大采高綜采工作面大塊煤破碎裝置的研究與應用

張白磊

（陜西有色榆林煤業(yè)有限公司，陜西榆林 719000）

0 引言

在煤礦井下大采高綜采工作面，受周期來壓和開采擾動的綜合影響，工作面片幫大塊煤垮落并進入輸送機溜槽中，不僅影響煤流的正常運輸，而且很難在輸送機卸載點卸載和進入轉(zhuǎn)載機入口點處的箱式輸送槽體中，容易造成堵塞和設備停機。厚煤層采取大采高放頂煤采礦工藝過程中，煤層發(fā)生垮落所出現(xiàn)的大塊煤，隨著采煤機的不斷改進，部分大塊煤在采煤機配套破碎機和支架插板的往復運動下得以破碎，但是仍然常發(fā)生大塊破碎不徹底、不及時的情況，嚴重影響煤礦高效生產(chǎn)工作。鑒于此，引進滾筒式大塊煤預破碎裝置，從根本上解決大采高綜采工作面大塊煤破碎難題。

1 應用條件簡介

該礦井302 盤區(qū)東西長約5.9 km，南北寬約3.7 km，面積約21.3 km2，3 號煤層埋深225～260 m，平均7.46 m，煤層傾角小于1°，為近水平煤層。采用一次采全高大采高采煤法，頂板采用全部垮落法，30201 綜采工作面，工作面走向長約6000 m，工作面布置長300 m，設計生產(chǎn)原煤能力不小于3000 t/h。煤層基本頂板厚14.54～49.86 m，巖性以中細粒砂巖為主，煤層頂板屬中等冒落頂板—難冒落頂板。

2 工作面配套設備

采煤機SL1000，總裝機功率2640 kW；中部支架ZY21000/36/75D，中間過渡支架ZY21000/36/75D，大側(cè)板過渡支架ZY21000/36/75D，端頭支架ZYT21000/28/53D，刮板輸送機SGZ1400/4500 型，轉(zhuǎn)載機SZZ1600/1000。其中刮板輸送機采用變頻一體機+摩擦限矩器+減速器傳動方式，刮板鏈速為0～1.65 m/s，卸載部為交叉?zhèn)刃妒剑伟遢斔蜋C主要的工作技術參數(shù)見表1。

表1 刮板輸送機技術指標

3 滾筒式大塊煤預破碎裝置

3.1 安裝位置

破碎裝置安裝在刮板輸送機機頭過渡槽上方，采用懸臂結(jié)構形式，可以在不占用刮板運輸機正常煤流情況下，將大塊煤均勻破碎，有效保證煤流的正常輸送，安裝位置如圖1 所示。

圖1 破碎裝置安裝位置

3.2 主要參數(shù)（表2）

表2 主要參數(shù)

3.3 主要結(jié)構組成

破碎裝置主要由驅(qū)動電機、破碎頭減速器、臂架、破碎滾筒等組成。

（1）電機：直接安裝于破碎頭內(nèi)，臂架內(nèi)無傳動機構，機械減速部分全部集中在破碎頭中；電機型號為礦用隔爆三相交流異步電機，可用于環(huán)境溫度≤40 ℃，外殼水套冷卻，電機以接線喇叭口為中心上下對稱，方便安裝拆卸。

（2）減速器：減速器為行星減速器，一級行星齒輪傳動，由太陽論、行星輪、內(nèi)齒圈、齒輪軸及軸承座、軸承杯、軸承等組成，驅(qū)動電機輸出軸與太陽輪通過花鍵聯(lián)接，將動力傳遞至減速器，行星架輸出軸通過花鍵與破碎頭滾筒的法蘭聯(lián)接，將動力傳遞給破碎滾筒。

（3）破碎滾筒：滾筒表面線性分布鎬型截齒，截割破碎效率高，運行穩(wěn)定；滾筒法蘭與軸承座配合并通過軸承支撐于軸承杯上，軸承杯與內(nèi)齒圈、臂架通過螺栓、定位銷子固定為一體，滾筒的另一端通過軸承支撐在臂架上。

（4）臂架：臂架外置和安裝于過渡槽處的連接耳鉸接，通過與過渡槽鉸接的液壓缸實現(xiàn)升降，懸臂結(jié)構可左右通用（需更換破碎滾筒及弧形護板）。

3.4 電液控制裝置

控制裝置主要由礦用隔爆兼本質(zhì)安全型設備組成，如控制器、電源箱、電液控換向閥組、電磁閥驅(qū)動器、手自一體換向閥組、遙控器等，可實現(xiàn)單個破碎錘的電控升降控制、手動升降控制、閉鎖和緊急停止功能；遠程遙控裝置可在20 m 的范圍內(nèi)根據(jù)實際情況實時調(diào)整高度，有效保護操作人員人身安全。

3.5 保護功能

（1）機械保護：電機內(nèi)置扭矩保護軸，避免使用過程中過大的沖擊載荷對破碎裝置內(nèi)部零件造成破壞，扭矩軸斷裂后可從電機后部直接取出進行更換，無需拆卸整個破碎裝置。

（2）液壓保護：在液壓缸進液腔處裝設安全閥，當破碎裝置運行時，遇到大塊煤破碎載荷過大時液壓缸腔內(nèi)壓力增大，安全閥開啟，實現(xiàn)對油缸的保護。

（3）電機過載保護：通過檢測破碎裝置電機運行電流，在遠程控制開關上設置過載保護限值，通過過載保護跳閘，實現(xiàn)對電機的保護。

3.6 與采煤機干涉問題

此次增設的破碎裝置通過地面安裝調(diào)試試驗，模擬井下生產(chǎn)實際，將采煤機牽引至機頭極限位置，重點檢查破碎裝置與采煤機搖臂、采煤機搖臂之間的距離；將破碎裝置油缸完全伸縮，檢查與刮板輸送機、液壓支架之前的距離；通過檢查確認破碎系統(tǒng)的安全距離滿足要求，不會發(fā)生干涉。

4 注意事項

（1）冷卻：使用開機前應先檢查冷卻水的水壓水量，先通水后啟動電機，嚴禁斷水使用，當電機長時間運行停機后，待電機冷卻后再關閉冷卻水。

（2）潤滑：減速箱內(nèi)注入N320 齒輪油，油位不超過行星減速器中心，注油量約10 L；破碎裝置行星頭支撐在臂架上的軸承（710×870×74），使用二硫化鉬極壓鋰基潤滑脂進行潤滑。

（3）操作：開機前檢查所有人員必須在機器安全距離范圍之外，并檢查滾筒有無卡死現(xiàn)象、油位是否符合規(guī)定要求、截齒是否齊全等。

5 破碎裝置的應用效果

滾筒式大塊煤預破碎裝置在杭來灣礦井302 盤區(qū)應用以來，逐步發(fā)現(xiàn)存在以下優(yōu)勢：

（1）徹底解決大塊堵塞問題。設備運行期間，大塊破碎均勻，從根本上解決了輸送機卸載點以及轉(zhuǎn)載機入口的大塊煤堵塞問題。

（2）生產(chǎn)效率顯著提高。該設備集破碎、清煤功能于一體，利于高產(chǎn)、高效工作面實現(xiàn)連續(xù)采煤。每班割煤量由以前的3 刀提高到4 刀，效率提高30%左右，生產(chǎn)效率顯著提高。

（3）實現(xiàn)減員增效。該設備結(jié)構緊湊、操作簡單，與工作面電液控集成，配合視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程遙控。大塊破碎崗位實現(xiàn)與其他崗位作業(yè)人員的合并，減員4 人，實現(xiàn)減員增效。

6 發(fā)展方向

目前大塊煤預破碎裝置的應用研究尚未發(fā)展成熟，將來可根據(jù)煤礦生產(chǎn)實際需要及智能化采煤需求，在液壓油缸安設行程傳感器、壓力傳感器，破碎裝置上安設冷卻水壓力及流量傳感器、電機溫度傳感器等，全方位監(jiān)測運行數(shù)據(jù)，實時分析，完善綜合保護功能，同時輔助視頻監(jiān)控、人員定位等系統(tǒng)，遠程集控操作大塊煤破碎裝置。

7 結(jié)束語

通過引入大塊煤破碎裝置，可基本解決大采高綜采工作面刮板運輸機機頭處的大塊煤堵塞問題，降低人工勞動負擔，減少事故發(fā)生概率，提高采煤生產(chǎn)效率。同時，可根據(jù)工況條件對煤塊大小的要求和工作面輸送量調(diào)整破碎滾筒的高度，在沒有大塊煤落下時，將破碎滾筒調(diào)到最高點并停機，節(jié)能降耗。綜合來看，其安全效益、經(jīng)濟效益均較為顯著，可有效滿足煤礦綜采工作面安全、快采、快推的需求。