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        綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)備選型及可靠性分析

        2019-01-17 02:08:26陳寅虎
        機(jī)械管理開(kāi)發(fā) 2018年12期
        關(guān)鍵詞:綜放刮板選型

        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。

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