張彥祿

(煤炭科學研究總院太原研究院,山西省太原市,030006)

1 引言

隨著煤礦開采技術的高速發(fā)展和采掘機械化程度的迅速提高,億噸綜采工作面在一些大型煤炭企業(yè)已開始推廣。工作面設備也向重型化發(fā)展,我國綜采工作面設備總重量已發(fā)展到11500 t左右。其中:液壓支架重量已發(fā)展到74 t(采高7 m)。支架數(shù)量由100架左右增加到近180架;總重量由1500 t提高到10000 t以上。同時,礦井工作面的推進速度也越來越快,工作面設備搬家越來越頻繁,由以前的一年左右搬家1次縮短到一年2次或3次以上。為了充分發(fā)揮大型機械設備的技術性能,提高綜采設備的利用率,縮短搬家時間是現(xiàn)代化礦井必須解決的問題之一。

2 我國綜采工作面快速搬家設備與工藝現(xiàn)狀

目前,我國的大部分礦井還是采用傳統(tǒng)的搬家工藝和搬家設備,如回柱絞車、起吊裝置、軌道平板車、電機牽引車等以多段分散搬運的輔助運輸方式為主的搬運設備。運輸環(huán)節(jié)多、系統(tǒng)復雜、安全性差,占用了大量設備和勞動力。有統(tǒng)計表明,神東礦區(qū)的大柳塔礦在采用無軌膠輪化技術后,第一次搬家就由原來軌道運輸?shù)?5 d縮短到10 d,大大提高了搬家效率,節(jié)省了搬遷費用,增加出煤時間25 d,獲得了顯著的經濟效益。到目前為止,國外已經形成了較為完備的綜采設備搬家工藝和專用裝備,有代表性的設備主要有原DBT公司的VTC650防爆支架搬運車、山特維克公司的ED10、ED25支架搬運車和澳大利亞BOART LON GYEAR公司的WC40T支架搬運車等。國內對于該領域的研究始于本世紀初,目前煤炭科學研究總院太原研究院(山西煤機裝備有限公司)已經研制成功了國內較為完備的成套綜采設備搬家設備和工藝,能夠適應我國大多數(shù)礦井的使用情況。代表設備包括WC40Y支架搬運車系列、WC55Y支架搬運車、WC25EJ和WC40EJ鏟板式支架搬運車以及WC80EJ支架搬運車等,多功能車主要有WJ10-EJ和WJ-4FB防爆柴油鏟運車、WLC5EJ防爆柴油機混凝土攪拌運輸車等。國產設備的問世,很好地解決了因進口設備整機及配件價格高、備件供應時間長、售后服務不及時等問題,已經得到國內市場的認可。

經過10余年的發(fā)展,搬家工藝也有了很大的改進。我國神東、寧夏等許多大型礦區(qū)已采用了先進的綜采工作面快速搬家成套裝備結合輔巷多通道回撤工藝。這些都為提高礦井的生產能力創(chuàng)造了有利條件。

3 國產綜采工作面快速搬家成套設備與工藝的應用

綜采工作面在搬家倒面時需要搬運的設備主要有采煤機、液壓支架、刮板輸送機、移動變電站、帶式輸送機等。

目前,用于綜采工作面快速搬家的特種無軌膠輪車主要有支架搬運車、多功能車及一些輔助運輸設備等。

3.1 重型搬運車

國產重型搬運車以支架搬運車為主,按驅動方式可分為全液壓驅動、液力-機械驅動和電機驅動3種。全液壓驅動的主要有WC40Y支架搬運車系列(包括WC40Y、WC40Y A型和WC40YB型支架搬運車)和WC55(50)Y型支架搬運車;而液力-機械驅動主要有WC25EJ、WC40EJ鏟板式支架搬運車和WC80EJ拖車式支架搬運車;電機驅動主要有WX35J蓄電池支架搬運車。

WC40Y支架搬運車(見圖1)以其操縱簡便、機動、靈活、裝卸支架快捷、工況適應性好而受到用戶的青睞。在山西懷仁縣聯(lián)順璽達煤業(yè)柴溝礦,WC40Y支架搬運車單車平均每天搬運9架29 t液壓支架,單趟往返10 km,日最高搬運12架,創(chuàng)下了綜采搬家的新紀錄。該車于2007年10月通過了中國煤炭學會的科學技術成果鑒定,獲得了“2008年度中國煤炭工業(yè)協(xié)會科學技術一等獎”和“2008年度煤炭科學研究總院科技成果一等獎”。同等功能的還有WC55(50)Y型支架搬運車。

圖1 WC40Y支架搬運車

為了適應薄煤層設備的搬運,煤科總院太原研究院設計開發(fā)了WC40Y A型支架搬運車(見圖2)。該車是在WC40Y支架搬運車的基礎上新增加了封底底板、箕斗式鏟板、支架護板裝置、液壓絞車、推料裝置等部件,它既可以適應于薄煤層液壓支架的搬運,也可適應于中厚煤層40 t以下支架的搬運,同時對綜采工作面移動變電站列車的所有設備、對刮板輸送機中部槽、對寬度小于1.8 m的其他設備都具有良好的運輸功能。

圖2 WC40Y支架搬運車(A型和B型)

WC40Y B型支架搬運車與A型車的結構類似。主要區(qū)別是B型車車身窄,可以滿足窄巷道1.5 m支架中心距的支架及綜采設備的搬運。

WC25EJ支架搬運車(見圖3)是以鏟板為承載單元,裝卸靈活,主要用于支架短距離運輸和擺放。該車不僅可以搬運25 t以下的液壓支架,還可以搬運刮板輸送機、轉載機、破碎機及移動變電站等其他設備,做到一車多用。同等功能的還有WC40EJ鏟板式支架搬運車。

圖3 WC25EJ支架搬運車

WC80EJ支架搬運車(見圖4)是以液力—機械傳動牽引車為動力,牽引重載拖車來實現(xiàn)搬運重型支架,是國內外首創(chuàng)的新車型。該拖車采用封底形式,利用兩部絞車及兩個雙伸縮的推移油缸來完成支架的裝卸。2009年底僅用3臺WC80EJ支架搬運車20 d時間就完成神華神東煤炭集團補連塔煤礦7 m大采高綜采工作面液壓支架入井搬運任務。由于受巷道條件限制,此次支架運輸從上灣煤礦輔運平硐入井,經過長距離運輸后到達補連塔煤礦綜采工作面,往返里程28 km,支架重量74 t,支架搬運數(shù)量152架,運輸距離及支架噸位都創(chuàng)世界記錄。實現(xiàn)了平均每天搬運支架9～10架的較好成績。3臺車的行駛距離均在1400 km以上,共搬運液壓支架噸位重量達1.12萬t。

圖4 WC80EJ支架搬運車

WX35J支架搬運車(見圖5)主要用于搬運帶式輸送機機機頭、采煤機等大型部件,搬運、擺放支架等。矮車身可以使其滿足薄煤層工作的需要,使用蓄電池作為動力源,可以解決發(fā)動機排放廢氣問題,而且降低了使用成本。

圖5 WX35J支架搬運車

目前,在我國大型煤礦企業(yè)采煤機的搬運主要是采用兩個WX35J支架搬運車抬運采煤機的方式搬運采煤機(見圖6)。用該方式搬運采煤機存在著車身長轉彎困難、重心高易翻倒等問題。國外在本世紀初曾研制出采煤機專用搬運設備,但存在采煤機供電和裝卸困難等問題,難以實現(xiàn)快速搬家,所以一直未得到推廣,因此研制適用于快速搬家、安全可靠的采煤機專用搬家設備是目前國內外急待解決的疑難課題,煤科總院太原研究院對綜采工作面快速搬家時搬運采煤機的龍頭快速搬家設備正在研制中。

圖6 采煤機搬運方式

3.2 多功能車

雖然WC25EJ支架搬運車和WC40Y支架搬運車(A型、B型)也具有多功能性,但因其受到車外形尺寸及運載方式的限制,在某些特定環(huán)境下不便采用,因此,煤科總院太原研究院還開發(fā)了WC10EJ多功能車(見圖7)。

WC10EJ多功能車通過更換車輛前端的工作機構,就可以方便地滿足井下的多種作業(yè)需要,如鏟裝、鏟運、升降起吊、各種物料的搬運等功能;也可以進行巷道中的浮煤清理和井下道路整修等工作。該車型性能可靠,較窄的車身使其具有機動靈活、適應性強的特點,并有鏟斗、叉子、升降平臺等工作機構進行快速更換,滿足井下多種工作需要。同等功能的還有WJ-4FB防爆柴油鏟運機、WC15EJ多功能車。

圖7 WC10EJ多功能鏟車

3.3 輔助運輸設備

影響現(xiàn)代化礦井實現(xiàn)無軌膠輪輔助運輸?shù)囊粋€重要因素就是礦井的巷道建設。傳統(tǒng)的巷道建設主要是將水泥在地面上攪拌完成后,采用非混凝土攪拌車將其運到工作地點,因此在運輸過程中水泥不可避免地會產生離析現(xiàn)象,降低硬化質量。同時在此過程中工人需裝卸兩次,勞動強度大。而WLC5EJ井下混凝土攪拌輸送車(見圖8)就是為了解決這些問題而研發(fā)的,該車主要用于煤礦井下混凝土運輸,邊走邊攪拌可以防止混凝土離析,提高礦井巷道的建設質量和速度。

此外,作為煤礦輔助設備的移動發(fā)電車在我國大型煤礦也有使用(見圖9)。該車主要用于煤礦井下具有自行能力的設備,如掘進機、連續(xù)采煤機、給料破碎機、錨桿鉆車、行走支架、梭車等整機升井、下井,或在大巷內設備搬家倒面時提供動力電源。還可以在緊急情況下為地面或井下局部設備供電。節(jié)省了設備下井、升井時間,降低了工人拖拽電纜的勞動強度。

3.4 搬家工藝的應用

綜采面搬家是一個系統(tǒng)工程,不但要有先進的搬家設備,還需配合科學、合理的搬家工藝。目前,我國許多大型礦區(qū)已采用了先進的輔巷多通道雙翼回撤工藝。該工藝內容包括輔巷多通道的布置與巷道支護方式。在綜采工作面停采線處提前掘出回撤通道和回撤輔運巷道,通過多聯(lián)巷溝通,形成輔巷多通道巷道系統(tǒng)(見圖10)。當綜采面推進到與回撤通道貫通時,支架頂梁將預先支護好的頂板處橫梁挑起,在所需回撤的支架端與最近的一個聯(lián)巷一端處可將預先支護好的單體支柱撤出,形成支架回撤的寬敞空間。一般情況下需開拓5條聯(lián)巷,由中間聯(lián)巷作為切入點將4架液壓支架作為輔助支架向兩個回撤方向扭轉,形成兩點回撤的回撤布局。每回撤1架液壓支架,輔助支架向前邁進1架支架步距,在已回撤的液壓支架與輔助支架后形成冒落區(qū)(見圖11)。

在地質條件不允許開拓回撤通道與回撤輔巷的情況下,可采用單通道單翼回撤工藝,該工藝因其巷道施工量小仍被很多礦井采用。單通道單翼回撤工藝的巷道布置見圖12。該工藝的巷道布置與常規(guī)回撤工藝相同,在輔助支架配合下,從綜采工作面尾部開始依次將支架從主運巷道撤出。

圖12 單通道單翼回撤工藝巷道布置圖

4 結論

由煤科總院太原研究院研制開發(fā)的綜采工作面搬家設備在我國包括神華神東集團、中煤集團、神華寧夏煤業(yè)集團、兗州礦業(yè)集團、晉煤集團、山西焦煤集團等25家大型煤炭企業(yè)得到了很好的應用,而且目前已經推出了包括上述產品在內的快速搬家成套裝備(采煤機搬運設備正在研制中),為實現(xiàn)設備的整機整件搬運,減少設備拆分和對接工序,減少綜采面設備的搬家時間提供了技術支持。采用無軌膠輪輔助運輸設備可以真正實現(xiàn)工作面設備的“面到面”搬運,實現(xiàn)不轉載或少轉載。因此綜采工作面快速搬家技術與裝備的推廣應用為實現(xiàn)現(xiàn)代化礦井的高產高效創(chuàng)造有利條件,是實現(xiàn)現(xiàn)代化礦井高產高效的必由之路。

[1] 雷煌.無軌膠輪輔助運輸在井下綜采工作面搬家作業(yè)中的應用[J].煤礦機械,2008(1)

[2] 王安.現(xiàn)代化億噸礦區(qū)生產技術[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2005

[3] 王明普.礦井無軌輔助運輸車輛液壓驅動的研究應用[C].中國科協(xié)2005年學術年會論,山西:山西經濟出版社,2005

[4] 喬貴堂.綜采面快速搬家的幾點做[J].河北煤炭,2001(1)

[5] 賀安民.綜采工作面回撤“輔巷多通道”工藝設計的應用[J].煤炭工程,2007(10)