淺談煤礦井下破碎機使用現(xiàn)狀及改進

郭 江

（大同煤礦集團有限公司云岡礦，山西 大同037000）

0 引言

破碎機是實現(xiàn)煤炭綜合機械化開采的關(guān)鍵設(shè)備，負責(zé)將工作面所采出的大塊原煤及矸石進行充分破碎，然后進入運輸系統(tǒng)內(nèi)，對于保障煤炭高效運輸及設(shè)備安全運轉(zhuǎn)至關(guān)重要。當(dāng)前我國各大礦區(qū)使用的破碎機多與轉(zhuǎn)載機配套使用，對經(jīng)過的原煤及矸石進行破碎，使其順利通過轉(zhuǎn)載機，然后進入皮帶輸送機[1-3]。但是由于井下工作環(huán)境較差，尤其是當(dāng)工作面夾矸較多、工作面過斷層期間，破碎機長時間、高負荷工作，破碎機容易出現(xiàn)故障，工作效率下降，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞、煤炭無法運出、工作面停產(chǎn)等嚴(yán)重后果。本文即針對煤礦常見的錘式破碎機使用現(xiàn)狀進行分析，并基于云岡礦的具體條件進行針對性改進，從而提高破碎機的工作穩(wěn)定性，降低故障率，保障工作面安全高效生產(chǎn)。

1 錘式破碎機使用現(xiàn)狀分析

錘式破碎機在我國各大礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其工作原理主要是靠沖擊來完成煤巖塊的破碎，當(dāng)破碎機工作時，電機帶動轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，煤巖塊進入破碎機內(nèi)，受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭打擊、剪切、研磨作用從而被破碎，破碎后繼續(xù)受到擋板、篩條的篩選，大于篩孔尺寸的煤巖塊阻留在篩板上繼續(xù)受到錘頭的打擊和研磨，直到破碎至所需粒度后排出機外。錘式破碎機按照轉(zhuǎn)子數(shù)目可分為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子破碎機，按照轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向可分為定向錘式和可逆式破碎機，按照錘頭排數(shù)可分為單排式、雙排式或多排式破碎機，按照錘頭裝配方式可分為固定錘式破碎機和活動錘式破碎機[4,5]。

但是錘式破碎機在井下使用過程中，同樣存在諸多問題：一是破碎機的進料方式導(dǎo)致破碎效率較低，工作面所出煤、矸全部進入破碎機腔體內(nèi)，容易引起破碎腔及出口堵塞，且小塊度煤矸及粉煤還緩沖了對大塊的沖擊破碎，導(dǎo)致破碎效率降低；二是破碎機錘頭連接方式及強度較低，容易脫落且故障率高，需要對錘頭的連接方式進行改進，并提高錘頭的強度；三是破碎機一般搭配轉(zhuǎn)載機使用，通用性不佳，不能適用炮采工作面及薄煤層工作面，機動性差移機困難。

2 改進方案設(shè)計

根據(jù)對破碎機使用現(xiàn)狀的分析，提出破碎機的改進方案，主要集中在三個方向：一是對煤矸進行提前篩選，通過寬度為150mm的條狀篩口過濾小塊，只通過大塊煤矸進行破碎；二是改進錘頭的連接方式，變剛性連接為轉(zhuǎn)動鉸接，減小沖擊損耗，同時優(yōu)化錘頭質(zhì)量及尺寸，提高其強度；三是變破碎機與轉(zhuǎn)載機配套安裝為獨立安裝，使其適應(yīng)條件擴寬，且便于移機。

2.1 篩選裝置設(shè)計

根據(jù)篩選要求，粒度在150mm以內(nèi)的煤矸不需要破碎，僅破碎150mm以上的煤矸。篩選裝置是在破碎機的導(dǎo)料槽的斜面滑道上設(shè)置寬度150mm的條狀篩口，小粒度的煤矸可直接通過條狀篩口進入出煤口，而粒度大于150mm的煤矸則無法進入篩口，借助重力作用滾入破碎機內(nèi)進行破碎，并在破碎機下部出料口安裝孔徑為150mm的方形篩網(wǎng)，破碎合格的煤矸通過篩網(wǎng)后進入溜煤口，破碎不合格則進行重復(fù)破碎，直至粒徑小于150mm。篩選的關(guān)鍵裝置為導(dǎo)料槽及條狀篩口，導(dǎo)料槽上的橫向桿取消，防止阻擋煤矸，同時，綜合考慮便于小粒度煤矸下滑入溜煤口及大粒度煤矸滑入破碎機，將導(dǎo)料槽的斜面傾角設(shè)置為40°。導(dǎo)料槽條狀篩口及破碎機整體布置如圖1所示。

圖1 導(dǎo)料槽條狀篩口及破碎機整體布置圖

2.2 錘頭的優(yōu)化設(shè)計

破碎機的破碎機構(gòu)包括主軸、錘頭、錘座等部件，將錘頭與錘座連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化為銷軸鉸接，可很大程度上降低錘頭對錘座的沖擊，破碎時對主軸的沖擊作用也大大降低。錘頭布置形式為雙排對稱布置，共設(shè)計2排4個錘頭，如圖2所示。

同時，為提高錘頭強度，延長其使用壽命，合理優(yōu)化單個錘頭的質(zhì)量，錘頭質(zhì)量過小，不利于破碎大塊堅硬巖石，錘頭質(zhì)量過大，又會造成能耗浪費，且不利于合理優(yōu)化設(shè)備尺寸。綜合破碎機轉(zhuǎn)速、破碎機功率、有效功耗率、錘頭數(shù)量、轉(zhuǎn)子半徑及相關(guān)系數(shù)，計算確定錘頭質(zhì)量為50kg。在確定錘頭質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對錘頭的尺寸進行優(yōu)化[6,7]，優(yōu)化后的錘頭尺寸如圖3所示。

圖2 破碎機主軸及錘頭設(shè)計圖

圖3 錘頭尺寸優(yōu)化設(shè)計圖

2.3 破碎機安裝方式改進

改進后的破碎機可單獨按照并使用，很好的適用于各類型煤層（溜煤眼）的上口，安裝時將帶式輸送機的機頭布置于破碎機導(dǎo)料口上方，并抬高3°，與導(dǎo)料口保持合理間隙。同時，為避免破碎機出現(xiàn)故障時影響煤炭運輸，在安裝時設(shè)計旁通式落煤口，將破碎機導(dǎo)料槽的條狀篩口的底座改進為鉸接，并使用活動插銷連接，當(dāng)破碎機出現(xiàn)故障，拔掉插銷，篩口底座下擺，輸送機運出的煤炭可不經(jīng)過破碎機直接落入溜煤口，可在應(yīng)急情況下不經(jīng)過破碎程序，而直接外運原煤，減少生產(chǎn)影響。

3 結(jié) 語

在參考煤礦現(xiàn)用破碎機的基礎(chǔ)上，總結(jié)其優(yōu)缺點，充分考慮煤礦現(xiàn)場的應(yīng)用條件，對礦用錘式破碎機進行合理改進，研發(fā)出PLCM1000型錘式破碎機，并成功在國內(nèi)試點礦井進行了應(yīng)用。總體來看，與在工作面端頭出提前破碎煤、矸相比，簡化了工作面的生產(chǎn)工藝，減少了工作面設(shè)備數(shù)量及安裝工作，但大塊煤矸外運后再破碎，對皮帶輸送機磨損有所增加。但整體上看，改進后的破碎機應(yīng)用條件更為廣泛，對生產(chǎn)工序影響更小，安全系數(shù)更高，應(yīng)用前景廣闊。