放頂煤綜采工作面三機(jī)選型設(shè)計(jì)方案

史紅瑞

(山西煤炭建設(shè)監(jiān)理有限公司, 太原 030012)

1　綜采工作面概況

1.1　工作面基本情況分析

山西左權(quán)盤城嶺煤業(yè)采煤工作面要求生產(chǎn)能力達(dá)90萬t/a,工作面長度為160 m,煤層厚度最高達(dá)6 m,煤層傾角為17°～27°,煤層堅(jiān)硬度f<3,對于高瓦斯礦井,要求瓦斯?jié)舛葹?2%～15%,而就巷道尺寸而言,所需進(jìn)風(fēng)巷的尺寸為4.8 m×4 m(寬×高),回風(fēng)巷尺寸為4.6 m×4 m(寬×高)。有兩層夾矸,夾矸厚度為0.35 m～0.90 m。由計(jì)算可以得出,采煤機(jī)日進(jìn)刀數(shù)為8,工作面日推進(jìn)度為5.04 m,采煤工作面年產(chǎn)量Q1為65.9萬t,放煤工作面產(chǎn)量Q2為92.5萬t,綜放工作面總產(chǎn)量為Q=Q1+Q2=158.4萬t,因此能夠滿足90萬t/a的設(shè)計(jì)產(chǎn)能要求。本文選取采煤機(jī)、前后刮板輸送機(jī)、液壓支架三機(jī)結(jié)合方案。

1.2　采煤工藝選擇

根據(jù)上述工作條件,采取放頂煤開采工藝,放頂煤開采具有產(chǎn)能高、耗能少、開采效率高、安全性高的特點(diǎn),中國很多的厚煤層礦區(qū)利用這種工藝去實(shí)現(xiàn)高效產(chǎn)煤,進(jìn)行集約化生產(chǎn),為我國煤炭產(chǎn)出作出重大貢獻(xiàn)[1]。放頂煤開采的技術(shù)特點(diǎn)如下。

1)適應(yīng)能力強(qiáng)。煤層厚度變化明顯的煤層,在放煤口可以將處于支架上方的煤體回收,使得煤層厚度變化對工作面推進(jìn)的影響減小。

2)利用放頂煤開采,可以提高工作面生產(chǎn)效率。綜放開采使得巷道掘進(jìn)量降低,從而采煤機(jī)割煤量降低,使采煤機(jī)投入運(yùn)行的電力和材料相應(yīng)地降低,保證高效集約化生產(chǎn)。

3)采用放頂煤開采,更便于對易自燃煤層的管理。

4)頂板控制問題減少。綜放開采對于頂板的管理相對簡單。

5)放頂煤開采工作面產(chǎn)出的煤炭很多是由垮落頂煤構(gòu)成,由三機(jī)(采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、支架)配合工作,相比于同產(chǎn)量的普通綜采工作面設(shè)備,過煤量少,耗時短,便于設(shè)備的維護(hù)。

2　三機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)

2.1　采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

綜采工作面與相應(yīng)的配套設(shè)備選型的依據(jù)是采煤機(jī)的理論生產(chǎn)能力,由上面的數(shù)據(jù),可以進(jìn)一步計(jì)算出工作面產(chǎn)生能力為110.9 t/h,根據(jù)煤的容重、采煤機(jī)實(shí)際牽引速度、機(jī)采高度等,選取MG300/710-WD采煤機(jī)。此型號采煤機(jī)生產(chǎn)能力為416.4 t/h,該數(shù)值大于工作面生產(chǎn)能力要求。

2.2　刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)

刮板輸送機(jī)正常運(yùn)行的能力要與采煤機(jī)的生產(chǎn)能力相適應(yīng),以獲得最佳效益。前部刮板輸送機(jī)的型號為SGZ764/400,其運(yùn)輸能力可以達(dá)到800 t/h,它可以滿足工作面基本運(yùn)量要求,將前部刮板輸送機(jī)功率選定在400 kW,根據(jù)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力的相互配合,及前后部運(yùn)輸機(jī)的通用互換性,選取型號為SGZ764/320的后部刮板輸送機(jī),其輸送能力為800 t/h,滿足使用要求。由刮板輸送機(jī)的基本特性,確定轉(zhuǎn)載機(jī)的型號為 SZZ764/200,其運(yùn)輸能力為1 000 t/h,并配合PML1000破碎機(jī)。

2.3　液壓支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過研究煤礦開采區(qū)及附近相關(guān)煤層的地質(zhì)情況,提出了滿足開采區(qū)礦井地質(zhì)條件的綜采液壓支架,結(jié)構(gòu)靈活簡單,性能穩(wěn)固。

結(jié)合采礦區(qū)地質(zhì)概況,為滿足基本采礦工作能力,采取計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段實(shí)行四連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化、受力分析和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算,以此獲取最優(yōu)參數(shù)使整個結(jié)構(gòu)運(yùn)行合理,使支架在滿足工作阻力的基礎(chǔ)上,達(dá)到最優(yōu)支護(hù)強(qiáng)度,以確保支架結(jié)構(gòu)在滿足工作面要求的條件下,其工作能力可以配合刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)。

參數(shù)優(yōu)化的目的在于提高支架的支護(hù)能力,在性能上改善支架受力狀態(tài)，支架的穩(wěn)固性和抗扭轉(zhuǎn)能力需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化。支架的設(shè)計(jì)過程包括設(shè)計(jì)計(jì)算、設(shè)計(jì)繪圖、設(shè)計(jì)校核等。設(shè)計(jì)計(jì)算采用液壓支架計(jì)算軟件,對支架的各項(xiàng)材料性能參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)選取,保證支架與刮板輸送機(jī)配合的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)繪圖采用平面和三維相結(jié)合的方法,在運(yùn)用PICAD平面制圖的同時,運(yùn)用軟件Solidedge進(jìn)行三維建模,并不斷完善支架的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)校核是運(yùn)用有限元分析軟件FEMAP WITH NX NASTRAN,按照GB25974 [1].1-2010標(biāo)準(zhǔn)對支架進(jìn)行模擬壓架試驗(yàn),分析支架某一點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài),由分析結(jié)果不斷改進(jìn)。

根據(jù)實(shí)際礦區(qū)條件,采取走向長壁綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法,選用液壓支架ZF4800/16/26。

3　設(shè)備主要性能

3.1　MG300/710-GWD電牽引采煤機(jī)的主要性能

1)可以截割硬煤、夾矸,具備過斷層能力。

2)采煤機(jī)的操作方式分為機(jī)身按鈕控制、兩端端頭操作站控制及無線遙控器控制,可以多方位控制采煤機(jī)的啟停及運(yùn)行等。

3)調(diào)速系統(tǒng)采用機(jī)載式、一拖一運(yùn)行方式、交流變頻調(diào)速型式,能實(shí)現(xiàn)四象限回饋運(yùn)行,應(yīng)急情況下可實(shí)現(xiàn)一拖二運(yùn)行。

4) 以專用工業(yè)控制器為核心,多種傳感器技術(shù)應(yīng)用,對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時全面的監(jiān)測,并且將采集的實(shí)時數(shù)據(jù),完全準(zhǔn)確的傳送給主控系統(tǒng)。

5)可以將每個傳感器采集的實(shí)時數(shù)據(jù),即時準(zhǔn)確地傳送給控制系統(tǒng),通過主控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理與判斷,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和系統(tǒng)正常工作。具有完善的保護(hù)功能,包括瓦斯報警斷電、啟動截割的語音提示、電機(jī)過載、超溫及漏電閉鎖等。

6)簡潔實(shí)用的顯示界面,采用高可靠性的工業(yè)顯示器,系統(tǒng)功能強(qiáng)大、穩(wěn)定可靠。設(shè)計(jì)中采用了故障報警,集成控制系統(tǒng)中所有的故障信息,一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障,顯示畫面將跳轉(zhuǎn)到故障報警畫面,同時畫面中顯示故障內(nèi)容并且記錄該內(nèi)容,為排查故障及維護(hù)系統(tǒng)縮短了時間。

7)系統(tǒng)液壓油借助吸油、高壓油、回油三個過濾器實(shí)現(xiàn)三級過濾,進(jìn)一步保持油液的干凈清潔。

3.2　刮板輸送機(jī)系列設(shè)備的使用性能

3.2.1刮板輸送機(jī)中部槽的性能

中部槽為鑄焊封底結(jié)構(gòu),中板和封底板均采用高強(qiáng)度耐磨板;鏟板、擋板槽幫啞鈴銷座的破斷強(qiáng)度為啞鈴銷的2倍以上,如遇過大的外載荷,超過許用強(qiáng)度時,首先損壞啞鈴銷,從而實(shí)現(xiàn)對中部槽的保護(hù);嚴(yán)格把控中部槽槽間錯口量;掌握好設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),使槽間的水平彎曲和垂直彎曲角度限定在一定范圍內(nèi),保證采煤機(jī)可靠運(yùn)行;調(diào)整牽引銷軌與銷軌座之間的受力,根據(jù)受力情況優(yōu)化結(jié)構(gòu),當(dāng)推移彎曲時受力最小,確保采煤機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)[2]。

3.2.2SZZ764/200轉(zhuǎn)載機(jī)的性能

1)驅(qū)動部分與轉(zhuǎn)載機(jī)平行布置,適應(yīng)左右互換布置的要求。

2)懸空段和爬坡段的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是懸空段中部槽、凸槽、凹槽為整體箱式結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)有下鏈道檢查口,以便檢查或處理底鏈故障。爬坡段采用高強(qiáng)耐磨板槽幫上沿,可使刮板鏈運(yùn)行平穩(wěn),減少了運(yùn)行過程中的磨損,在很大程度上提高了設(shè)備的使用壽命。轉(zhuǎn)載機(jī)起橋段設(shè)有鉸接槽,使轉(zhuǎn)載機(jī)可以順利地應(yīng)對各種不平整的地形或者有起伏的傾角結(jié)構(gòu)。

3)落地段中部槽為整體箱式結(jié)構(gòu),中板采用高強(qiáng)度耐磨板,底板采用高強(qiáng)度耐磨板,大大提高了中部槽的使用壽命。

3.2.3MY800邁步自移裝置的性能

MY800型邁步自移裝置是橋式轉(zhuǎn)載機(jī)的組成部分,該裝置可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的快速拉移,轉(zhuǎn)載機(jī)自移裝置由推移缸、支撐缸、導(dǎo)軌和連接件等部件組成,用于高產(chǎn)高效工作面順槽轉(zhuǎn)載機(jī)與破碎機(jī)的快速推移。該裝置原理是轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和推移裝置利用摩擦力互為支點(diǎn),相互推拉,實(shí)現(xiàn)邁步自行前移的功能。相比于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)載機(jī)推移,具有高進(jìn)尺、快推進(jìn)、操作簡單、方便等優(yōu)點(diǎn)[3]。

3.2.4輪式破碎機(jī)PLM1000的性能

破碎機(jī)動力系統(tǒng)采用電動機(jī)、皮帶聯(lián)合傳動。破碎機(jī)采用整體底槽,在結(jié)構(gòu)方面實(shí)現(xiàn)了對破碎機(jī)的加固,與其它裝置連接的聯(lián)接強(qiáng)度增加,避免了過渡鏈節(jié)的產(chǎn)生,平滑運(yùn)行,縮短了設(shè)備的長度。破碎力度的調(diào)節(jié)采用手壓泵——千斤頂結(jié)構(gòu),便于操作。實(shí)現(xiàn)增高的方式是利用固定墊板,滿足破碎主軸的同心度和運(yùn)動的穩(wěn)定性。破碎軸組軸承與密封件均采用進(jìn)口件。

3.3　液壓支架的使用性能

支架適應(yīng)工作面傾角≤30°,設(shè)有防倒防滑裝置(頂梁防倒、底座防滑、前后運(yùn)輸機(jī)防滑除過渡支架運(yùn)輸機(jī)防滑),其操作方式為鄰架操作,滿足左右工作面互換的要求[4]。推移框架與刮板機(jī)的連接裝置互相匹配,推溜力、移架力滿足生產(chǎn)需要,拉架力大于推溜力,推移油缸和推移框架可在井下方便更換。支架為整體頂梁,設(shè)護(hù)幫裝置,護(hù)幫板可回轉(zhuǎn)180°與頂梁相平;護(hù)幫板收回時,前梁梁體總厚度不大于350 mm;支架立柱間設(shè)有行人通道,通道寬度不小于600 mm,人行通道采用Φ=6 mm厚花紋鋼板鋪底。底座設(shè)計(jì)為整體中開擋式底座,支架放水孔、起吊孔設(shè)計(jì)在柱窩最低處。支架放煤尾梁留有后部運(yùn)輸機(jī)檢修吊裝環(huán)。

4　結(jié)束語

本文采用三機(jī)技術(shù)方案,采用放頂煤開采工藝,可以實(shí)現(xiàn)對煤層厚度5.3 m～6.0 m、煤層傾角為17°～27°、年生產(chǎn)能力為90萬t的工作面進(jìn)行開采,合理地將采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架進(jìn)行使用性能、結(jié)構(gòu)連接上的配合,從而保證設(shè)備的正常運(yùn)行。實(shí)踐證明,采用放頂煤三機(jī)技術(shù)方案,不僅可以提高生產(chǎn)效率,實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)能,還為解決類似的工程問題提供了借鑒。