěn)定性密切相關(guān)[1]。在實(shí)際操作過程中，對于厚煤層綜放工作面，采煤機(jī)應(yīng)加大工作截深，當(dāng)前實(shí)際工作中通用的滾筒截深為0.8 m。

1.1.3 滾筒轉(zhuǎn)速

滾筒轉(zhuǎn)速對單位能耗、裝載量以及粉煤量的大小都有著重大影響[2]，采煤機(jī)截齒的最大切削厚度可通過下式計算：

式中：v為采煤機(jī)的牽引速度，m/s；n為采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速；m為采煤機(jī)滾筒同條截線上的截齒數(shù)。由上式可知，牽引速度v一定時，轉(zhuǎn)速n越高，所產(chǎn)生的煤塵量越大，同時，截割耗能也會增大。在實(shí)際操作中，滾筒的轉(zhuǎn)速越快，即其循環(huán)也會加快，直接影響到采煤機(jī)的裝煤效果，因此通常將滾筒轉(zhuǎn)速n控制在 30～50 r/min。

1.1.4 采煤機(jī)牽引速度

牽引速度是指采煤機(jī)沿工作面傾向割煤時的運(yùn)行速度，會根據(jù)電動機(jī)功率、刮板輸送機(jī)裝煤能力、液壓支架移架速度等配套設(shè)備的變化而變化，通常為10～12 m/min，最快牽引速度可達(dá)54.5 m/min[3]。

1.2 液壓支架選型基本要求

在設(shè)計制造放頂煤液壓支架時，其具體的“三機(jī)”配套要求如下：一是支架在封閉工作空間的基礎(chǔ)上具有較高的工作阻力和可靠的穩(wěn)定性；二是為促進(jìn)頂煤冒落和加快放煤速度，應(yīng)盡量縮短掩護(hù)梁的長度；三是為運(yùn)輸方便，支架高度可調(diào)；四是配置伸縮前探梁縮短空頂面積，增強(qiáng)護(hù)幫護(hù)頂能力；五是支架底座設(shè)置抬底機(jī)構(gòu)和較大的移架力，可在底板破碎不平整的條件下快速順利移動；六是支架前、后安裝噴霧降塵系統(tǒng)。

從巖層控制角度考慮，綜放系統(tǒng)要取得理想的效果，就需要控制頂板在支架上和架前保持完整性，而在支架后方破碎并及時冒落放出。例如，厚煤層放頂煤工作面選用的液壓支架除具有一般支架功能外，還應(yīng)具備可控的破煤功能，在破碎頂煤時，需要煤層頂板和液壓支架相互配合，使頂煤在有時間限制的情況下沿切頂線冒落[4]。綜放支架需要承受的靜載主要由控頂區(qū)不規(guī)則冒落帶的頂板巖塊重量、頂煤重量、掩護(hù)梁上松散煤體壓力以及頂板變形壓力四部分組成。

1.3 刮板輸送機(jī)選型基本要求

中雙鏈刮板輸送機(jī)在目前的綜放生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用最多，其工作原理是啟動傳動部電機(jī)后，鏈輪組件在減速器和液力禍合器帶動下開始旋轉(zhuǎn)，循環(huán)運(yùn)行的刮板鏈?zhǔn)刮挥谄渖系拿禾垦刂锊巯蚯耙苿硬⒃跈C(jī)頭部卸載[5]。在整個運(yùn)行過程中，刮板鏈?zhǔn)冀K做循環(huán)運(yùn)動輸送煤炭。

刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度及單位長度運(yùn)轉(zhuǎn)煤炭的重量直接決定了他的運(yùn)輸能力，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 工程背景及設(shè)備選型配套

為了實(shí)現(xiàn)綜放工作面的“三機(jī)設(shè)備”配套選型，首先需要對其工作面的工程背景進(jìn)行分析，了解煤層賦存狀況和地質(zhì)條件，掌握工作面的煤巖情況并對其進(jìn)行力學(xué)分析。某礦屬于大同煤田，回采11號煤層，該煤層為弱粘結(jié)的優(yōu)質(zhì)動力煤，走向北西和北東，傾角為1°～4°，煤層結(jié)構(gòu)簡單，儲存情況穩(wěn)定，平均厚度為7.66 m。煤層頂板和底板多為陸地碎屑巖，成分為鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)地堅(jiān)硬，密度較大，有粉砂巖、細(xì)砂巖、中粗砂巖，砂質(zhì)頁巖和礫巖。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

針對該礦的煤層賦存等工程背景，選用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤開采方式，即利用采煤機(jī)滾筒切割、裝載煤炭并與前部輸送機(jī)配合實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸，而位于液壓支架上方的煤炭在自身重力及采動影響下垮落放入后部刮板輸送機(jī)輸出工作面。根據(jù)前文綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型的基本要求，選用KSW-1500EU無鏈電牽引式采煤機(jī)割煤，工作面前部選用SGZ1000/2×1200型中雙鏈輸送機(jī)運(yùn)煤，后部選用SGZ1200/2×1200型中雙鏈輸送機(jī)運(yùn)煤，上平巷則選用SZZ1200/700型轉(zhuǎn)載機(jī)器運(yùn)煤，工作面中部采用ZF15000/23/43型綜放液壓支架，端頭采用ZFG15000/26/43H型綜放液壓支架，采高4 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m。

采煤機(jī)進(jìn)刀方式為端部斜切，切口≥25 m，截深0.8 m，采煤機(jī)的割煤速率為每分鐘0～12 m。采用一次放煤的方法放頂煤，兩個放煤口之間相隔0.8 m；采放結(jié)合，按一采一放工序平行作業(yè)。

3 生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性分析

采煤機(jī)開采率與工作面產(chǎn)量之間表現(xiàn)為線性正比關(guān)系，通過現(xiàn)場跟班統(tǒng)計得出各生產(chǎn)班各系統(tǒng)的運(yùn)行時間及狀態(tài)。統(tǒng)計結(jié)果表明，每個生產(chǎn)班的準(zhǔn)備時間為50 min左右，該班結(jié)束時的收尾清理時間為10 min左右，受工作面系統(tǒng)故障影響，每班中間的停機(jī)時間平均為59 min，采煤工作面每個生產(chǎn)班的出煤時間占總工作時間的65%左右。因此，要想進(jìn)一步提高采煤機(jī)的開機(jī)率，增加出煤時間，應(yīng)減少故障時間，提高工作效率。

通過分析采煤工作面在工作過程中存在的故障類型，將其工作設(shè)備看成十一個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)分別為皮帶機(jī)、采煤機(jī)、后部刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、通風(fēng)制冷、環(huán)境、煤倉、前部刮板輸送機(jī)、供液系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、其他等。上述子系統(tǒng)是一個整體，既相互聯(lián)系，又相互制約，其中每個子系統(tǒng)都是一個串聯(lián)，任何一個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都會對工作面的工作造成很大影響。

通過分析現(xiàn)場的實(shí)際產(chǎn)量可知，工作面的回收率達(dá)到80%，工作面總產(chǎn)量為457萬t，利潤為5100萬元。通過詳細(xì)分析生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，可以發(fā)現(xiàn)后部刮板輸送機(jī)在工作面設(shè)備中占用的故障時間最長，造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)檫x擇的后部刮板輸送機(jī)型號偏小，放頂出煤量大，由于設(shè)備不配套，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，一定程度上影響了工作面的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

對于厚煤層綜放工作面，要想快速高效破碎頂煤，就應(yīng)選取適合的綜放工藝參數(shù)。通常情況下，綜放開采技術(shù)采高的變化范圍是2～3.5 m，但由于采高不斷增加，勢必會對煤壁的穩(wěn)定性造成一定影響，因此，對設(shè)備進(jìn)行配套選型時還需要進(jìn)一步考慮厚煤層煤壁穩(wěn)定性與煤層總厚度的變化關(guān)系。