綜放工作面“三機”選型配套及工程應用

張生劍

(臨汾市煤炭設計院,山西 臨汾 041000)

綜采放頂煤工作面的主要設備是采煤機、刮板輸送機和液壓支架,俗稱“三機”。在設備配套選型時,只有使三者間的幾何尺寸和生產能力相互協調,合理匹配,才能保證所選設備能夠正常運行,發揮最大使用效能,提高生產效率,實現工作面經濟效益最大化的目標。

1 “三機”配套原則

基于設備尺寸的“三機”配套原則:采煤機要適應煤層地質條件變化,滿足工作面生產能力要求;“三機”幾何尺寸、設備性能、生產能力和壽命應相互匹配;“三機”都具有良好的技術性能和保護功能,工作可靠,使用和維護過程便捷[1]。

基于生產能力要求的“三機”配套原則[2]:采煤機要達到工作面對回采生產能力的要求標準,生產能力必須超過綜放工作面的割煤任務;液壓支架前部刮板輸送機的輸送能力一定要比采煤機的生產能力大,而后部刮板輸送機的輸送能力和頂煤的放煤能力相協調;液壓支架的移架速度和刮板輸送機的推溜速度與采煤機和放頂煤的工作速度匹配。

設備選型配套一定要注重各單機之間能力與性能相適應,“三機”選型配套一般指空間幾何關系配套,使三種機器設備的尺寸相互匹配協調,確保在工作過程中互不影響[3]。配套設備應滿足的尺寸要求為:保證過煤空間充足,確保采煤機具有合適的機面高度;保證采煤機與刮板輸送機之間具有一定的安全距離;保證采煤機滾筒與液壓支架頂梁間具有一定的距離,且刮板機的電纜槽要與液壓支架底座及立柱保持安全距離;刮板輸送機鏟板、槽幫與采煤機的支撐滑靴之間也應保持適當的間距。

2 “三機”性能參數基本要求

2.1 采煤機性能參數基本要求

正確選擇和使用采煤機對工作面回采生產能力有很大影響,采煤機型號一般涉及多方面問題,其選型除與煤層厚度、傾角、地質條件及本身特性有關外,還應考慮與運輸機械和液壓支架協調匹配[4]。故當選擇采煤機型號時應統籌規劃,綜合考慮多種因素。

一般采煤機的滾筒直徑應大于工作面切割高度的一半,截深為采煤機工作時滾筒可完全截入煤壁的深度。在實際操作過程中,對于厚煤層綜放工作面,應加大采煤機滾筒的工作截深,目前常用截深為0.8 m。

采煤機滾筒的轉速直接對單位能耗、粉煤量及裝載量大小產生重大影響[5]。當同一型號采煤機的牽引速度和截齒數一定時,轉速越高,單位能耗越大,粉煤量占比越多,裝載速度越快。實際生產過程中,采煤機的滾筒轉速一般控制在30 r/min～50 r/min比較經濟合理。

牽引速度是指滾筒正常切割煤體時采煤機沿工作面的滑行速度。采煤機的電動機功率、液壓支架移架速度和刮板輸送機輸送能力是影響牽引速度的外在可控制因素。實際生產過程中,電牽引采煤機工作時的牽引速度為10 m/min～12 m/min,不工作時的牽引速度為15 m/min～36 m/min比較經濟合理。

2.2 刮板輸送機性能參數基本要求

中雙鏈刮板輸送機的工作原理示意圖見圖1,啟動傳動電機后,鏈輪組件會在減速器和液力耦合器的帶動下旋轉,刮板鏈循環運動并帶動物料沿溜槽移動至機頭部卸載。刮板輸送機的運行速度及單位長度上的貨載重量直接決定其運輸能力大小。

圖1 中雙鏈刮板輸送機工作原理示意圖Fig.1 Working principle of center double-chain scraper conveyor

綜放工作面“三機”選型配套時,液壓支架前部刮板機的輸送能力應滿足采煤機的割煤能力要求,保證及時將采煤機割落的煤體運出工作面;后部輸送機應滿足放煤要求,必須將支架放煤口放落煤體在放煤時間內運出采空區,對提高厚煤層綜采放頂煤工作面的采出率起關鍵作用。

2.3 液壓支架性能參數基本要求

在設計和制造放頂煤液壓支架時,其具體的“三機”配套要求如下:支架在封閉工作空間的基礎上具有較高的工作阻力和可靠穩定性;為促進頂煤冒落和加快放煤速度,應盡量縮短掩護梁的長度；為運輸方便,支架高度可調;配置伸縮前探梁縮短空頂面積,增強護幫護頂能力;支架底座設置抬底機構和較大的移架力,可在底板破碎不平整的條件下快速順利移動[6];支架前、后安裝噴霧降塵系統。

從巖層控制角度考慮,綜放開采要取得理想的效果,就需要控制頂煤在支架上和架前保持完整性,而在支架后方破碎并及時冒落放出。因此,厚煤層綜采放頂煤工作面選用的液壓支架除具有一般支架功能外,還應具備可控的破煤功能,在破碎頂煤時,需要煤層頂板和液壓支架相互配合,使頂煤在有時間限制的情況下沿切頂線冒落。綜放支架需要承受的靜載主要由控頂區不規則冒落帶的頂板巖塊重量、頂煤重量、掩護梁上松散煤體壓力以及頂板變形壓力四部分組成。綜放采場結構剖面圖見圖2。

圖2 綜放采場結構剖面圖Fig.2 Constructure of fully-mechanized mining field

3 “三機”選型配套工程應用

某綜放工作面走向長(推進長度)為1 650 m,傾向長(切割長度)為160 m,礦井生產能力為600萬t/a,采用綜采放頂煤工藝回采厚度為7.6 m的11#煤,該煤層埋深約400 m,傾角小于10°,頂底板巖層情況如表1所示。

表1 11#煤頂底板巖層情況Table 1 Roof and floor rock strata of No.11 coal seam

根據前文所述“三機”設備選型配套原則,針對該工作面11#煤層的賦存條件及礦井生產能力,確保工作面配套設備基本性能及生產能力要求,確定配套設備能力大致按“喇叭口”方式拓展。按照保證設備安全高效、經濟可靠目標確定的配套設備選型為KSW-1500EU電牽引采煤機、前后部SGZ1000/2X 1200中雙鏈鑄焊封底式刮板輸送機、ZF 15000-23/43綜采放頂煤液壓支架。綜放工藝采高為4 m,循環進度(截深)為0.8 m,采用采放結合,一采一放工序作業,割煤、放煤步距都為0.8 m;后部刮板運輸機單行作業且滯后放煤口約20 m～25 m。

回采過程統計該綜放工作面實際平均出煤量為7 200 t/班,月產量平均突破59萬t,年產量達到了660萬t(按330 d計算),開機率為47.2%,取得了較好的經濟效益。

4 結束語

配備綜采放頂煤工作面設備主要是指匹配“三機”,即前后部刮板輸送機、采煤機和液壓支架。如果“三機”選型不相匹配,綜放工作面的生產能力將會受到直接影響,各設備的最大效能不能充分發揮。一個科學合理的綜放工作面“三機”配套要保證工作面具有較高的開機率,在最大程度上發揮生產效能,達到安全高產高效的目標。