千萬(wàn)噸綜放工作面設(shè)備智能化升級(jí)與選型配套

趙宇明

(大同煤礦集團(tuán) 馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100)

大同礦區(qū)特大型千萬(wàn)噸礦井主要開(kāi)采煤層為C3-5號(hào)層特厚煤層，平均煤層厚度在14 m以上，開(kāi)采方法為一次采全厚綜采放頂煤采煤法，高產(chǎn)高效綜放工作面的實(shí)際生產(chǎn)能力已經(jīng)達(dá)到年產(chǎn)1 000萬(wàn)t，為了進(jìn)一步提高綜放工作面生產(chǎn)效率，降低作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度，從提高設(shè)備自動(dòng)化和智能化入手[1-2]，對(duì)工作面設(shè)備選型進(jìn)行了升級(jí)改造。具體對(duì)液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)、設(shè)備列車等進(jìn)行升級(jí)改造，最終實(shí)現(xiàn)工作面智能化開(kāi)采。

1 現(xiàn)有年產(chǎn)1 000萬(wàn)t綜放工作面設(shè)備選型

以塔山礦8115綜放工作面為例，該工作面傾向長(zhǎng)230 m，可采走向長(zhǎng)2 814 m，平均煤厚15 m，煤層傾角2～4°，工作面儲(chǔ)量約為1 400萬(wàn)t，日產(chǎn)量為3萬(wàn)t，該工作面為當(dāng)下大同礦區(qū)具有代表性的千萬(wàn)噸綜放工作面，其設(shè)備選型具體見(jiàn)表1、表2。

表1 8115工作面機(jī)電設(shè)備選型配套

表2 液壓支架技術(shù)參數(shù)

2 年產(chǎn)1 500萬(wàn)t綜放工作面設(shè)備升級(jí)改造

工作面產(chǎn)量的提高，相配套的設(shè)備必須進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，本文以1 500萬(wàn)t產(chǎn)量為依據(jù)對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。提高設(shè)備效率和智能化水平是本次設(shè)備選型升級(jí)改進(jìn)的重點(diǎn)，下面從液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)等智能化核心部件入手。

2.1 液壓支架

考慮到工作面生產(chǎn)能力整體提升后，機(jī)電設(shè)備功率增加，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致設(shè)備尺寸的增加與采場(chǎng)空間的增大，因此要提高液壓支架支護(hù)強(qiáng)度與工作阻力，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)支架的智能化控制，采用了SAC型電液集中控制系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)支架的編程控制和實(shí)現(xiàn)支架與采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng)；還要集成煤巖識(shí)別傳感器，以實(shí)現(xiàn)智能放煤。

1) 中部液壓支架。由ZF15000/27.5/42型調(diào)整為ZF17000/27.5/42D型，其參數(shù)如下：

支架結(jié)構(gòu)高度2 750～4 200 mm；支架寬度1 660～1 860 mm；支架中心距1 750 mm；初撐力12 778 kN(P=31.4 MPa)；支架工作阻力17 000 kN(P=41.8 MPa)；支護(hù)強(qiáng)度1.45 MPa；移架步距1 000 mm；泵站壓力31.4 MPa；操縱方式為電液控制；重量約50 t/架。

2) 過(guò)渡液壓支架。由ZFG13000/27.5/42型調(diào)整為ZFG14000/29/42D型，其參數(shù)如下：

高度2 900～4 200 mm；中心距1 750 mm；寬度1 660～1 860 mm；初撐力10 096 kN(P=31.4 MPa)；工作阻力14 000 kN(P=43.5 MPa)；支護(hù)強(qiáng)度1.2 MPa；底座前端比壓0～6.47；移架步距1 000 mm；泵站壓力31.4 MPa；操作方式為電液控制；重量約47.5 t/架。

3) 端頭液壓支架。由ZTZ20000/25/50型調(diào)整為ZTZ30000/25/50DA型，其參數(shù)如下：

高度2 500～5 000 mm；單架寬度920 mm；整架寬度3 320 mm；初撐力15 467 kN(P=31.4 MPa)；工作阻力30 000 kN(P=41.3 MPa)；支護(hù)強(qiáng)度0.52 MPa；底板平均比壓1.36 MPa；泵站壓力31.4 MPa；操作方式為電液控制；重量約100 t/架。

2.2 采煤機(jī)

采煤機(jī)使用艾克夫公司生產(chǎn)的SL500交流電牽引采煤機(jī)，在原有機(jī)型的基礎(chǔ)上增加智能化配置，具體為：增加了煤機(jī)定位系統(tǒng)功能，其定位數(shù)據(jù)傳輸與支架接收匹配，從而實(shí)現(xiàn)煤機(jī)與支架聯(lián)動(dòng)；配備視頻攝系統(tǒng)，便于操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)視和操作；具有智能截割功能，可根據(jù)工藝變化進(jìn)行修正和人工干預(yù)；具有數(shù)據(jù)傳輸功能，采集的視頻圖像可在巷道集中控制和地面調(diào)度室屏幕顯示和遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)功能。

2.3 刮板輸送機(jī)

前部輸送機(jī)繼續(xù)使用卡特彼勒PF6/1142前部輸送機(jī)，但將原來(lái)的CST啟動(dòng)方式改為變頻驅(qū)軟啟動(dòng)。

后部輸送機(jī)由PF6/1342改為PF6/1542，功率由2×1 050 kW加大至2×1 600 kW，采用變頻驅(qū)動(dòng)，中部槽寬度由1 200 mm增加至1 400 mm，傳動(dòng)部分采用減速器+限距器+變頻電機(jī)，輸送能力由3 500 t/h提升至5 000 t/h。

2.4 轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)

轉(zhuǎn)載機(jī)由PF6/1542調(diào)整為PF6/1742，功率由600 kW調(diào)整為800 kW，寬度增加200 mm，槽寬增至1 600 mm，運(yùn)輸能力提升至5 500 t/h；破碎機(jī)由SK1184調(diào)整為SK1422，功率700 kW。

2.5 膠帶輸送機(jī)

膠帶輸送機(jī)選用DSJ160/500/5×855膠帶機(jī)，電機(jī)功率5×855 kW，電壓10 kV，帶寬由1 400 mm加至1 600 mm，采用變頻啟動(dòng)，動(dòng)力部采用減速器+電機(jī)，輸送能力提升至5 000 t/h 。

2.6 其他設(shè)備及智能化技術(shù)

乳化液供液方式由工作面自動(dòng)配比供液改為遠(yuǎn)距離集中供液；增加了ABB刮板機(jī)智能控制箱+防爆煤量檢測(cè)裝置，可實(shí)現(xiàn)控制刮板機(jī)啟停的基本功能，通過(guò)煤量檢測(cè)裝置的激光掃描的方式，對(duì)刮板機(jī)的煤流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將掃描的結(jié)果發(fā)送到控制箱，作為實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)刮板機(jī)速度的依據(jù)，除此之外，工作面采用的智能化技術(shù)還有：融合高光譜與沖擊振動(dòng)的煤矸識(shí)別技術(shù)；探地雷達(dá)頂煤厚度在線探測(cè)和激光三維掃描放煤量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)；綜放支架位姿及放煤機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)控制技術(shù)；采放協(xié)調(diào)和群組放煤智能控制技術(shù)等，工作面設(shè)備配套見(jiàn)表3。

表3 8222工作面機(jī)電設(shè)備選型配套

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

1) 該成套放頂煤裝備在智能化水平上目前可代表國(guó)內(nèi)最高水平。

2) 采用大工作阻力液壓支架，對(duì)頂煤的支撐、破碎能力加強(qiáng)，提高了堅(jiān)硬煤層頂煤回收率。此支架在正常采高時(shí)，掩護(hù)梁水平投影小，即掩護(hù)梁較短，背角較大，便于堅(jiān)硬煤層頂煤的垮落，提高了放煤速度。放煤機(jī)構(gòu)高效可靠；后部輸送機(jī)過(guò)煤高度達(dá)約1 200 mm，增加了大塊煤的運(yùn)輸能力，尾梁向上回轉(zhuǎn)角度達(dá)20°向下回轉(zhuǎn)角度達(dá)40°，增加了對(duì)煤的破碎能力和放煤效果。

3) 前刮板機(jī)、采煤機(jī)使用成熟配套，確保了千萬(wàn)噸礦井間通用互換。后刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶機(jī)相應(yīng)增大級(jí)別，確保了單面年產(chǎn)1 500萬(wàn)t的設(shè)備可靠保障。

4) 刮板機(jī)、膠帶機(jī)應(yīng)用變頻控制及軟啟動(dòng)，既確保了設(shè)備的可控調(diào)速，降低能源損耗，實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采，又減少設(shè)備沖擊，減少設(shè)備的維護(hù)量。變頻器保護(hù)功能完善，具有過(guò)載、過(guò)電壓、欠電壓、缺相、過(guò)熱、漏電、接地、短路等保護(hù)功能；而且還具有斷鏈瞬間停機(jī)保護(hù)功能，避免斷鏈后電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行造成額外的設(shè)備損壞，提高生產(chǎn)效率。

5) 采用ABB刮板機(jī)智能控制箱+防爆煤量檢測(cè)裝置，控制箱能夠?qū)崿F(xiàn)控制刮板機(jī)啟停的基本功能，通過(guò)煤量檢測(cè)裝置的激光掃描的方式，對(duì)刮板機(jī)的煤流量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并將掃描的結(jié)果發(fā)送到控制箱，作為實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)刮板機(jī)速度的依據(jù)。

6) 遠(yuǎn)距離集中供液與BRW600大流量乳化液泵站配合使用，既減少了工作面設(shè)備列車長(zhǎng)度，又可有效保障工作面的快速移架。

7) 工作面集成應(yīng)用的智能化技術(shù)有：煤矸識(shí)別技術(shù)、探地雷達(dá)頂煤厚度在線探測(cè)技術(shù)、激光三維掃描放煤量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)、綜放支架位姿及放煤機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)控制技術(shù)、采放協(xié)調(diào)和群組放煤智能控制技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了采煤區(qū)域裝備，包括液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備開(kāi)采過(guò)程中的智能化，設(shè)備列車等輔助設(shè)備的自動(dòng)前移等環(huán)節(jié)的智能化。

4 應(yīng)用情況及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

綜合考慮礦井地質(zhì)構(gòu)造、煤層賦存條件、生產(chǎn)銜接、工作面參數(shù)等因素，分別在在塔山礦C3-5號(hào)層8222綜放工作面和馬道頭礦C3-5號(hào)層8404綜放工作面進(jìn)行了單面年產(chǎn)1 500萬(wàn)t工作面設(shè)備智能化升級(jí)試驗(yàn)。通過(guò)增加后刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的功率、槽寬，增加膠帶機(jī)帶寬、功率等手段提高了工作面運(yùn)輸能力，使工作面運(yùn)輸系統(tǒng)能力增加1 500～2 000 t/h達(dá)到5 000 t/h，特別是增加后部輸送機(jī)寬度和提高后部輸送機(jī)運(yùn)輸能力后，縮短了頂煤放出時(shí)間，提高了頂煤回收率。通過(guò)采用高強(qiáng)度液壓支架與大流量乳化液泵站遠(yuǎn)距離集中供液系統(tǒng)，加大供回液流量，提高移架速度，降低循環(huán)時(shí)間，達(dá)到了提高產(chǎn)能目的。通過(guò)集成智能化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了采煤區(qū)域裝備，包括液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備開(kāi)采過(guò)程中的智能化運(yùn)行。工業(yè)試驗(yàn)結(jié)果表明：采用智能化升級(jí)的綜放裝備后，塔山礦C3-5號(hào)層8222綜放工作面和馬道頭礦C3-5號(hào)層8404綜放工作面日產(chǎn)量均能達(dá)到46 000 t以上，順利實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)1 500萬(wàn)t的目標(biāo)，該技術(shù)有效提高了綜放工作面單產(chǎn)與資源回收率，極大地降低了噸煤成本，為煤礦的智能開(kāi)采探索了道路。