徐 杰

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蒲縣昊興塬煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

固體充填開采一般采取“一井一面”的開采方式，不同礦井之間機(jī)電設(shè)備不能被直接通用。為更好地實(shí)現(xiàn)充填開采工作面高產(chǎn)高效，本文在研究某煤礦1902S充填工作面賦存地質(zhì)條件基礎(chǔ)之上，對(duì)此充填開采工作面的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行配套技術(shù)研究。

1 充采工作面總體方案設(shè)計(jì)

充填開采工作面作業(yè)時(shí)前部采煤面通過充填液壓支架支護(hù)進(jìn)行采煤；后部充填面通過矸石充填采空區(qū)來(lái)解決傳統(tǒng)采煤方法帶來(lái)的地表下沉問題，在保證礦井高效生產(chǎn)的前提下，及時(shí)支護(hù)采空區(qū)以防頂板破裂，降低地表下沉，維持巖石的穩(wěn)定性，固體充填采煤為解決現(xiàn)有“三下”壓煤?jiǎn)栴}給出新的發(fā)展方法[1]。充填開采面與傳統(tǒng)綜采工作面配套機(jī)電設(shè)備相比，除采煤面上傳統(tǒng)三機(jī)配套機(jī)電設(shè)備外，還在架后增加了充填刮板輸送機(jī)。由于在1902S回風(fēng)巷布置一條矸石運(yùn)輸系統(tǒng)，使得該面的生產(chǎn)設(shè)備在布置上與傳統(tǒng)綜采面相比增加了后部輸送機(jī)、卸載皮帶和充填皮帶。針對(duì)1902S充填采煤面設(shè)計(jì)的機(jī)電設(shè)備總體配套情況如圖1所示。

由圖1可知：運(yùn)輸巷布置有運(yùn)輸皮帶、轉(zhuǎn)載機(jī)；工作面上布置有采煤機(jī)割煤、刮板輸送機(jī)運(yùn)煤、充填支架支撐頂板、充填刮板輸送機(jī)用于矸石填充；回風(fēng)巷布置有用于運(yùn)輸矸石的皮帶及轉(zhuǎn)載機(jī)。而對(duì)設(shè)備進(jìn)行配套研究時(shí)，主要是對(duì)各設(shè)備之間生產(chǎn)能力及結(jié)構(gòu)尺寸是否相適應(yīng)進(jìn)行研究。

2 充填開采工作面關(guān)鍵機(jī)電設(shè)備配套技術(shù)研究

前部采煤面布置有用于割煤的采煤機(jī)、運(yùn)煤的刮板輸送機(jī)與支護(hù)頂板的充填支架，后部充填面布置有懸掛在充填支架尾梁下方的充填刮板輸送機(jī)進(jìn)行矸石填充。充填開采面中各設(shè)備之間配套關(guān)系的優(yōu)劣是影響充填工作面能否實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的重要因素，為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)配套和綜采效率，本文對(duì)配套過程中主要涉及充填開采面機(jī)電設(shè)備的生產(chǎn)能力、結(jié)構(gòu)配套進(jìn)行研究。針對(duì)充填采煤特點(diǎn)制定的配套流程如下頁(yè)圖2所示。

圖1 1902S工作面主要機(jī)電布置圖

2.1 采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)選型

2.1.1 采煤機(jī)選型

1）滾筒直徑確定。確定雙滾筒采煤機(jī)滾筒直徑時(shí)不應(yīng)小于工作面采高的一半，該面平均采煤高度為3.5m，按照通用設(shè)計(jì)方法滾筒直徑可取1.6m、1.8m、2.0 m。本文為實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備之間更好配合，設(shè)計(jì)選用采煤機(jī)滾筒直徑為1.8 m。

2）截深選擇。為更好與充填液壓支架配套使用，故設(shè)計(jì)采煤截深為0.6 m。

3）截割速度選擇。滾筒轉(zhuǎn)速一般為25～40 r/min，截割速度為3.8 m/s。

4）采煤機(jī)牽引速度。采煤機(jī)牽引速度選擇為3.68m/s。

5）采煤機(jī)截割、裝機(jī)功率的確定。采煤機(jī)截割功率為513 kW。

圖2 四機(jī)配套流程圖

6）選型及主要參數(shù)。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，采煤面割煤時(shí)選用MG300/700 WD型采煤機(jī)。其主要的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 采煤機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.1.2 刮板輸送機(jī)選型

該充填開采面長(zhǎng)130 m，根據(jù)采煤機(jī)截煤功率Q=650 t/h，所以初步設(shè)計(jì)刮板輸送機(jī)生產(chǎn)能力Q為800 t/h且鏈速為1.1 m/s。

1）中部槽選擇為1 500 mm×730 mm×290 mm。

2）刮板輸送機(jī)功率確定：刮板輸送機(jī)電機(jī)功率N與充填采煤面長(zhǎng)度、傾角以及運(yùn)輸量相關(guān)，可按下式計(jì)算：

式中：q、ql為每米裝煤量、刮板鏈單位自重，分別取225 kg/m、20 kg/m；L為刮板輸送機(jī)的長(zhǎng)度，取130 m；ω、ω'為煤、鏈條在溜槽內(nèi)的阻力系數(shù)，取 0.8、0.3；η為傳動(dòng)裝置效率，取0.62；g為重力加速度，取9.8 m2/s；β為刮板輸送機(jī)運(yùn)行設(shè)計(jì)的傾角，取26.4°；K為電機(jī)使用功率系數(shù)，取1.45；K1為刮板鏈與鏈輪接觸系數(shù)，取1.15；K2為刮板鏈與中部槽的阻力系數(shù)，取 1.15。

將數(shù)據(jù)帶入公式中可得刮板輸送機(jī)電機(jī)功率N=316 kW。根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和工況條件本文選擇SGZ730/400刮板輸送機(jī)，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 SGZ730/400刮板輸送機(jī)參數(shù)

2.2 MG300/700-WD采煤機(jī)與SGZ730/400刮板輸送機(jī)配套研究

如圖3所示，設(shè)計(jì)的煤機(jī)滾筒直徑為1.8 m，截深0.6 m，通過在采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)之間設(shè)計(jì)348 mm間距，不僅使煤機(jī)底座的托架和刮板輸送機(jī)之間留有合理的過煤高度；而且可以保證刮板輸送機(jī)處于彎曲狀態(tài)時(shí)，采煤機(jī)不會(huì)與刮板輸送機(jī)電纜槽產(chǎn)生干涉。另外，采煤機(jī)有自開缺口性能，當(dāng)采煤至刮板輸送機(jī)的機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)能完全解決原有“三角煤”難以開采問題。最后，兩機(jī)配套時(shí)采煤機(jī)還應(yīng)留有適當(dāng)臥底量以避免與刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾產(chǎn)生干涉。

圖3 采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)之間結(jié)構(gòu)配套圖（單位：mm）

3 采煤面刮板輸送機(jī)與充填支架配套研究

充填支架通過連接頭與刮板輸送機(jī)連接耳鉸接。推溜移架過程中推移部件由推桿、推移千斤頂、連接頭組成，前部與刮板輸送機(jī)連接，后部經(jīng)千斤頂耳軸與充填支架底座連接；組成推移機(jī)構(gòu)的推桿是箱型體結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度較大并使用鉸接方式連接；采取倒裝法安裝千斤頂。兩者結(jié)構(gòu)配套還應(yīng)體現(xiàn)在尺寸的適應(yīng)性。

充填液壓支架支護(hù)阻力大，在移架過程中會(huì)因刮板輸送機(jī)溜槽強(qiáng)度不足而損壞拉移耳板，對(duì)此可將拉移耳板設(shè)計(jì)為L(zhǎng)型，從結(jié)構(gòu)改變來(lái)改善拉孔處受力狀態(tài)；通過整體鑄造法提高強(qiáng)度。刮板輸送機(jī)在電纜槽處與充填支架底座前部留有安全間隙，以防充填支架移架時(shí)損壞刮板輸送機(jī)的電纜槽及內(nèi)部部件。

4 充填支架與充填刮板輸送機(jī)配套技術(shù)研究

該綜采充填開采工作面采用充填支架支護(hù)采煤，架后吊掛充填刮板輸送機(jī)進(jìn)行物料填充。通過自主研制能實(shí)現(xiàn)大采高、大支撐力的六柱式充填液壓支架，在其前后立柱之間設(shè)計(jì)四連桿結(jié)構(gòu)，不僅改善了支架的支護(hù)性能，還為后部充填留有足夠通風(fēng)端面以及人行空間。其余的兩個(gè)立柱為后頂梁提供支撐力，提高了后頂梁支護(hù)強(qiáng)度，為后頂梁懸掛充填刮板輸送機(jī)提供有力支撐。

SGZ630/264充填刮板輸送機(jī)是多孔底卸式刮板輸送機(jī)，通過吊裝方式懸掛在充填液壓支架后頂梁上，具體懸掛充填方式如圖4所示。

該刮板輸送機(jī)在中部槽底部設(shè)計(jì)有卸料孔，在充填作業(yè)時(shí)矸石通過卸料孔卸載到采空區(qū)，卸料孔可經(jīng)充填液壓支架提供的高壓液體控制千斤頂，實(shí)現(xiàn)其在運(yùn)行方向的開啟關(guān)閉。充填過程中矸石從機(jī)尾運(yùn)輸?shù)綑C(jī)頭部，控制插板打開機(jī)頭處卸料孔，待矸石充填到一定高度時(shí)打開下組卸料孔并關(guān)閉改組卸料孔，以此方式循環(huán)直到充填完成，實(shí)現(xiàn)充填矸石從回風(fēng)巷運(yùn)到刮板輸送機(jī)機(jī)頭，經(jīng)刮板鏈輸送至機(jī)尾處進(jìn)行充填。溜槽之間采用啞鈴銷鏈接，不僅可使充填刮板輸送機(jī)可調(diào)范圍增大，而且能增大連接強(qiáng)度、提高充填刮板輸送機(jī)在水平和豎直方向的可彎曲度。

圖4 架后充填示意圖

5 結(jié)論

本文主要針對(duì)充填工作面機(jī)電設(shè)備進(jìn)行配套研究，當(dāng)前工作面主要采用MG300/700-WD采煤機(jī)、SGZ730/400刮板輸送機(jī)以及ZC9900/20/38充填支架，根據(jù)工作面的實(shí)際情況，并對(duì)各設(shè)備之間的生產(chǎn)能力和結(jié)構(gòu)以及對(duì)架充填充填面的生產(chǎn)能力和結(jié)構(gòu)進(jìn)行配套研究，提出合理的機(jī)電設(shè)備總體配套方案，同時(shí)，為其他類似礦井開采時(shí)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。