我國(guó)綜采工作面快速搬家設(shè)備與工藝的應(yīng)用

張彥祿

(煤炭科學(xué)研究總院太原研究院,山西省太原市,030006)

1 引言

隨著煤礦開(kāi)采技術(shù)的高速發(fā)展和采掘機(jī)械化程度的迅速提高,億噸綜采工作面在一些大型煤炭企業(yè)已開(kāi)始推廣。工作面設(shè)備也向重型化發(fā)展,我國(guó)綜采工作面設(shè)備總重量已發(fā)展到11500 t左右。其中:液壓支架重量已發(fā)展到74 t(采高7 m)。支架數(shù)量由100架左右增加到近180架;總重量由1500 t提高到10000 t以上。同時(shí),礦井工作面的推進(jìn)速度也越來(lái)越快,工作面設(shè)備搬家越來(lái)越頻繁,由以前的一年左右搬家1次縮短到一年2次或3次以上。為了充分發(fā)揮大型機(jī)械設(shè)備的技術(shù)性能,提高綜采設(shè)備的利用率,縮短搬家時(shí)間是現(xiàn)代化礦井必須解決的問(wèn)題之一。

2 我國(guó)綜采工作面快速搬家設(shè)備與工藝現(xiàn)狀

目前,我國(guó)的大部分礦井還是采用傳統(tǒng)的搬家工藝和搬家設(shè)備,如回柱絞車、起吊裝置、軌道平板車、電機(jī)牽引車等以多段分散搬運(yùn)的輔助運(yùn)輸方式為主的搬運(yùn)設(shè)備。運(yùn)輸環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復(fù)雜、安全性差,占用了大量設(shè)備和勞動(dòng)力。有統(tǒng)計(jì)表明,神東礦區(qū)的大柳塔礦在采用無(wú)軌膠輪化技術(shù)后,第一次搬家就由原來(lái)軌道運(yùn)輸?shù)?5 d縮短到10 d,大大提高了搬家效率,節(jié)省了搬遷費(fèi)用,增加出煤時(shí)間25 d,獲得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。到目前為止,國(guó)外已經(jīng)形成了較為完備的綜采設(shè)備搬家工藝和專用裝備,有代表性的設(shè)備主要有原DBT公司的VTC650防爆支架搬運(yùn)車、山特維克公司的ED10、ED25支架搬運(yùn)車和澳大利亞BOART LON GYEAR公司的WC40T支架搬運(yùn)車等。國(guó)內(nèi)對(duì)于該領(lǐng)域的研究始于本世紀(jì)初,目前煤炭科學(xué)研究總院太原研究院(山西煤機(jī)裝備有限公司)已經(jīng)研制成功了國(guó)內(nèi)較為完備的成套綜采設(shè)備搬家設(shè)備和工藝,能夠適應(yīng)我國(guó)大多數(shù)礦井的使用情況。代表設(shè)備包括WC40Y支架搬運(yùn)車系列、WC55Y支架搬運(yùn)車、WC25EJ和WC40EJ鏟板式支架搬運(yùn)車以及WC80EJ支架搬運(yùn)車等,多功能車主要有WJ10-EJ和WJ-4FB防爆柴油鏟運(yùn)車、WLC5EJ防爆柴油機(jī)混凝土攪拌運(yùn)輸車等。國(guó)產(chǎn)設(shè)備的問(wèn)世,很好地解決了因進(jìn)口設(shè)備整機(jī)及配件價(jià)格高、備件供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、售后服務(wù)不及時(shí)等問(wèn)題,已經(jīng)得到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的認(rèn)可。

經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展,搬家工藝也有了很大的改進(jìn)。我國(guó)神東、寧夏等許多大型礦區(qū)已采用了先進(jìn)的綜采工作面快速搬家成套裝備結(jié)合輔巷多通道回撤工藝。這些都為提高礦井的生產(chǎn)能力創(chuàng)造了有利條件。

3 國(guó)產(chǎn)綜采工作面快速搬家成套設(shè)備與工藝的應(yīng)用

綜采工作面在搬家倒面時(shí)需要搬運(yùn)的設(shè)備主要有采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、移動(dòng)變電站、帶式輸送機(jī)等。

目前,用于綜采工作面快速搬家的特種無(wú)軌膠輪車主要有支架搬運(yùn)車、多功能車及一些輔助運(yùn)輸設(shè)備等。

3.1 重型搬運(yùn)車

國(guó)產(chǎn)重型搬運(yùn)車以支架搬運(yùn)車為主,按驅(qū)動(dòng)方式可分為全液壓驅(qū)動(dòng)、液力-機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)3種。全液壓驅(qū)動(dòng)的主要有WC40Y支架搬運(yùn)車系列(包括WC40Y、WC40Y A型和WC40YB型支架搬運(yùn)車)和WC55(50)Y型支架搬運(yùn)車;而液力-機(jī)械驅(qū)動(dòng)主要有WC25EJ、WC40EJ鏟板式支架搬運(yùn)車和WC80EJ拖車式支架搬運(yùn)車;電機(jī)驅(qū)動(dòng)主要有WX35J蓄電池支架搬運(yùn)車。

WC40Y支架搬運(yùn)車(見(jiàn)圖1)以其操縱簡(jiǎn)便、機(jī)動(dòng)、靈活、裝卸支架快捷、工況適應(yīng)性好而受到用戶的青睞。在山西懷仁縣聯(lián)順璽達(dá)煤業(yè)柴溝礦,WC40Y支架搬運(yùn)車單車平均每天搬運(yùn)9架29 t液壓支架,單趟往返10 km,日最高搬運(yùn)12架,創(chuàng)下了綜采搬家的新紀(jì)錄。該車于2007年10月通過(guò)了中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)的科學(xué)技術(shù)成果鑒定,獲得了“2008年度中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)”和“2008年度煤炭科學(xué)研究總院科技成果一等獎(jiǎng)”。同等功能的還有WC55(50)Y型支架搬運(yùn)車。

圖1 WC40Y支架搬運(yùn)車

為了適應(yīng)薄煤層設(shè)備的搬運(yùn),煤科總院太原研究院設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了WC40Y A型支架搬運(yùn)車(見(jiàn)圖2)。該車是在WC40Y支架搬運(yùn)車的基礎(chǔ)上新增加了封底底板、箕斗式鏟板、支架護(hù)板裝置、液壓絞車、推料裝置等部件,它既可以適應(yīng)于薄煤層液壓支架的搬運(yùn),也可適應(yīng)于中厚煤層40 t以下支架的搬運(yùn),同時(shí)對(duì)綜采工作面移動(dòng)變電站列車的所有設(shè)備、對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽、對(duì)寬度小于1.8 m的其他設(shè)備都具有良好的運(yùn)輸功能。

圖2 WC40Y支架搬運(yùn)車(A型和B型)

WC40Y B型支架搬運(yùn)車與A型車的結(jié)構(gòu)類似。主要區(qū)別是B型車車身窄,可以滿足窄巷道1.5 m支架中心距的支架及綜采設(shè)備的搬運(yùn)。

WC25EJ支架搬運(yùn)車(見(jiàn)圖3)是以鏟板為承載單元,裝卸靈活,主要用于支架短距離運(yùn)輸和擺放。該車不僅可以搬運(yùn)25 t以下的液壓支架,還可以搬運(yùn)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及移動(dòng)變電站等其他設(shè)備,做到一車多用。同等功能的還有WC40EJ鏟板式支架搬運(yùn)車。

圖3 WC25EJ支架搬運(yùn)車

WC80EJ支架搬運(yùn)車(見(jiàn)圖4)是以液力—機(jī)械傳動(dòng)牽引車為動(dòng)力,牽引重載拖車來(lái)實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)重型支架,是國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)的新車型。該拖車采用封底形式,利用兩部絞車及兩個(gè)雙伸縮的推移油缸來(lái)完成支架的裝卸。2009年底僅用3臺(tái)WC80EJ支架搬運(yùn)車20 d時(shí)間就完成神華神東煤炭集團(tuán)補(bǔ)連塔煤礦7 m大采高綜采工作面液壓支架入井搬運(yùn)任務(wù)。由于受巷道條件限制,此次支架運(yùn)輸從上灣煤礦輔運(yùn)平硐入井,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離運(yùn)輸后到達(dá)補(bǔ)連塔煤礦綜采工作面,往返里程28 km,支架重量74 t,支架搬運(yùn)數(shù)量152架,運(yùn)輸距離及支架噸位都創(chuàng)世界記錄。實(shí)現(xiàn)了平均每天搬運(yùn)支架9～10架的較好成績(jī)。3臺(tái)車的行駛距離均在1400 km以上,共搬運(yùn)液壓支架噸位重量達(dá)1.12萬(wàn)t。

圖4 WC80EJ支架搬運(yùn)車

WX35J支架搬運(yùn)車(見(jiàn)圖5)主要用于搬運(yùn)帶式輸送機(jī)機(jī)機(jī)頭、采煤機(jī)等大型部件,搬運(yùn)、擺放支架等。矮車身可以使其滿足薄煤層工作的需要,使用蓄電池作為動(dòng)力源,可以解決發(fā)動(dòng)機(jī)排放廢氣問(wèn)題,而且降低了使用成本。

圖5 WX35J支架搬運(yùn)車

目前,在我國(guó)大型煤礦企業(yè)采煤機(jī)的搬運(yùn)主要是采用兩個(gè)WX35J支架搬運(yùn)車抬運(yùn)采煤機(jī)的方式搬運(yùn)采煤機(jī)(見(jiàn)圖6)。用該方式搬運(yùn)采煤機(jī)存在著車身長(zhǎng)轉(zhuǎn)彎困難、重心高易翻倒等問(wèn)題。國(guó)外在本世紀(jì)初曾研制出采煤機(jī)專用搬運(yùn)設(shè)備,但存在采煤機(jī)供電和裝卸困難等問(wèn)題,難以實(shí)現(xiàn)快速搬家,所以一直未得到推廣,因此研制適用于快速搬家、安全可靠的采煤機(jī)專用搬家設(shè)備是目前國(guó)內(nèi)外急待解決的疑難課題,煤科總院太原研究院對(duì)綜采工作面快速搬家時(shí)搬運(yùn)采煤機(jī)的龍頭快速搬家設(shè)備正在研制中。

圖6 采煤機(jī)搬運(yùn)方式

3.2 多功能車

雖然WC25EJ支架搬運(yùn)車和WC40Y支架搬運(yùn)車(A型、B型)也具有多功能性,但因其受到車外形尺寸及運(yùn)載方式的限制,在某些特定環(huán)境下不便采用,因此,煤科總院太原研究院還開(kāi)發(fā)了WC10EJ多功能車(見(jiàn)圖7)。

WC10EJ多功能車通過(guò)更換車輛前端的工作機(jī)構(gòu),就可以方便地滿足井下的多種作業(yè)需要,如鏟裝、鏟運(yùn)、升降起吊、各種物料的搬運(yùn)等功能;也可以進(jìn)行巷道中的浮煤清理和井下道路整修等工作。該車型性能可靠,較窄的車身使其具有機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),并有鏟斗、叉子、升降平臺(tái)等工作機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速更換,滿足井下多種工作需要。同等功能的還有WJ-4FB防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)、WC15EJ多功能車。

圖7 WC10EJ多功能鏟車

3.3 輔助運(yùn)輸設(shè)備

影響現(xiàn)代化礦井實(shí)現(xiàn)無(wú)軌膠輪輔助運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要因素就是礦井的巷道建設(shè)。傳統(tǒng)的巷道建設(shè)主要是將水泥在地面上攪拌完成后,采用非混凝土攪拌車將其運(yùn)到工作地點(diǎn),因此在運(yùn)輸過(guò)程中水泥不可避免地會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象,降低硬化質(zhì)量。同時(shí)在此過(guò)程中工人需裝卸兩次,勞動(dòng)強(qiáng)度大。而WLC5EJ井下混凝土攪拌輸送車(見(jiàn)圖8)就是為了解決這些問(wèn)題而研發(fā)的,該車主要用于煤礦井下混凝土運(yùn)輸,邊走邊攪拌可以防止混凝土離析,提高礦井巷道的建設(shè)質(zhì)量和速度。

此外,作為煤礦輔助設(shè)備的移動(dòng)發(fā)電車在我國(guó)大型煤礦也有使用(見(jiàn)圖9)。該車主要用于煤礦井下具有自行能力的設(shè)備,如掘進(jìn)機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)、給料破碎機(jī)、錨桿鉆車、行走支架、梭車等整機(jī)升井、下井,或在大巷內(nèi)設(shè)備搬家倒面時(shí)提供動(dòng)力電源。還可以在緊急情況下為地面或井下局部設(shè)備供電。節(jié)省了設(shè)備下井、升井時(shí)間,降低了工人拖拽電纜的勞動(dòng)強(qiáng)度。

3.4 搬家工藝的應(yīng)用

綜采面搬家是一個(gè)系統(tǒng)工程,不但要有先進(jìn)的搬家設(shè)備,還需配合科學(xué)、合理的搬家工藝。目前,我國(guó)許多大型礦區(qū)已采用了先進(jìn)的輔巷多通道雙翼回撤工藝。該工藝內(nèi)容包括輔巷多通道的布置與巷道支護(hù)方式。在綜采工作面停采線處提前掘出回撤通道和回撤輔運(yùn)巷道,通過(guò)多聯(lián)巷溝通,形成輔巷多通道巷道系統(tǒng)(見(jiàn)圖10)。當(dāng)綜采面推進(jìn)到與回撤通道貫通時(shí),支架頂梁將預(yù)先支護(hù)好的頂板處橫梁挑起,在所需回撤的支架端與最近的一個(gè)聯(lián)巷一端處可將預(yù)先支護(hù)好的單體支柱撤出,形成支架回撤的寬敞空間。一般情況下需開(kāi)拓5條聯(lián)巷,由中間聯(lián)巷作為切入點(diǎn)將4架液壓支架作為輔助支架向兩個(gè)回撤方向扭轉(zhuǎn),形成兩點(diǎn)回撤的回撤布局。每回撤1架液壓支架,輔助支架向前邁進(jìn)1架支架步距,在已回撤的液壓支架與輔助支架后形成冒落區(qū)(見(jiàn)圖11)。

在地質(zhì)條件不允許開(kāi)拓回撤通道與回撤輔巷的情況下,可采用單通道單翼回撤工藝,該工藝因其巷道施工量小仍被很多礦井采用。單通道單翼回撤工藝的巷道布置見(jiàn)圖12。該工藝的巷道布置與常規(guī)回撤工藝相同,在輔助支架配合下,從綜采工作面尾部開(kāi)始依次將支架從主運(yùn)巷道撤出。

圖12 單通道單翼回撤工藝巷道布置圖

4 結(jié)論

由煤科總院太原研究院研制開(kāi)發(fā)的綜采工作面搬家設(shè)備在我國(guó)包括神華神東集團(tuán)、中煤集團(tuán)、神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)、兗州礦業(yè)集團(tuán)、晉煤集團(tuán)、山西焦煤集團(tuán)等25家大型煤炭企業(yè)得到了很好的應(yīng)用,而且目前已經(jīng)推出了包括上述產(chǎn)品在內(nèi)的快速搬家成套裝備(采煤機(jī)搬運(yùn)設(shè)備正在研制中),為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的整機(jī)整件搬運(yùn),減少設(shè)備拆分和對(duì)接工序,減少綜采面設(shè)備的搬家時(shí)間提供了技術(shù)支持。采用無(wú)軌膠輪輔助運(yùn)輸設(shè)備可以真正實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的“面到面”搬運(yùn),實(shí)現(xiàn)不轉(zhuǎn)載或少轉(zhuǎn)載。因此綜采工作面快速搬家技術(shù)與裝備的推廣應(yīng)用為實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井的高產(chǎn)高效創(chuàng)造有利條件,是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化礦井高產(chǎn)高效的必由之路。

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