綜采工作面設(shè)備選型及自移裝置的改造實(shí)踐

宋慧鋒

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司大陽(yáng)煤礦分公司， 山西 晉城 048003）

0 引言

綜采工作面的設(shè)備選型及調(diào)校應(yīng)用是保障煤炭資源安全高效開(kāi)采的基礎(chǔ)工作，在新工藝、新設(shè)備不斷涌現(xiàn)的當(dāng)下，高度機(jī)械化、自動(dòng)化的采煤工業(yè)設(shè)備成為礦井開(kāi)采的標(biāo)配[1-2]。大量的礦山機(jī)電工作者對(duì)綜采設(shè)備的選型進(jìn)行了研究分析，但大多數(shù)文獻(xiàn)內(nèi)容較為宏觀，普遍缺乏對(duì)煤層傾角變化大且煤層厚度較厚工作面設(shè)備選型的敘述[3-4]。據(jù)此，筆者將在詳細(xì)分析3406 綜采工作面地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，從“三機(jī)配套”的實(shí)際工作出發(fā)，對(duì)工作面設(shè)備的選型提出了計(jì)算方法。同時(shí)在保證安全、高效的前提下，重點(diǎn)分析了設(shè)備配套的先進(jìn)性和經(jīng)濟(jì)合理性。

1 3406 工作面概況

大陽(yáng)煤礦3406 綜采工作面位于四采區(qū)，傾向長(zhǎng)度1 181 m、走向長(zhǎng)度260 m，從切眼至650 m 左右煤層傾角不超過(guò)3°，為近水平煤層；之后煤層傾角迅速增大，最高達(dá)到18°，判定為緩傾斜煤層，并根據(jù)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(jī)選型

2.1 選型原則

在對(duì)緩傾斜較厚煤層工作面進(jìn)行采煤機(jī)選型時(shí)，應(yīng)充分考慮工作面的地質(zhì)條件和生產(chǎn)規(guī)模，同時(shí)還需保持安全富裕系數(shù)，以面對(duì)工作面遇到的復(fù)雜情況。

2.2 確定采煤機(jī)性能參數(shù)

在選擇采煤機(jī)時(shí)，需要重點(diǎn)對(duì)礦井所需的生產(chǎn)力進(jìn)行校對(duì)，以及與工作面高度、寬度、煤層傾角相匹配的設(shè)備采高、調(diào)校范圍、牽引力等。

1）采煤機(jī)每個(gè)循環(huán)的平均作業(yè)時(shí)間計(jì)算如下：

式中：t 為采煤機(jī)單循環(huán)作業(yè)用時(shí)，min；T1為每班作業(yè)用時(shí)，取8 min；T2為檢修作業(yè)用時(shí)，取4 min；η 為設(shè)備平均開(kāi)機(jī)率，取50%。

將相關(guān)參數(shù)代入式（1），采煤機(jī)單循環(huán)所需的時(shí)間為120 min。

2）采煤機(jī)作業(yè)過(guò)程中所需的平均牽引速度為：

式中：v 為采煤機(jī)平均牽引速度，m/min；L 為3406 工作面長(zhǎng)度，取231 m；L1為采煤機(jī)進(jìn)刀長(zhǎng)度，取38 m；t1為準(zhǔn)備時(shí)間，取10 min。

經(jīng)計(jì)算，采煤機(jī)截煤時(shí)的平均牽引速度需達(dá)到2.8 m/min。

3）采煤機(jī)生產(chǎn)能力計(jì)算。采煤機(jī)正常作業(yè)時(shí)的工作生產(chǎn)效率需根據(jù)式（3）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q 為采煤機(jī)生產(chǎn)能力，t/h；h 為3406 工作面平均高度，取2.6 m；B 為采煤機(jī)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(jīng)計(jì)算，采煤機(jī)正常開(kāi)機(jī)割煤時(shí)的理論生產(chǎn)能力需達(dá)到468 t/h。

4）裝機(jī)功率計(jì)算。采煤機(jī)裝機(jī)功率可以采用比能法進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算方法見(jiàn)式（4）：

式中：P 為裝機(jī)功率，kW；Hw為采煤機(jī)能耗，取0.7 kWh/m3。由此計(jì)算得：采煤機(jī)裝機(jī)功率為327.6 kW。

2.3 采煤機(jī)選擇

根據(jù)上述采煤條件的計(jì)算，為滿足實(shí)際生產(chǎn)要求，筆者選擇MG450/1020-QWD 型采煤機(jī)作為工作面生產(chǎn)設(shè)備，該設(shè)備主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

3 綜采工作面刮板輸送機(jī)的選型

3.1 選型原則

刮板輸送機(jī)是決定井下生產(chǎn)能力的重要設(shè)備，在選取刮板輸送機(jī)時(shí)，應(yīng)在一定程度上大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，并在結(jié)構(gòu)參數(shù)方面與采煤機(jī)相匹配，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)合理性與技術(shù)穩(wěn)定性。

3.2 確定刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力

1）運(yùn)輸生產(chǎn)能力Q'計(jì)算：

式中：S 為刮板輸送機(jī)最大貨載橫截面積，取0.24 m2；φ 為滿載富裕系數(shù)，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(jīng)計(jì)算，刮板輸送機(jī)的合理運(yùn)輸能力為672 t/h，該能力大于1.2 倍的采煤機(jī)生產(chǎn)力，可以滿足工作面實(shí)際生產(chǎn)需求。

2）運(yùn)行阻力和電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算。刮板輸送機(jī)滿載工況下運(yùn)行阻力計(jì)算如式（6），刮板輸送機(jī)空載段運(yùn)行阻力計(jì)算如式（7）：

式中：β 為煤層傾角，取6°；q 為刮板輸送機(jī)上單位長(zhǎng)度貨載質(zhì)量，取216 kg；q0為刮板鏈質(zhì)量，取22.84 kg；w 為滿載狀態(tài)下的阻力系數(shù)，取0.7；w'為刮板鏈移動(dòng)阻力系數(shù)，取0.3。

經(jīng)計(jì)算：W重＝41 662 kg，W空＝1 023.5 kg。

3）主動(dòng)鏈輪的牽引力計(jì)算如下：

式中：K 為設(shè)備內(nèi)部阻力系數(shù)，取1.2。

經(jīng)計(jì)算，W0達(dá)到51 222.3 kg。

4）電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算如下：

式中：η 為傳動(dòng)裝置效率，包括減速器及液力聯(lián)軸器，取0.85。

經(jīng)計(jì)算，電機(jī)功率需在612 kW 以上。

3.3 刮板輸送機(jī)的選型

根據(jù)計(jì)算，選擇SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機(jī)，可滿足工作面的生產(chǎn)要求。其主要技術(shù)特征見(jiàn)表2。

4 綜采工作面其他重要設(shè)備的選型

4.1 其他主要設(shè)備的選型

除了采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)外，綜采工作面的其他重要設(shè)備還包括轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和各種支護(hù)設(shè)備。轉(zhuǎn)載機(jī)方面，按照生產(chǎn)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)輸能力要求，并考慮到對(duì)主要設(shè)備配套能力較實(shí)際需求能力大，選用SZZ800/250 型橋式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)，輸送能力為1 600 t/h；破碎機(jī)方面，按照轉(zhuǎn)載機(jī)的選型選用PCM160 型破碎機(jī)，破碎能力為2 000 t/h。支護(hù)方面采用錨網(wǎng)梁（索）聯(lián)合支護(hù)方式，部分地段采用鋼棚復(fù)合支護(hù)。

4.2 ZY2700 型自移裝置

在井下工作時(shí)，需要對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)進(jìn)行移動(dòng)，但在推進(jìn)的過(guò)程中會(huì)與煤層發(fā)生接觸從而產(chǎn)生很大的摩擦力。增設(shè)自移裝置，則可以改拉移前進(jìn)為自移前進(jìn)，極大地減少井下作業(yè)人員的勞動(dòng)量。ZY2700型自移裝置主要包括導(dǎo)軌、滾輪架、聯(lián)接架、液壓系統(tǒng)等基礎(chǔ)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(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭相連，是整個(gè)裝置進(jìn)行自移的支撐點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)自行位移、膠帶調(diào)校、膠帶糾偏的功能。在推移轉(zhuǎn)載機(jī)時(shí)，小車及推移缸活動(dòng)塞桿隨之一起前移活塞桿被壓入缸筒，根據(jù)采煤的進(jìn)程，在完成一定截深后可操作推移缸進(jìn)行基架的推移工作。

5 應(yīng)用效果

為保證3406 綜采工作面的安全高效開(kāi)采，選取了MG450/1020-QWD 型采煤機(jī)、SGZ-800/800 型中雙鏈刮板輸送機(jī)、SZZ800/250 型橋式刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和PCM160 型破碎機(jī)作為采掘設(shè)備，并加裝了ZY2700型自移裝置，可以實(shí)現(xiàn)膠帶跑偏調(diào)整、轉(zhuǎn)載機(jī)推移方向校直和自行前移等功能。實(shí)踐證明，綜采設(shè)備的選型與配套設(shè)計(jì)只有貼合工作面的實(shí)際情況，才能有效保證工作面的高產(chǎn)、高效推進(jìn)。提高并不斷優(yōu)化工作面設(shè)備的機(jī)械屬性，對(duì)提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、煤礦的長(zhǎng)期安全具有積極的促進(jìn)作用。