張生劍

(臨汾市煤炭設(shè)計(jì)院,山西 臨汾 041000)

綜采放頂煤工作面的主要設(shè)備是采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架,俗稱“三機(jī)”。在設(shè)備配套選型時,只有使三者間的幾何尺寸和生產(chǎn)能力相互協(xié)調(diào),合理匹配,才能保證所選設(shè)備能夠正常運(yùn)行,發(fā)揮最大使用效能,提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)工作面經(jīng)濟(jì)效益最大化的目標(biāo)。

1 “三機(jī)”配套原則

基于設(shè)備尺寸的“三機(jī)”配套原則:采煤機(jī)要適應(yīng)煤層地質(zhì)條件變化,滿足工作面生產(chǎn)能力要求;“三機(jī)”幾何尺寸、設(shè)備性能、生產(chǎn)能力和壽命應(yīng)相互匹配;“三機(jī)”都具有良好的技術(shù)性能和保護(hù)功能,工作可靠,使用和維護(hù)過程便捷[1]。

基于生產(chǎn)能力要求的“三機(jī)”配套原則[2]:采煤機(jī)要達(dá)到工作面對回采生產(chǎn)能力的要求標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)能力必須超過綜放工作面的割煤任務(wù);液壓支架前部刮板輸送機(jī)的輸送能力一定要比采煤機(jī)的生產(chǎn)能力大,而后部刮板輸送機(jī)的輸送能力和頂煤的放煤能力相協(xié)調(diào);液壓支架的移架速度和刮板輸送機(jī)的推溜速度與采煤機(jī)和放頂煤的工作速度匹配。

設(shè)備選型配套一定要注重各單機(jī)之間能力與性能相適應(yīng),“三機(jī)”選型配套一般指空間幾何關(guān)系配套,使三種機(jī)器設(shè)備的尺寸相互匹配協(xié)調(diào),確保在工作過程中互不影響[3]。配套設(shè)備應(yīng)滿足的尺寸要求為:保證過煤空間充足,確保采煤機(jī)具有合適的機(jī)面高度;保證采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)之間具有一定的安全距離;保證采煤機(jī)滾筒與液壓支架頂梁間具有一定的距離,且刮板機(jī)的電纜槽要與液壓支架底座及立柱保持安全距離;刮板輸送機(jī)鏟板、槽幫與采煤機(jī)的支撐滑靴之間也應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g距。

2 “三機(jī)”性能參數(shù)基本要求

2.1 采煤機(jī)性能參數(shù)基本要求

正確選擇和使用采煤機(jī)對工作面回采生產(chǎn)能力有很大影響,采煤機(jī)型號一般涉及多方面問題,其選型除與煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件及本身特性有關(guān)外,還應(yīng)考慮與運(yùn)輸機(jī)械和液壓支架協(xié)調(diào)匹配[4]。故當(dāng)選擇采煤機(jī)型號時應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃,綜合考慮多種因素。

一般采煤機(jī)的滾筒直徑應(yīng)大于工作面切割高度的一半,截深為采煤機(jī)工作時滾筒可完全截入煤壁的深度。在實(shí)際操作過程中,對于厚煤層綜放工作面,應(yīng)加大采煤機(jī)滾筒的工作截深,目前常用截深為0.8 m。

采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速直接對單位能耗、粉煤量及裝載量大小產(chǎn)生重大影響[5]。當(dāng)同一型號采煤機(jī)的牽引速度和截齒數(shù)一定時,轉(zhuǎn)速越高,單位能耗越大,粉煤量占比越多,裝載速度越快。實(shí)際生產(chǎn)過程中,采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速一般控制在30 r/min～50 r/min比較經(jīng)濟(jì)合理。

牽引速度是指滾筒正常切割煤體時采煤機(jī)沿工作面的滑行速度。采煤機(jī)的電動機(jī)功率、液壓支架移架速度和刮板輸送機(jī)輸送能力是影響牽引速度的外在可控制因素。實(shí)際生產(chǎn)過程中,電牽引采煤機(jī)工作時的牽引速度為10 m/min～12 m/min,不工作時的牽引速度為15 m/min～36 m/min比較經(jīng)濟(jì)合理。

2.2 刮板輸送機(jī)性能參數(shù)基本要求

中雙鏈刮板輸送機(jī)的工作原理示意圖見圖1,啟動傳動電機(jī)后,鏈輪組件會在減速器和液力耦合器的帶動下旋轉(zhuǎn),刮板鏈循環(huán)運(yùn)動并帶動物料沿溜槽移動至機(jī)頭部卸載。刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度及單位長度上的貨載重量直接決定其運(yùn)輸能力大小。

圖1 中雙鏈刮板輸送機(jī)工作原理示意圖Fig.1 Working principle of center double-chain scraper conveyor

綜放工作面“三機(jī)”選型配套時,液壓支架前部刮板機(jī)的輸送能力應(yīng)滿足采煤機(jī)的割煤能力要求,保證及時將采煤機(jī)割落的煤體運(yùn)出工作面;后部輸送機(jī)應(yīng)滿足放煤要求,必須將支架放煤口放落煤體在放煤時間內(nèi)運(yùn)出采空區(qū),對提高厚煤層綜采放頂煤工作面的采出率起關(guān)鍵作用。

2.3 液壓支架性能參數(shù)基本要求

在設(shè)計(jì)和制造放頂煤液壓支架時,其具體的“三機(jī)”配套要求如下: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穩(wěn)定性;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；為運(yùn)輸方便,支架高度可調(diào);配置伸縮前探梁縮短空頂面積,增強(qiáng)護(hù)幫護(hù)頂能力;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[6];支架前、后安裝噴霧降塵系統(tǒng)。

從巖層控制角度考慮,綜放開采要取得理想的效果,就需要控制頂煤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。因此,厚煤層綜采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。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。綜放采場結(jié)構(gòu)剖面圖見圖2。

圖2 綜放采場結(jié)構(gòu)剖面圖Fig.2 Constructure of fully-mechanized mining field

3 “三機(jī)”選型配套工程應(yīng)用

某綜放工作面走向長(推進(jìn)長度)為1 650 m,傾向長(切割長度)為160 m,礦井生產(chǎn)能力為600萬t/a,采用綜采放頂煤工藝回采厚度為7.6 m的11#煤,該煤層埋深約400 m,傾角小于10°,頂?shù)装鍘r層情況如表1所示。

表1 11#煤頂?shù)装鍘r層情況Table 1 Roof and floor rock strata of No.11 coal seam

根據(jù)前文所述“三機(jī)”設(shè)備選型配套原則,針對該工作面11#煤層的賦存條件及礦井生產(chǎn)能力,確保工作面配套設(shè)備基本性能及生產(chǎn)能力要求,確定配套設(shè)備能力大致按“喇叭口”方式拓展。按照保證設(shè)備安全高效、經(jīng)濟(jì)可靠目標(biāo)確定的配套設(shè)備選型為KSW-1500EU電牽引采煤機(jī)、前后部SGZ1000/2X 1200中雙鏈鑄焊封底式刮板輸送機(jī)、ZF 15000-23/43綜采放頂煤液壓支架。綜放工藝采高為4 m,循環(huán)進(jìn)度(截深)為0.8 m,采用采放結(jié)合,一采一放工序作業(yè),割煤、放煤步距都為0.8 m;后部刮板運(yùn)輸機(jī)單行作業(yè)且滯后放煤口約20 m～25 m。

回采過程統(tǒng)計(jì)該綜放工作面實(shí)際平均出煤量為7 200 t/班,月產(chǎn)量平均突破59萬t,年產(chǎn)量達(dá)到了660萬t(按330 d計(jì)算),開機(jī)率為47.2%,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

配備綜采放頂煤工作面設(shè)備主要是指匹配“三機(jī)”,即前后部刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)和液壓支架。如果“三機(jī)”選型不相匹配,綜放工作面的生產(chǎn)能力將會受到直接影響,各設(shè)備的最大效能不能充分發(fā)揮。一個科學(xué)合理的綜放工作面“三機(jī)”配套要保證工作面具有較高的開機(jī)率,在最大程度上發(fā)揮生產(chǎn)效能,達(dá)到安全高產(chǎn)高效的目標(biāo)。