陳寅虎

（潞安集團(tuán)漳村煤礦， 山西 長(zhǎng)治 046032）

引言

近年來(lái)，我國(guó)煤炭開(kāi)采行業(yè)不論是煤炭采集理論還是相關(guān)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，都取得了較大進(jìn)步，先進(jìn)開(kāi)采設(shè)備的運(yùn)用不僅增強(qiáng)了我國(guó)煤炭開(kāi)采過(guò)程的安全性，還提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率。但在設(shè)備運(yùn)用方面也具有一定程度的局限性，首先單個(gè)采煤設(shè)備并不能有效提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，所以應(yīng)從全局出發(fā)更新?lián)Q代企業(yè)的開(kāi)采設(shè)備，其中最為重要的就是“三機(jī)設(shè)備”的選型配套。

1 綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型的基本要求

1.1 采煤機(jī)選型基本要求

1.1.1 采煤機(jī)的性能參數(shù)

正確選擇和使用采煤機(jī)，對(duì)綜放工作面的開(kāi)采生產(chǎn)能力有著很大的影響，但選擇采煤機(jī)的型號(hào)會(huì)涉及到很多問(wèn)題，采煤機(jī)的選型不僅與煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件及本身的特性相關(guān)，還與運(yùn)輸機(jī)和支護(hù)設(shè)備存在一定關(guān)系。所以，當(dāng)選擇采煤機(jī)型號(hào)時(shí)需要考慮各種因素，并做好統(tǒng)籌工作。

1.1.2 滾筒直徑及截深選擇

一般情況下，雙滾筒采煤機(jī)的滾筒直徑應(yīng)大于采高的1/2。滾筒截深為采煤機(jī)割煤時(shí)所截入煤壁的深度，截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性、移架步距及采煤機(jī)的穩(wěn)定性密切相關(guān)[1]。在實(shí)際操作過(guò)程中，對(duì)于厚煤層綜放工作面，采煤機(jī)應(yīng)加大工作截深，當(dāng)前實(shí)際工作中通用的滾筒截深為0.8 m。

1.1.3 滾筒轉(zhuǎn)速

滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)單位能耗、裝載量以及粉煤量的大小都有著重大影響[2]，采煤機(jī)截齒的最大切削厚度可通過(guò)下式計(jì)算：

式中：v為采煤機(jī)的牽引速度，m/s；n為采煤機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速；m為采煤機(jī)滾筒同條截線上的截齒數(shù)。由上式可知，牽引速度v一定時(shí)，轉(zhuǎn)速n越高，所產(chǎn)生的煤塵量越大，同時(shí)，截割耗能也會(huì)增大。在實(shí)際操作中，滾筒的轉(zhuǎn)速越快，即其循環(huán)也會(huì)加快，直接影響到采煤機(jī)的裝煤效果，因此通常將滾筒轉(zhuǎn)速n控制在 30～50 r/min。

1.1.4 采煤機(jī)牽引速度

牽引速度是指采煤機(jī)沿工作面傾向割煤時(shí)的運(yùn)行速度，會(huì)根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率、刮板輸送機(jī)裝煤能力、液壓支架移架速度等配套設(shè)備的變化而變化，通常為10～12 m/min，最快牽引速度可達(dá)54.5 m/min[3]。

1.2 液壓支架選型基本要求

在設(shè)計(jì)制造放頂煤液壓支架時(shí)，其具體的“三機(jī)”配套要求如下：一是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的穩(wěn)定性；二是為促進(jìn)頂煤冒落和加快放煤速度，應(yīng)盡量縮短掩護(hù)梁的長(zhǎng)度；三是為運(yùn)輸方便，支架高度可調(diào)；四是配置伸縮前探梁縮短空頂面積，增強(qiáng)護(hù)幫護(hù)頂能力；五是支架底座設(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(dòng)；六是支架前、后安裝噴霧降塵系統(tǒng)。

從巖層控制角度考慮，綜放系統(tǒng)要取得理想的效果，就需要控制頂板在支架上和架前保持完整性，而在支架后方破碎并及時(shí)冒落放出。例如，厚煤層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(shí)，需要煤層頂板和液壓支架相互配合，使頂煤在有時(shí)間限制的情況下沿切頂線冒落[4]。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。

1.3 刮板輸送機(jī)選型基本要求

中雙鏈刮板輸送機(jī)在目前的綜放生產(chǎn)系統(tǒng)中應(yīng)用最多，其工作原理是啟動(dòng)傳動(dòng)部電機(jī)后，鏈輪組件在減速器和液力禍合器帶動(dòng)下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，循環(huán)運(yùn)行的刮板鏈?zhǔn)刮挥谄渖系拿禾垦刂锊巯蚯耙苿?dòng)并在機(jī)頭部卸載[5]。在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，刮板鏈?zhǔn)冀K做循環(huán)運(yùn)動(dòng)輸送煤炭。

刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度及單位長(zhǎng)度運(yùn)轉(zhuǎn)煤炭的重量直接決定了他的運(yùn)輸能力，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 工程背景及設(shè)備選型配套

為了實(shí)現(xiàn)綜放工作面的“三機(jī)設(shè)備”配套選型，首先需要對(duì)其工作面的工程背景進(jìn)行分析，了解煤層賦存狀況和地質(zhì)條件，掌握工作面的煤巖情況并對(duì)其進(jìn)行力學(xué)分析。某礦屬于大同煤田，回采11號(hào)煤層，該煤層為弱粘結(jié)的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤，走向北西和北東，傾角為1°～4°，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儲(chǔ)存情況穩(wěn)定，平均厚度為7.66 m。煤層頂板和底板多為陸地碎屑巖，成分為鈣質(zhì)膠結(jié)和泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)地堅(jiān)硬，密度較大，有粉砂巖、細(xì)砂巖、中粗砂巖，砂質(zhì)頁(yè)巖和礫巖。煤層頂?shù)装迩闆r如表1所示。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

針對(duì)該礦的煤層賦存等工程背景，選用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤開(kāi)采方式，即利用采煤機(jī)滾筒切割、裝載煤炭并與前部輸送機(jī)配合實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸，而位于液壓支架上方的煤炭在自身重力及采動(dòng)影響下垮落放入后部刮板輸送機(jī)輸出工作面。根據(jù)前文綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型的基本要求，選用KSW-1500EU無(wú)鏈電牽引式采煤機(jī)割煤，工作面前部選用SGZ1000/2×1200型中雙鏈輸送機(jī)運(yùn)煤，后部選用SGZ1200/2×1200型中雙鏈輸送機(jī)運(yùn)煤，上平巷則選用SZZ1200/700型轉(zhuǎn)載機(jī)器運(yùn)煤，工作面中部采用ZF15000/23/43型綜放液壓支架，端頭采用ZFG15000/26/43H型綜放液壓支架，采高4 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m。

采煤機(jī)進(jìn)刀方式為端部斜切，切口≥25 m，截深0.8 m，采煤機(jī)的割煤速率為每分鐘0～12 m。采用一次放煤的方法放頂煤，兩個(gè)放煤口之間相隔0.8 m；采放結(jié)合，按一采一放工序平行作業(yè)。

3 生產(chǎn)系統(tǒng)可靠性分析

采煤機(jī)開(kāi)采率與工作面產(chǎn)量之間表現(xiàn)為線性正比關(guān)系，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟班統(tǒng)計(jì)得出各生產(chǎn)班各系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間及狀態(tài)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，每個(gè)生產(chǎn)班的準(zhǔn)備時(shí)間為50 min左右，該班結(jié)束時(shí)的收尾清理時(shí)間為10 min左右，受工作面系統(tǒng)故障影響，每班中間的停機(jī)時(shí)間平均為59 min，采煤工作面每個(gè)生產(chǎn)班的出煤時(shí)間占總工作時(shí)間的65%左右。因此，要想進(jìn)一步提高采煤機(jī)的開(kāi)機(jī)率，增加出煤時(shí)間，應(yīng)減少故障時(shí)間，提高工作效率。

通過(guò)分析采煤工作面在工作過(guò)程中存在的故障類(lèi)型，將其工作設(shè)備看成十一個(gè)子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)分別為皮帶機(jī)、采煤機(jī)、后部刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)、通風(fēng)制冷、環(huán)境、煤倉(cāng)、前部刮板輸送機(jī)、供液系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、其他等。上述子系統(tǒng)是一個(gè)整體，既相互聯(lián)系，又相互制約，其中每個(gè)子系統(tǒng)都是一個(gè)串聯(lián)，任何一個(gè)子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都會(huì)對(duì)工作面的工作造成很大影響。

通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際產(chǎn)量可知，工作面的回收率達(dá)到80%，工作面總產(chǎn)量為457萬(wàn)t，利潤(rùn)為5100萬(wàn)元。通過(guò)詳細(xì)分析生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，可以發(fā)現(xiàn)后部刮板輸送機(jī)在工作面設(shè)備中占用的故障時(shí)間最長(zhǎng)，造成這種現(xiàn)象的原因?yàn)檫x擇的后部刮板輸送機(jī)型號(hào)偏小，放頂出煤量大，由于設(shè)備不配套，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，一定程度上影響了工作面的整體經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于厚煤層綜放工作面，要想快速高效破碎頂煤，就應(yīng)選取適合的綜放工藝參數(shù)。通常情況下，綜放開(kāi)采技術(shù)采高的變化范圍是2～3.5 m，但由于采高不斷增加，勢(shì)必會(huì)對(duì)煤壁的穩(wěn)定性造成一定影響，因此，對(duì)設(shè)備進(jìn)行配套選型時(shí)還需要進(jìn)一步考慮厚煤層煤壁穩(wěn)定性與煤層總厚度的變化關(guān)系。