充填工作面機電設備配套技術方案研究

徐 杰

（山西煤炭運銷集團蒲縣昊興塬煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 041000）

引言

固體充填開采一般采取“一井一面”的開采方式，不同礦井之間機電設備不能被直接通用。為更好地實現(xiàn)充填開采工作面高產(chǎn)高效，本文在研究某煤礦1902S充填工作面賦存地質條件基礎之上，對此充填開采工作面的機電設備進行配套技術研究。

1 充采工作面總體方案設計

充填開采工作面作業(yè)時前部采煤面通過充填液壓支架支護進行采煤；后部充填面通過矸石充填采空區(qū)來解決傳統(tǒng)采煤方法帶來的地表下沉問題，在保證礦井高效生產(chǎn)的前提下，及時支護采空區(qū)以防頂板破裂，降低地表下沉，維持巖石的穩(wěn)定性，固體充填采煤為解決現(xiàn)有“三下”壓煤問題給出新的發(fā)展方法[1]。充填開采面與傳統(tǒng)綜采工作面配套機電設備相比，除采煤面上傳統(tǒng)三機配套機電設備外，還在架后增加了充填刮板輸送機。由于在1902S回風巷布置一條矸石運輸系統(tǒng)，使得該面的生產(chǎn)設備在布置上與傳統(tǒng)綜采面相比增加了后部輸送機、卸載皮帶和充填皮帶。針對1902S充填采煤面設計的機電設備總體配套情況如圖1所示。

由圖1可知：運輸巷布置有運輸皮帶、轉載機；工作面上布置有采煤機割煤、刮板輸送機運煤、充填支架支撐頂板、充填刮板輸送機用于矸石填充；回風巷布置有用于運輸矸石的皮帶及轉載機。而對設備進行配套研究時，主要是對各設備之間生產(chǎn)能力及結構尺寸是否相適應進行研究。

2 充填開采工作面關鍵機電設備配套技術研究

前部采煤面布置有用于割煤的采煤機、運煤的刮板輸送機與支護頂板的充填支架，后部充填面布置有懸掛在充填支架尾梁下方的充填刮板輸送機進行矸石填充。充填開采面中各設備之間配套關系的優(yōu)劣是影響充填工作面能否實現(xiàn)高產(chǎn)高效的重要因素，為實現(xiàn)最優(yōu)配套和綜采效率，本文對配套過程中主要涉及充填開采面機電設備的生產(chǎn)能力、結構配套進行研究。針對充填采煤特點制定的配套流程如下頁圖2所示。

圖1 1902S工作面主要機電布置圖

2.1 采煤機與刮板輸送機選型

2.1.1 采煤機選型

1）滾筒直徑確定。確定雙滾筒采煤機滾筒直徑時不應小于工作面采高的一半，該面平均采煤高度為3.5m，按照通用設計方法滾筒直徑可取1.6m、1.8m、2.0 m。本文為實現(xiàn)不同設備之間更好配合，設計選用采煤機滾筒直徑為1.8 m。

2）截深選擇。為更好與充填液壓支架配套使用，故設計采煤截深為0.6 m。

3）截割速度選擇。滾筒轉速一般為25～40 r/min，截割速度為3.8 m/s。

4）采煤機牽引速度。采煤機牽引速度選擇為3.68m/s。

5）采煤機截割、裝機功率的確定。采煤機截割功率為513 kW。

圖2 四機配套流程圖

6）選型及主要參數(shù)。根據(jù)上述計算結果，采煤面割煤時選用MG300/700 WD型采煤機。其主要的技術參數(shù)如表1所示。

表1 采煤機主要技術參數(shù)

2.1.2 刮板輸送機選型

該充填開采面長130 m，根據(jù)采煤機截煤功率Q=650 t/h，所以初步設計刮板輸送機生產(chǎn)能力Q為800 t/h且鏈速為1.1 m/s。

1）中部槽選擇為1 500 mm×730 mm×290 mm。

2）刮板輸送機功率確定：刮板輸送機電機功率N與充填采煤面長度、傾角以及運輸量相關，可按下式計算：

式中：q、ql為每米裝煤量、刮板鏈單位自重，分別取225 kg/m、20 kg/m；L為刮板輸送機的長度，取130 m；ω、ω'為煤、鏈條在溜槽內的阻力系數(shù)，取 0.8、0.3；η為傳動裝置效率，取0.62；g為重力加速度，取9.8 m2/s；β為刮板輸送機運行設計的傾角，取26.4°；K為電機使用功率系數(shù)，取1.45；K1為刮板鏈與鏈輪接觸系數(shù)，取1.15；K2為刮板鏈與中部槽的阻力系數(shù)，取 1.15。

將數(shù)據(jù)帶入公式中可得刮板輸送機電機功率N=316 kW。根據(jù)計算數(shù)據(jù)和工況條件本文選擇SGZ730/400刮板輸送機，其主要參數(shù)如表2所示。

表2 SGZ730/400刮板輸送機參數(shù)

2.2 MG300/700-WD采煤機與SGZ730/400刮板輸送機配套研究

如圖3所示，設計的煤機滾筒直徑為1.8 m，截深0.6 m，通過在采煤機與刮板輸送機之間設計348 mm間距，不僅使煤機底座的托架和刮板輸送機之間留有合理的過煤高度；而且可以保證刮板輸送機處于彎曲狀態(tài)時，采煤機不會與刮板輸送機電纜槽產(chǎn)生干涉。另外，采煤機有自開缺口性能，當采煤至刮板輸送機的機頭、機尾時能完全解決原有“三角煤”難以開采問題。最后，兩機配套時采煤機還應留有適當臥底量以避免與刮板輸送機機頭機尾產(chǎn)生干涉。

圖3 采煤機與刮板輸送機之間結構配套圖（單位：mm）

3 采煤面刮板輸送機與充填支架配套研究

充填支架通過連接頭與刮板輸送機連接耳鉸接。推溜移架過程中推移部件由推桿、推移千斤頂、連接頭組成，前部與刮板輸送機連接，后部經(jīng)千斤頂耳軸與充填支架底座連接；組成推移機構的推桿是箱型體結構、強度較大并使用鉸接方式連接；采取倒裝法安裝千斤頂。兩者結構配套還應體現(xiàn)在尺寸的適應性。

充填液壓支架支護阻力大，在移架過程中會因刮板輸送機溜槽強度不足而損壞拉移耳板，對此可將拉移耳板設計為L型，從結構改變來改善拉孔處受力狀態(tài)；通過整體鑄造法提高強度。刮板輸送機在電纜槽處與充填支架底座前部留有安全間隙，以防充填支架移架時損壞刮板輸送機的電纜槽及內部部件。

4 充填支架與充填刮板輸送機配套技術研究

該綜采充填開采工作面采用充填支架支護采煤，架后吊掛充填刮板輸送機進行物料填充。通過自主研制能實現(xiàn)大采高、大支撐力的六柱式充填液壓支架，在其前后立柱之間設計四連桿結構，不僅改善了支架的支護性能，還為后部充填留有足夠通風端面以及人行空間。其余的兩個立柱為后頂梁提供支撐力，提高了后頂梁支護強度，為后頂梁懸掛充填刮板輸送機提供有力支撐。

SGZ630/264充填刮板輸送機是多孔底卸式刮板輸送機，通過吊裝方式懸掛在充填液壓支架后頂梁上，具體懸掛充填方式如圖4所示。

該刮板輸送機在中部槽底部設計有卸料孔，在充填作業(yè)時矸石通過卸料孔卸載到采空區(qū)，卸料孔可經(jīng)充填液壓支架提供的高壓液體控制千斤頂，實現(xiàn)其在運行方向的開啟關閉。充填過程中矸石從機尾運輸?shù)綑C頭部，控制插板打開機頭處卸料孔，待矸石充填到一定高度時打開下組卸料孔并關閉改組卸料孔，以此方式循環(huán)直到充填完成，實現(xiàn)充填矸石從回風巷運到刮板輸送機機頭，經(jīng)刮板鏈輸送至機尾處進行充填。溜槽之間采用啞鈴銷鏈接，不僅可使充填刮板輸送機可調范圍增大，而且能增大連接強度、提高充填刮板輸送機在水平和豎直方向的可彎曲度。

圖4 架后充填示意圖

5 結論

本文主要針對充填工作面機電設備進行配套研究，當前工作面主要采用MG300/700-WD采煤機、SGZ730/400刮板輸送機以及ZC9900/20/38充填支架，根據(jù)工作面的實際情況，并對各設備之間的生產(chǎn)能力和結構以及對架充填充填面的生產(chǎn)能力和結構進行配套研究，提出合理的機電設備總體配套方案，同時，為其他類似礦井開采時提供了寶貴的經(jīng)驗。