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，煤層發生垮落所出現的大塊煤，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，但是仍然常發生大塊破碎不徹底、不及時的情況，嚴重影響煤礦高效生產工作。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，大側板過渡支架ZY21000/36/75D，端頭支架ZYT21000/28/53D，刮板輸送機SGZ1400/4500 型，轉載機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，卸載部為交叉側卸式，刮板輸送機主要的工作技術參數見表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（表2）

表2 主要參數

3.3 主要結構組成

破碎裝置主要由驅動電機、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，臂架內無傳動機構，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、內齒圈、齒輪軸及軸承座、軸承杯、軸承等組成，驅動電機輸出軸與太陽輪通過花鍵聯接，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升降，懸臂結構可左右通用（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、電磁閥驅動器、手自一體換向閥組、遙控器等，可實現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 的范圍內根據實際情況實時調整高度，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壓力增大，安全閥開啟，實現對油缸的保護。

（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試試驗，模擬井下生產實際，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的安全距離滿足要求，不會發生干涉。

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象、油位是否符合規定要求、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 盤區應用以來，逐步發現存在以下優勢：

（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載機入口的大塊煤堵塞問題。

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

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

6 發展方向

目前大塊煤預破碎裝置的應用研究尚未發展成熟，將來可根據煤礦生產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，全方位監測運行數據，實時分析，完善綜合保護功能，同時輔助視頻監控、人員定位等系統，遠程集控操作大塊煤破碎裝置。

7 結束語

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，減少事故發生概率，提高采煤生產效率。同時，可根據工況條件對煤塊大小的要求和工作面輸送量調整破碎滾筒的高度，在沒有大塊煤落下時，將破碎滾筒調到最高點并停機，節能降耗。綜合來看，其安全效益、經濟效益均較為顯著，可有效滿足煤礦綜采工作面安全、快采、快推的需求。