宋永剛，黃東風(fēng)，劉成宏，張松林

(三一重型裝備有限公司， 遼寧沈陽(yáng) 110024)

綜采工作面的設(shè)備配套淺析

宋永剛，黃東風(fēng)，劉成宏，張松林

(三一重型裝備有限公司， 遼寧沈陽(yáng) 110024)

介紹了綜采工作面的設(shè)備配套流程，并根據(jù)配套流程闡述了液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的選型原則與幾何配套過(guò)程，同時(shí)給出了綜采工作面設(shè)備的配套實(shí)例，為綜采工作面的設(shè)備配套提供了參考。

綜采工作面;綜采設(shè)備;選型原則;幾何配套

綜合機(jī)械化采煤是指采煤工作面全部生產(chǎn)過(guò)程，包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)等全部機(jī)械化［1］。綜采工作面布置形式如圖1所示。采煤過(guò)程中液壓支架是用來(lái)支撐和控制工作面頂板，同時(shí)兼顧前移和推進(jìn)工作面輸送機(jī)，采煤機(jī)騎在輸送機(jī)上，工作時(shí)沿刮板輸送機(jī)鋪設(shè)的工作面往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤和運(yùn)煤;并通過(guò)破碎機(jī)破碎大塊塊煤，轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)煤到皮帶機(jī)，即所謂的綜合機(jī)械化采煤。高產(chǎn)高效的綜合機(jī)械化采煤關(guān)鍵是選型設(shè)備配套合理，這樣才能充分發(fā)揮設(shè)備的生產(chǎn)效能，搞好工作面設(shè)備選型和配套是用好工作面設(shè)備的前提。

圖1 綜采工作面

1 選型原則

綜采工作面的機(jī)械化配套的概念是以液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)為核心的綜采工作面設(shè)備的選型配套，即通常說(shuō)的“三機(jī)”配套［2，3］;配套流程如圖2所示，首先根據(jù)煤礦的地質(zhì)條件確定采煤工藝、工作面的年產(chǎn)量等參數(shù)，然后確定液壓支架型號(hào)，根據(jù)采煤工作面的煤質(zhì)硬度、煤層厚度和年產(chǎn)量來(lái)選擇采煤機(jī)型號(hào)，其次確定刮板輸送機(jī)型號(hào)，最后確定順槽設(shè)備和乳化液泵站等設(shè)備的型號(hào);所選設(shè)備進(jìn)行配套，若選型不合理，則重新確定工作面產(chǎn)量，重新進(jìn)行設(shè)備選型配套，直到配套合理。

圖2 綜采工作面配套流程

1.1 液壓支架的選型原則

液壓支架不僅是綜采工作面的支護(hù)設(shè)備，還擔(dān)負(fù)綜采工作面的前移推進(jìn)工作，液壓支架必須具備升、降、推、移4個(gè)基本動(dòng)作。液壓支架的選型基本依據(jù)是頂?shù)装鍡l件、煤層厚度等。

(1)根據(jù)直接頂板的穩(wěn)定性來(lái)確定液壓支架的基本類(lèi)型，即確定液壓支架為掩護(hù)式液壓支架、支撐式液壓支架或支撐掩護(hù)式液壓支架。

(2)根據(jù)煤層厚度及其變化情況決定液壓支架的支撐高度和變化范圍，液壓支架的最大支護(hù)高度Hmax和最小高度Hmin計(jì)算如下:

式中:Mmax——煤層最大厚度，m;

Mmin——煤層最小厚度，m。

(3)液壓支架的支撐強(qiáng)度q應(yīng)該滿足工作面支護(hù)強(qiáng)度要求，選型的液壓支架的支撐強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求:

式中:k——作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，中厚煤層取6～8;

H——最大厚度，m;

R——巖石密度，一般取 2.3 t/m3。

(4)液壓支架的寬度應(yīng)該和刮板輸送機(jī)的中部槽寬度相適應(yīng)，以便更好地完成拉架和推移的功能;同樣移架步距應(yīng)該與采煤機(jī)截深相適應(yīng)，保證采煤機(jī)截割深度;液壓支架的推移速度應(yīng)該與采煤機(jī)的牽引速度相適應(yīng)，以保證采空區(qū)被迅速支護(hù)。

1.2 采煤機(jī)的選型原則

采煤機(jī)的選型應(yīng)考慮煤層厚度、采煤工藝、煤質(zhì)硬度和工作面生產(chǎn)能力的要求，以及配套的刮板輸送機(jī)和液壓支架的要求。

(1)采煤機(jī)適用于開(kāi)采煤層硬度f(wàn)＜4的緩傾斜及急傾斜煤層;對(duì)于f=1.8～2.5的中硬度煤層，可選擇小功率采煤機(jī);對(duì)于粘性煤及f=2.5～4的中硬度以上煤層，應(yīng)采用大功率采煤機(jī)。

(2)采煤機(jī)的采高應(yīng)該滿足煤層厚度變化的要求，并有一定的富余，以便適應(yīng)煤層的起伏。

(3)采煤機(jī)的采煤能力應(yīng)大于工作面的計(jì)劃生產(chǎn)能力，以保證工作面產(chǎn)量。采煤機(jī)的生產(chǎn)能力計(jì)算公式如下:

式中:K1——與采煤機(jī)的可靠性和完備性有關(guān)，一般取 0.5～0.7;

K2——考慮工作過(guò)程中所有配套類(lèi)型的停機(jī)時(shí)間，如處理刮板輸送機(jī)故障、支架故障或處理頂?shù)装迨鹿实?，一般?.6～0.65;

H——工作面截割高度，m;

B——截割深度，m;

V——牽引速度，m/min;

ρ——煤的實(shí)體密度，1.3～1.4 t/m3。

1.3 刮板輸送機(jī)的選型原則

刮板輸送機(jī)是以刮板鏈為牽引構(gòu)件和多節(jié)中部槽為支撐機(jī)構(gòu)的采煤工作面運(yùn)輸機(jī)械，輸送機(jī)選型應(yīng)該保證工作面運(yùn)輸要求。

(1)刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于采煤機(jī)采煤能力。為保證片幫、冒頂發(fā)生時(shí)，刮板輸送機(jī)仍能正常工作，其輸送能力一般為采煤機(jī)采煤能力的1.2倍。刮板輸送機(jī)的輸送能力按下式計(jì)算:

式中:Q——刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，t/h;

A——刮板輸送機(jī)荷載斷面積，m2;

v——刮板輸送機(jī)鏈速度，m/s;

ρ——貨載的密度，t/m3;

φ——貨載裝滿系數(shù)，根據(jù)工作條件不同選取，一般為 0.65～0.9。

(2)刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)大于工作面寬度，即刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度要大于實(shí)際鋪設(shè)長(zhǎng)度，避免工作面過(guò)長(zhǎng)而出現(xiàn)輸送機(jī)過(guò)載或拉不動(dòng)等現(xiàn)象。

(3)為實(shí)現(xiàn)工作面的自開(kāi)缺口，要求工作面的刮板輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾應(yīng)盡量長(zhǎng)度短和高度低，機(jī)頭機(jī)尾處過(guò)渡槽設(shè)計(jì)變線。

1.4 其它綜采設(shè)備的配套

綜采工作面配套設(shè)備中還包括轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵站和移動(dòng)變電站等，這些設(shè)備的選取對(duì)綜采工作面的性能也有較大影響。轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)輸能力應(yīng)大于刮板輸送運(yùn)輸能力，一般選1.2倍;且轉(zhuǎn)載機(jī)鏈速大于輸送機(jī)鏈速，保證輸送機(jī)上運(yùn)來(lái)的煤全部被運(yùn)走，防止輸送機(jī)拉回煤;破碎機(jī)的破碎能力也應(yīng)該與轉(zhuǎn)載機(jī)輸送能力相適應(yīng)，保證運(yùn)輸?shù)拇髩K煤被粉碎;乳化液泵站的流量應(yīng)該適應(yīng)工作面液壓支架的需求，保證支架的正常工作;移動(dòng)變電站的容量應(yīng)該大于工作面電器設(shè)備的總用電量并有一定的裕度，保證各用電設(shè)備的正常運(yùn)行。

2 “三機(jī)”的幾何配套

根據(jù)工作面的采高、煤質(zhì)硬度和年產(chǎn)量確定液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的基本型號(hào)以后，還要對(duì)“三機(jī)”進(jìn)行幾何配套，以避免在采煤過(guò)程中出現(xiàn)三者之間的干涉;綜采工作面的幾何配套主要為綜采工作面的中部斷面配套。三機(jī)配套時(shí)需注意的參數(shù)主要有臥底量、鏟間距、過(guò)煤高度、梁端距等，其配套圖和主要參數(shù)見(jiàn)圖3。

圖3 中部斷面配套示意

(1)臥底量(W)。臥底量W是采煤機(jī)搖臂下擺至最低極限位置時(shí)，采煤機(jī)滾筒的下端點(diǎn)與刮板輸送機(jī)的中部槽底面之間的距離。臥底量的大小主要影響工作面在機(jī)頭、機(jī)尾處的三角煤情況，保證采煤機(jī)的自開(kāi)缺口。較大的臥底量對(duì)于底板起伏不平的適應(yīng)能力較強(qiáng)。一般在允許情況下，采煤機(jī)臥底量選取應(yīng)盡量大一點(diǎn)，臥底量W應(yīng)在300 mm以上。

(2)采高(H)。綜采工作面采高H主要依據(jù)煤層厚度和采煤工藝來(lái)確定，對(duì)于一次采全高，采高應(yīng)選取為煤層厚度的0.9倍;對(duì)于放頂煤工藝，首先確定工作面采高與放頂煤厚度，即采放比，采放比一般選取小于1∶3，然后根據(jù)工作面采高確定高H值。

(3)梁端距(L)。梁端距即支架頂梁前端距煤壁的距離，是綜采工作面的幾何配套時(shí)的重要配套參數(shù)。過(guò)大的梁端距容易造成支架頂梁前端煤壁的片幫、冒頂;過(guò)小的梁端距易造成采煤機(jī)滾筒和支架頂梁作業(yè)時(shí)干涉，尤其在刮板輸送機(jī)的機(jī)頭機(jī)尾處。梁端距的選取主要依據(jù)煤質(zhì)硬度、底板沿工作面起伏狀況和采高等確定，一般在煤質(zhì)硬、底板起伏小和采高大時(shí)，梁端距可以選大一點(diǎn)，否則梁端距應(yīng)該選小一點(diǎn)，梁端距L選取一般在350 mm左右。

(4)行人空間(X)。行人空間是指液壓支架和刮板輸送機(jī)之間必須預(yù)留的、用于人員通過(guò)并對(duì)工作面進(jìn)行維護(hù)的空間;對(duì)于兩立柱支架，行人空間為刮板輸送機(jī)電纜架與液壓支架立柱之間的距離;對(duì)于四立柱液壓支架，行人空間為兩組立柱之間的距離;在配套允許的情況下，行人空間應(yīng)盡量選取大一點(diǎn)，一般應(yīng)該大于600 mm。

(5)過(guò)煤高度(G)。過(guò)煤高度為刮板輸送機(jī)的中板的上面距采煤機(jī)機(jī)身的下面之間的距離;過(guò)煤高度是在保證一定的過(guò)煤截面的同時(shí)還能讓大塊煤和矸石通過(guò);在煤質(zhì)硬時(shí)，過(guò)煤高度應(yīng)該選取大一點(diǎn);反之應(yīng)該取小一點(diǎn)。過(guò)煤高度G一般取300～800 mm之間。

(6)中心距(Z)。中心距即采煤機(jī)中心和刮板輸送機(jī)中心的水平距離。中心距的大小影響采煤機(jī)沿刮板輸送機(jī)行走時(shí)的橫向穩(wěn)定性，在滿足配套的情況下，中心距取值應(yīng)該盡量小，中心距Z一般取值小于100 mm。

(7)鏟間距(C)。鏟間距即采煤機(jī)滾筒距刮板輸送機(jī)鏟板之間的距離。鏟間距的選取應(yīng)該合理，過(guò)小的鏟間距會(huì)造成采煤機(jī)滾筒與刮板輸送機(jī)鏟板的干涉;過(guò)大的鏟間距會(huì)影響采煤機(jī)的裝煤效果，造成資源浪費(fèi)。在滿足配套的情況下，鏟間距C應(yīng)盡量取得小一點(diǎn)，鏟間距一般為100～250 mm。

(8)其它。采煤機(jī)的機(jī)身與刮板輸送機(jī)的中部槽銷(xiāo)軌座間隙J1取值范圍30～50 mm;采煤機(jī)支撐滑靴與刮板輸送機(jī)鏟板槽幫的距離J2取值范圍30～50 mm。

3 應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)以上設(shè)備選型及配套原則，對(duì)內(nèi)蒙古神華棋盤(pán)井煤礦9號(hào)煤層1102工作面進(jìn)行綜采設(shè)備配套。工作面煤層厚度2.6～3.5 m，煤質(zhì)硬度 f≤3，煤層傾角1.5°，工作面地板以泥、沙巖為主，工作面走向230 m，根據(jù)棋盤(pán)井的地質(zhì)條件和綜采工作面的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，確定工作面年產(chǎn)量250萬(wàn)t。

根據(jù)工作面煤層厚度和頂?shù)装鍡l件，選擇液壓支架ZY6000/20/40D，支架支撐高度2～4 m，工作阻力6000 kN，支架寬度1.4 m，移架距離0.8 m。

根據(jù)工作面煤層厚度和工作面年產(chǎn)量，選擇采煤機(jī)型號(hào)MG500/1180－WD，采高范圍2～4 m，適應(yīng)煤層硬度f(wàn)≤5，截割深度0.8 m，滾筒直徑2 m，牽引速度0～12 m/min，裝機(jī)總功率1180 kW，采煤能力1200 t/h。

根據(jù)工作面寬度和采煤機(jī)生產(chǎn)能力，選擇SGZ900/1050型刮板輸送機(jī)(設(shè)計(jì)長(zhǎng)度250 m，鏈速1.35 m/s，運(yùn)輸能力 1800 t/h)，SZZ900/315 型轉(zhuǎn)載機(jī)(鏈速1.8 m/s，運(yùn)輸能力 2000 t/h)，PLM2000 型破碎機(jī)(破碎能力2000 t/h)，并配置皮帶機(jī)自移裝置。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析可見(jiàn)，綜采工作面的設(shè)備配套，應(yīng)該首先根據(jù)工作面煤層厚度、年產(chǎn)量等參數(shù)依次確定液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)等設(shè)備的型號(hào);在設(shè)備基本型號(hào)確定后進(jìn)行設(shè)備的幾何配套。通過(guò)對(duì)內(nèi)蒙神華棋盤(pán)井煤礦9號(hào)煤層1102工作面的綜采配套，設(shè)備運(yùn)行正常，滿足了工作面的生產(chǎn)要求。

［1］ 朱永站，等.綜采機(jī)械化采煤工藝淺析［J］.煤礦機(jī)械，2005，(9):44－46.

［2］ 任靜松.綜采工作面設(shè)備幾何配套探討［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2010，(3):127－128.

［3］ 王啟廣，等.綜采工作面設(shè)備的選型與配套原則探討［J］.礦山機(jī)械，2009，37(17):4－7.

2011－07－12)

宋永剛(1980－)，男，河北邢臺(tái)人，碩士，從事刨煤機(jī)和刮板機(jī)的設(shè)計(jì)工作，Email:syonggang@163.com。