大塊煤破碎裝置的設(shè)計與應(yīng)用

侯東陽

（晉煤集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048000）

厚煤層開采條件下，采高的增加會導(dǎo)致礦壓逐漸顯現(xiàn)，使得片幫大塊煤越來越多，片幫大塊煤大量的存在會造成帶式輸送機的堵塞，引發(fā)運輸故障，需要停機檢修。針對這一情況，岳城煤礦采用了風(fēng)鎬和人工掄鐵錘兩種辦法對大塊煤進行破碎，效果不太理想，人工破碎增加了工作人員的勞動強度，降低了生產(chǎn)效率，存在嚴(yán)重的安全隱患，無法實現(xiàn)煤礦方確定的高產(chǎn)高效安全開采目標(biāo)。為解決2135厚煤層工作面大塊煤的破碎問題，設(shè)計了一種大塊煤破碎裝置，安裝在刮板輸送機過渡溜槽擋煤板外的采空側(cè)推移板上，解決了大塊煤造成的帶式輸送機堵塞問題，提高了運輸效率。

1 大塊煤破碎裝置的設(shè)計方案

1.1 大塊煤破碎裝置的設(shè)計原則

結(jié)合安裝條件，該大塊煤破碎裝置的設(shè)計原則如下：（1）大塊煤破碎裝置的破碎能力要滿足2135工作面巷道的大塊煤數(shù)量，尺寸要便于采空側(cè)推移板上的安裝。（2）要求大塊煤破碎裝置的結(jié)構(gòu)簡單，零部件少，方便安裝和拆卸。（3）基于2135工作面巷道的實況，要保障大塊煤破碎裝置安裝后的穩(wěn)定性。（4）要求破碎裝置對大塊煤的破碎時間較短。（5）在保障工作能力和工作效率的前提下，盡量降低破碎裝置的自重。

1.2 大塊煤破碎裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.1 大塊煤破碎裝置的組成分析

用于厚煤層工作面大塊煤破碎的大塊煤破碎裝置設(shè)計結(jié)構(gòu)如圖1所示。結(jié)構(gòu)組成主要包括液壓控制系統(tǒng)、液壓破碎錘、工作機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等幾大部分。液壓破碎錘主要是用來對目標(biāo)大塊煤進行調(diào)整和壓實動作；工作機構(gòu)主要由支撐桿、動臂、伸縮臂、垂直升降油缸等組成，是破碎裝置的主要部分；回轉(zhuǎn)機構(gòu)主要由液壓馬達、回轉(zhuǎn)軸、回轉(zhuǎn)平臺、平衡塊組成，實現(xiàn)工作機構(gòu)的水平轉(zhuǎn)動；該破碎裝置通過液壓控制系統(tǒng)控制各油缸動作，可實現(xiàn)多自由度運動。

圖1 大塊煤破碎裝置的結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 液壓系統(tǒng)的工作原理

該大塊煤破碎裝置液壓系統(tǒng)示意圖如圖2所示，包括擺動液壓馬達、垂直升降油缸、伸縮油缸、角度調(diào)節(jié)油缸、液壓破碎錘、五片并聯(lián)換向閥等部件。

圖2 大塊煤破碎裝置液壓系統(tǒng)原理示意圖

當(dāng)檢測到大塊煤出現(xiàn)時，設(shè)備通過液壓控制系統(tǒng)實現(xiàn)液壓破碎錘的定位、破碎錘工作角度的調(diào)整，對大塊煤進行壓實作業(yè)，最后操縱液壓破碎錘的換向閥進行破碎錘動作。

2 工作現(xiàn)場實踐應(yīng)用分析

2.1 工作面煤層地質(zhì)條件

大塊煤破碎裝置完成設(shè)計后，于2018年4月在晉煤集團岳城煤礦2135厚煤層工作面進行工業(yè)性試驗。2135工作面位于井田東翼，走向長 2093～2135m， 傾 斜 長 178～188m， 煤 層 厚 度為4～7m，平均厚度6.2m，為厚煤層，煤層硬度f=5.2，屬于極硬煤層。煤層頂板較硬，直接頂和老頂冒落困難，冒落時塊度較大，因此大塊煤因破碎不及時，導(dǎo)致輸送機機頭與轉(zhuǎn)載機機尾處發(fā)生堵塞問題，時常需要停機進行人工破碎作業(yè)，降低了生產(chǎn)效率，增加了生產(chǎn)的安全隱患。

2.2 現(xiàn)場試驗過程分析

（1）根據(jù)2135工作面的生產(chǎn)情況，將大塊煤破碎裝置安裝在輸送機之間溜槽外側(cè)的采空側(cè)推移板上。將設(shè)備的油管接好，反復(fù)操作幾次手動換向閥排除油路空氣，開啟乳化液泵站，由液壓系統(tǒng)提供的高壓乳化液驅(qū)動。

（2）采煤設(shè)備作業(yè)期間，帶式輸送機溜槽有大塊煤擁堵現(xiàn)象發(fā)生時，大塊煤破碎裝置操縱液壓馬達、垂直升降油缸、伸縮油缸、調(diào)節(jié)角度油缸換向閥，確定位置進行壓實動作，然后再通過全液壓控制系統(tǒng)操縱液壓破碎錘的換向閥進行破碎作業(yè)，等大塊煤完成破碎后將活塞桿收回。

（3）當(dāng)采煤設(shè)備作業(yè)期間輸送機溜槽無大塊煤出現(xiàn)，整個開采、運輸系統(tǒng)工作順暢時，破碎裝置全液壓馬達發(fā)生動作將工作機構(gòu)收回，降低設(shè)備高度。

2.3 工業(yè)試驗結(jié)果

大塊煤破碎裝置安裝調(diào)試后，已在2135工作面試運行了1個月的時間。

（1）整個運行期間，大塊煤破碎裝置運行穩(wěn)定，操作過程較為簡便，大塊煤的破碎效果較好，帶式輸送機機頭卸載點和轉(zhuǎn)載機入口已無堵塞現(xiàn)象發(fā)生，大煤塊的堵塞問題得以解決。

（2）大塊煤破碎裝置應(yīng)用后，該工作崗位工人的勞動強度降低了，設(shè)備的故障率降低了，開采工作面機械設(shè)備的開機率得到了提高。

（3）大塊煤破碎裝置應(yīng)用后，每班割煤由以前的2刀提高到3刀，按每天2班，煤價450元/t核算，煤炭產(chǎn)值每天增加20萬元。

（4）大塊煤破碎裝置應(yīng)用后，破碎大塊煤崗位只需要1人，相對以往減少了4人，人工費用可節(jié)約30萬元/年。大塊煤破碎裝置的應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟效益，可以在全煤礦進行大面積的推廣應(yīng)用。

3 結(jié)論

針對岳城煤礦2135厚煤層工作面片幫大塊煤造成的帶式輸送機堵塞問題，設(shè)計了大塊煤破碎裝置，并進行了實踐應(yīng)用，應(yīng)用效果理想，創(chuàng)造了較好的安全經(jīng)濟效益。該大塊煤破碎裝置具有以下特點。

（1）大塊煤破碎裝置的破碎區(qū)域較大。該裝置采用全液壓控制系統(tǒng)來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)、升降、伸縮等多種動作，具有全方位偏擺運動和自旋運動的特點，對各類煤塊進行有效的破碎，對煤塊破碎的粒度范圍大，可以解決大塊煤的堵塞問題。

（2）大塊煤破碎裝置安全性高。該破碎裝置安裝簡便，操作安全性高，通過全液壓在安全區(qū)域內(nèi)操作可以順利完成大塊煤的定位和破碎工作，無需人工在危險區(qū)域進行作業(yè)，大塊煤破碎作用安全性得到了有效提高。

（3）大塊煤破碎崗位工人的勞動強度得到了有效降低，崗位工作人員由5人減少為1人，減員增效成果明顯。

（4）大塊煤破碎裝置的工作具有獨立性，與2135工作面現(xiàn)有采煤系統(tǒng)互不干涉和影響。當(dāng)大塊煤破碎裝置無需工作，將裝置機構(gòu)收回即可，可以最大程度的不對采煤設(shè)備造成影響。

（5）大塊煤破碎裝置整體體積較小，安裝和拆卸方便，安裝使用的位置可以在工作面任一區(qū)域，靈活性好，可以在煤礦開采中進行推廣應(yīng)用。