綜采工作面設備選型及自移裝置的改造實踐

宋慧鋒

（山西蘭花科技創業股份有限公司大陽煤礦分公司， 山西 晉城 048003）

0 引言

綜采工作面的設備選型及調校應用是保障煤炭資源安全高效開采的基礎工作，在新工藝、新設備不斷涌現的當下，高度機械化、自動化的采煤工業設備成為礦井開采的標配[1-2]。大量的礦山機電工作者對綜采設備的選型進行了研究分析，但大多數文獻內容較為宏觀，普遍缺乏對煤層傾角變化大且煤層厚度較厚工作面設備選型的敘述[3-4]。據此，筆者將在詳細分析3406 綜采工作面地質條件的基礎上，從“三機配套”的實際工作出發，對工作面設備的選型提出了計算方法。同時在保證安全、高效的前提下，重點分析了設備配套的先進性和經濟合理性。

1 3406 工作面概況

大陽煤礦3406 綜采工作面位于四采區，傾向長度1 181 m、走向長度260 m，從切眼至650 m 左右煤層傾角不超過3°，為近水平煤層；之后煤層傾角迅速增大，最高達到18°，判定為緩傾斜煤層，并根據工作面的鉆孔資料分析，3406 工作面煤層厚度為5.1～6.2 m，平均厚度為5.75 m。

2 綜采工作面采煤機選型

2.1 選型原則

在對緩傾斜較厚煤層工作面進行采煤機選型時，應充分考慮工作面的地質條件和生產規模，同時還需保持安全富裕系數，以面對工作面遇到的復雜情況。

2.2 確定采煤機性能參數

在選擇采煤機時，需要重點對礦井所需的生產力進行校對，以及與工作面高度、寬度、煤層傾角相匹配的設備采高、調校范圍、牽引力等。

1）采煤機每個循環的平均作業時間計算如下：

式中：t 為采煤機單循環作業用時，min；T1為每班作業用時，取8 min；T2為檢修作業用時，取4 min；η 為設備平均開機率，取50%。

將相關參數代入式（1），采煤機單循環所需的時間為120 min。

2）采煤機作業過程中所需的平均牽引速度為：

式中：v 為采煤機平均牽引速度，m/min；L 為3406 工作面長度，取231 m；L1為采煤機進刀長度，取38 m；t1為準備時間，取10 min。

經計算，采煤機截煤時的平均牽引速度需達到2.8 m/min。

3）采煤機生產能力計算。采煤機正常作業時的工作生產效率需根據式（3）進行計算：

式中：Q 為采煤機生產能力，t/h；h 為3406 工作面平均高度，取2.6 m；B 為采煤機滾筒截深，取0.8 m；ρ 為煤的密度，取1.44 t/m3；C 為工作面回采率，取0.93。

經計算，采煤機正常開機割煤時的理論生產能力需達到468 t/h。

4）裝機功率計算。采煤機裝機功率可以采用比能法進行計算，計算方法見式（4）：

式中：P 為裝機功率，kW；Hw為采煤機能耗，取0.7 kWh/m3。由此計算得：采煤機裝機功率為327.6 kW。

2.3 采煤機選擇

根據上述采煤條件的計算，為滿足實際生產要求，筆者選擇MG450/1020-QWD 型采煤機作為工作面生產設備，該設備主要技術參數見表1。

3 綜采工作面刮板輸送機的選型

3.1 選型原則

刮板輸送機是決定井下生產能力的重要設備，在選取刮板輸送機時，應在一定程度上大于采煤機的生產能力，并在結構參數方面與采煤機相匹配，同時兼顧經濟合理性與技術穩定性。

3.2 確定刮板輸送機運輸能力

1）運輸生產能力Q'計算：

式中：S 為刮板輸送機最大貨載橫截面積，取0.24 m2；φ 為滿載富裕系數，取0.8；γ 為散集容重，取0.9 t/m3；v'為刮板鏈平均速度，取1.08 m/s。

經計算，刮板輸送機的合理運輸能力為672 t/h，該能力大于1.2 倍的采煤機生產力，可以滿足工作面實際生產需求。

2）運行阻力和電動機功率計算。刮板輸送機滿載工況下運行阻力計算如式（6），刮板輸送機空載段運行阻力計算如式（7）：

式中：β 為煤層傾角，取6°；q 為刮板輸送機上單位長度貨載質量，取216 kg；q0為刮板鏈質量，取22.84 kg；w 為滿載狀態下的阻力系數，取0.7；w'為刮板鏈移動阻力系數，取0.3。

經計算：W重＝41 662 kg，W空＝1 023.5 kg。

3）主動鏈輪的牽引力計算如下：

式中：K 為設備內部阻力系數，取1.2。

經計算，W0達到51 222.3 kg。

4）電動機功率計算如下：

式中：η 為傳動裝置效率，包括減速器及液力聯軸器，取0.85。

經計算，電機功率需在612 kW 以上。

3.3 刮板輸送機的選型

根據計算，選擇SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機，可滿足工作面的生產要求。其主要技術特征見表2。

4 綜采工作面其他重要設備的選型

4.1 其他主要設備的選型

除了采煤機和刮板輸送機外，綜采工作面的其他重要設備還包括轉載機、破碎機和各種支護設備。轉載機方面，按照生產系統對運輸能力要求，并考慮到對主要設備配套能力較實際需求能力大，選用SZZ800/250 型橋式刮板轉載機，輸送能力為1 600 t/h；破碎機方面，按照轉載機的選型選用PCM160 型破碎機，破碎能力為2 000 t/h。支護方面采用錨網梁（索）聯合支護方式，部分地段采用鋼棚復合支護。

4.2 ZY2700 型自移裝置

在井下工作時，需要對轉載機和破碎機進行移動，但在推進的過程中會與煤層發生接觸從而產生很大的摩擦力。增設自移裝置，則可以改拉移前進為自移前進，極大地減少井下作業人員的勞動量。ZY2700型自移裝置主要包括導軌、滾輪架、聯接架、液壓系統等基礎部件，如圖1 所示。

圖1 ZY2700 型自移裝置安裝

ZY2700 型自移裝置自帶的小車與轉載機機頭相連，是整個裝置進行自移的支撐點，可以實現自行位移、膠帶調校、膠帶糾偏的功能。在推移轉載機時，小車及推移缸活動塞桿隨之一起前移活塞桿被壓入缸筒，根據采煤的進程，在完成一定截深后可操作推移缸進行基架的推移工作。

5 應用效果

為保證3406 綜采工作面的安全高效開采，選取了MG450/1020-QWD 型采煤機、SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機、SZZ800/250 型橋式刮板轉載機和PCM160 型破碎機作為采掘設備，并加裝了ZY2700型自移裝置，可以實現膠帶跑偏調整、轉載機推移方向校直和自行前移等功能。實踐證明，綜采設備的選型與配套設計只有貼合工作面的實際情況，才能有效保證工作面的高產、高效推進。提高并不斷優化工作面設備的機械屬性，對提高勞動生產率、煤礦的長期安全具有積極的促進作用。