綜放工作面生產系統設備選型及可靠性分析

陳寅虎

（潞安集團漳村煤礦， 山西 長治 046032）

引言

近年來，我國煤炭開采行業不論是煤炭采集理論還是相關設備的研發生產，都取得了較大進步，先進開采設備的運用不僅增強了我國煤炭開采過程的安全性，還提升了企業的生產效率。但在設備運用方面也具有一定程度的局限性，首先單個采煤設備并不能有效提高企業的生產效率，所以應從全局出發更新換代企業的開采設備，其中最為重要的就是“三機設備”的選型配套。

1 綜放工作面生產系統設備選型的基本要求

1.1 采煤機選型基本要求

1.1.1 采煤機的性能參數

正確選擇和使用采煤機，對綜放工作面的開采生產能力有著很大的影響，但選擇采煤機的型號會涉及到很多問題，采煤機的選型不僅與煤層厚度、傾角、地質條件及本身的特性相關，還與運輸機和支護設備存在一定關系。所以，當選擇采煤機型號時需要考慮各種因素，并做好統籌工作。

1.1.2 滾筒直徑及截深選擇

一般情況下，雙滾筒采煤機的滾筒直徑應大于采高的1/2。滾筒截深為采煤機割煤時所截入煤壁的深度，截深的選取與煤層厚度、煤質軟硬、頂板巖性、移架步距及采煤機的穩定性密切相關[1]。在實際操作過程中，對于厚煤層綜放工作面，采煤機應加大工作截深，當前實際工作中通用的滾筒截深為0.8 m。

1.1.3 滾筒轉速

滾筒轉速對單位能耗、裝載量以及粉煤量的大小都有著重大影響[2]，采煤機截齒的最大切削厚度可通過下式計算：

式中：v為采煤機的牽引速度，m/s；n為采煤機滾筒的轉速；m為采煤機滾筒同條截線上的截齒數。由上式可知，牽引速度v一定時，轉速n越高，所產生的煤塵量越大，同時，截割耗能也會增大。在實際操作中，滾筒的轉速越快，即其循環也會加快，直接影響到采煤機的裝煤效果，因此通常將滾筒轉速n控制在 30～50 r/min。

1.1.4 采煤機牽引速度

牽引速度是指采煤機沿工作面傾向割煤時的運行速度，會根據電動機功率、刮板輸送機裝煤能力、液壓支架移架速度等配套設備的變化而變化，通常為10～12 m/min，最快牽引速度可達54.5 m/min[3]。

1.2 液壓支架選型基本要求

在設計制造放頂煤液壓支架時，其具體的“三機”配套要求如下：一是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的穩定性；二是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；三是為運輸方便，支架高度可調；四是配置伸縮前探梁縮短空頂面積，增強護幫護頂能力；五是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；六是支架前、后安裝噴霧降塵系統。

從巖層控制角度考慮，綜放系統要取得理想的效果，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[4]。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。

1.3 刮板輸送機選型基本要求

中雙鏈刮板輸送機在目前的綜放生產系統中應用最多，其工作原理是啟動傳動部電機后，鏈輪組件在減速器和液力禍合器帶動下開始旋轉，循環運行的刮板鏈使位于其上的煤炭沿著溜槽向前移動并在機頭部卸載[5]。在整個運行過程中，刮板鏈始終做循環運動輸送煤炭。

刮板輸送機的運行速度及單位長度運轉煤炭的重量直接決定了他的運輸能力，其結構如圖1所示。

圖1 刮板輸送機結構示意圖

2 工程背景及設備選型配套

為了實現綜放工作面的“三機設備”配套選型，首先需要對其工作面的工程背景進行分析，了解煤層賦存狀況和地質條件，掌握工作面的煤巖情況并對其進行力學分析。某礦屬于大同煤田，回采11號煤層，該煤層為弱粘結的優質動力煤，走向北西和北東，傾角為1°～4°，煤層結構簡單，儲存情況穩定，平均厚度為7.66 m。煤層頂板和底板多為陸地碎屑巖，成分為鈣質膠結和泥質膠結，質地堅硬，密度較大，有粉砂巖、細砂巖、中粗砂巖，砂質頁巖和礫巖。煤層頂底板情況如表1所示。

表1 煤層頂底板情況

針對該礦的煤層賦存等工程背景，選用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采方式，即利用采煤機滾筒切割、裝載煤炭并與前部輸送機配合實現煤炭運輸，而位于液壓支架上方的煤炭在自身重力及采動影響下垮落放入后部刮板輸送機輸出工作面。根據前文綜放工作面生產系統設備選型的基本要求，選用KSW-1500EU無鏈電牽引式采煤機割煤，工作面前部選用SGZ1000/2×1200型中雙鏈輸送機運煤，后部選用SGZ1200/2×1200型中雙鏈輸送機運煤，上平巷則選用SZZ1200/700型轉載機器運煤，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，循環進度為0.8 m。

采煤機進刀方式為端部斜切，切口≥25 m，截深0.8 m，采煤機的割煤速率為每分鐘0～12 m。采用一次放煤的方法放頂煤，兩個放煤口之間相隔0.8 m；采放結合，按一采一放工序平行作業。

3 生產系統可靠性分析

采煤機開采率與工作面產量之間表現為線性正比關系，通過現場跟班統計得出各生產班各系統的運行時間及狀態。統計結果表明，每個生產班的準備時間為50 min左右，該班結束時的收尾清理時間為10 min左右，受工作面系統故障影響，每班中間的停機時間平均為59 min，采煤工作面每個生產班的出煤時間占總工作時間的65%左右。因此，要想進一步提高采煤機的開機率，增加出煤時間，應減少故障時間，提高工作效率。

通過分析采煤工作面在工作過程中存在的故障類型，將其工作設備看成十一個子系統，各子系統分別為皮帶機、采煤機、后部刮板輸送機、破碎機、通風制冷、環境、煤倉、前部刮板輸送機、供液系統、供水系統、其他等。上述子系統是一個整體，既相互聯系，又相互制約，其中每個子系統都是一個串聯，任何一個子系統出現故障，都會對工作面的工作造成很大影響。

通過分析現場的實際產量可知，工作面的回收率達到80%，工作面總產量為457萬t，利潤為5100萬元。通過詳細分析生產系統的可靠性，可以發現后部刮板輸送機在工作面設備中占用的故障時間最長，造成這種現象的原因為選擇的后部刮板輸送機型號偏小，放頂出煤量大，由于設備不配套，導致產量降低，一定程度上影響了工作面的整體經濟效益。

4 結語

對于厚煤層綜放工作面，要想快速高效破碎頂煤，就應選取適合的綜放工藝參數。通常情況下，綜放開采技術采高的變化范圍是2～3.5 m，但由于采高不斷增加，勢必會對煤壁的穩定性造成一定影響，因此，對設備進行配套選型時還需要進一步考慮厚煤層煤壁穩定性與煤層總厚度的變化關系。