史俊鵬

（陽煤集團(tuán)沙鋼礦業(yè)投資有限公司， 山西 臨汾 043500）

引言

巷道掘進(jìn)是煤礦常用的一種綜合采煤方法，巷道掘進(jìn)的效率不僅取決于掘進(jìn)機(jī)的自動(dòng)化程度而且與各相關(guān)配套設(shè)備間生產(chǎn)工序的安排緊密相連[1-2]。

1 掘進(jìn)機(jī)截割頭受力分析

截割頭是掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行巷道掘進(jìn)與割煤的主要執(zhí)行部件，截割頭上有眾多截齒對(duì)周圍的煤層進(jìn)行切割。分析掘進(jìn)采煤過程中截割頭的受力是掘進(jìn)機(jī)選型與后期優(yōu)化的基礎(chǔ)。掘進(jìn)機(jī)截割頭以角速度ω旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，還沿水平方向以速度v向前掘進(jìn)，因此截割頭的受力是復(fù)合力，在分析時(shí)不需要對(duì)所有截齒單獨(dú)進(jìn)行受力分析，只要分析他們的矢量和即為截割頭的受力。在掘進(jìn)機(jī)的截割過程中，以角速度ω旋轉(zhuǎn)割煤，煤層對(duì)截割頭相反的作用力為截割阻力F3；掘進(jìn)機(jī)向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，煤層對(duì)其有反作用力，為進(jìn)給阻力F1；同時(shí)，為便于進(jìn)給，截割頭形狀為近似三角形，所以還有煤層對(duì)其的側(cè)向力F2。截割頭所受力的示意圖與力分解如圖1所示。

圖1 截割頭所受力的示意圖與力分解

2 巷道掘進(jìn)設(shè)備及采煤工藝特點(diǎn)

作者根據(jù)多年的巷道掘進(jìn)一線生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過查閱相關(guān)資料與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研可知，目前應(yīng)用于我國的煤礦礦井巷道的掘進(jìn)采煤的方法主要有以下四種方案[3]，具體如圖2所示。

圖2 巷道掘進(jìn)設(shè)備方案圖

從圖2中可以看出，以上四種方案共用的設(shè)備是掘進(jìn)機(jī)，掘進(jìn)機(jī)是煤礦巷道掘進(jìn)采煤作業(yè)過程中的最重要設(shè)備，其機(jī)械化、自動(dòng)化程度決定了后續(xù)設(shè)備間銜接的流暢性，對(duì)掘進(jìn)效率起決定性作用。

方案1主要由掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶輸送機(jī)組成。這種方案在我國煤礦巷道掘進(jìn)中有著最為廣泛的應(yīng)用。該方案配套設(shè)備有懸臂式掘進(jìn)機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和皮帶機(jī)。轉(zhuǎn)載機(jī)搭接在掘進(jìn)機(jī)與皮帶機(jī)之間，掘進(jìn)機(jī)截割頭切割煤炭與巖石后通過轉(zhuǎn)載機(jī)過渡，最終將物料卸在皮帶輸送機(jī)上使其運(yùn)出巷道，具體流程如圖3所示。

圖3 采煤方案1示意圖

該方案的主要優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)煤炭巖石等物料的連續(xù)運(yùn)輸，減少物料的轉(zhuǎn)運(yùn)與停歇時(shí)間，能充分體現(xiàn)出掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)效率，各設(shè)備間的等待時(shí)間較短，且能夠應(yīng)用于長度較長的巷道工況；該方案的主要缺點(diǎn)為設(shè)備的投資較大，在獨(dú)頭巷道長度小于800 m時(shí)，其掘進(jìn)工效不能得到有效的發(fā)揮，巷道長度越長，對(duì)其高效率掘進(jìn)的作用越明顯[4-5]。

3 實(shí)例分析

陽煤集團(tuán)某礦礦井井田面積為120.252 5 km2，資源儲(chǔ)量10.8億t，以生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)無煙煤為主。礦井采用主斜井、副立井聯(lián)合開拓方式。采用大采高一次采全高采煤工藝，根據(jù)現(xiàn)有地質(zhì)條件，掘進(jìn)巷道的斷面尺寸為4 500 mm×3 500 mm，運(yùn)輸巷道的長度為1 200 m。

參考實(shí)際工況進(jìn)行搭接梭車，使各部銜接較為靈活，但不能實(shí)現(xiàn)連續(xù)掘進(jìn)破煤與裝卸載，且只適用于裝卸地點(diǎn)與掘進(jìn)點(diǎn)運(yùn)輸距離較短的場(chǎng)合，所以采用梭車的方案3不合適；方案4可以適用于斷面較小，對(duì)空間要求較小的中小型礦井，主要是由于各設(shè)備間沒有形成連續(xù)性生產(chǎn)，掘進(jìn)機(jī)的使用率不高，對(duì)工時(shí)的浪費(fèi)較為嚴(yán)重，導(dǎo)致掘進(jìn)速度與效率不高。所以方案4也不合適[6]。

同時(shí)參考其巷道總長為1 200 m，遠(yuǎn)大于800 m，根據(jù)上述方案1的特點(diǎn)，方案1可以充分發(fā)揮其開采運(yùn)輸連續(xù)性的特性。因此巷道配套較為合理的方案為方案1，即掘進(jìn)機(jī)+轉(zhuǎn)載機(jī)+皮帶機(jī)組合。將方案1應(yīng)用于該礦掘進(jìn)面巷道，經(jīng)過長時(shí)間的生產(chǎn)作業(yè)，該方案適用性較好，掘進(jìn)采煤效率高。

4 結(jié)語

煤礦巷道掘進(jìn)采煤是一種常見的煤炭開采技術(shù)，截割頭作為掘進(jìn)機(jī)的主要部件，其受力分析對(duì)掘進(jìn)機(jī)選型及優(yōu)化有著重要意義。針對(duì)不同的地質(zhì)條件選擇不同的開采工藝可提高開采效率，同時(shí)也為其他不同地質(zhì)條件的煤礦巷道掘進(jìn)開采提供參考。