我国综采工作面快速搬家设备与工艺的应用

张彦禄

(煤炭科学研究总院太原研究院,山西省太原市,030006)

1 引言

随着煤矿开采技术的高速发展和采掘机械化程度的迅速提高,亿吨综采工作面在一些大型煤炭企业已开始推广。工作面设备也向重型化发展,我国综采工作面设备总重量已发展到11500 t左右。其中:液压支架重量已发展到74 t(采高7 m)。支架数量由100架左右增加到近180架;总重量由1500 t提高到10000 t以上。同时,矿井工作面的推进速度也越来越快,工作面设备搬家越来越频繁,由以前的一年左右搬家1次缩短到一年2次或3次以上。为了充分发挥大型机械设备的技术性能,提高综采设备的利用率,缩短搬家时间是现代化矿井必须解决的问题之一。

2 我国综采工作面快速搬家设备与工艺现状

目前,我国的大部分矿井还是采用传统的搬家工艺和搬家设备,如回柱绞车、起吊装置、轨道平板车、电机牵引车等以多段分散搬运的辅助运输方式为主的搬运设备。运输环节多、系统复杂、安全性差,占用了大量设备和劳动力。有统计表明,神东矿区的大柳塔矿在采用无轨胶轮化技术后,第一次搬家就由原来轨道运输的35 d缩短到10 d,大大提高了搬家效率,节省了搬迁费用,增加出煤时间25 d,获得了显著的经济效益。到目前为止,国外已经形成了较为完备的综采设备搬家工艺和专用装备,有代表性的设备主要有原DBT公司的VTC650防爆支架搬运车、山特维克公司的ED10、ED25支架搬运车和澳大利亚BOART LON GYEAR公司的WC40T支架搬运车等。国内对于该领域的研究始于本世纪初,目前煤炭科学研究总院太原研究院(山西煤机装备有限公司)已经研制成功了国内较为完备的成套综采设备搬家设备和工艺,能够适应我国大多数矿井的使用情况。代表设备包括WC40Y支架搬运车系列、WC55Y支架搬运车、WC25EJ和WC40EJ铲板式支架搬运车以及WC80EJ支架搬运车等,多功能车主要有WJ10-EJ和WJ-4FB防爆柴油铲运车、WLC5EJ防爆柴油机混凝土搅拌运输车等。国产设备的问世,很好地解决了因进口设备整机及配件价格高、备件供应时间长、售后服务不及时等问题,已经得到国内市场的认可。

经过10余年的发展,搬家工艺也有了很大的改进。我国神东、宁夏等许多大型矿区已采用了先进的综采工作面快速搬家成套装备结合辅巷多通道回撤工艺。这些都为提高矿井的生产能力创造了有利条件。

3 国产综采工作面快速搬家成套设备与工艺的应用

综采工作面在搬家倒面时需要搬运的设备主要有采煤机、液压支架、刮板输送机、移动变电站、带式输送机等。

目前,用于综采工作面快速搬家的特种无轨胶轮车主要有支架搬运车、多功能车及一些辅助运输设备等。

3.1 重型搬运车

国产重型搬运车以支架搬运车为主,按驱动方式可分为全液压驱动、液力-机械驱动和电机驱动3种。全液压驱动的主要有WC40Y支架搬运车系列(包括WC40Y、WC40Y A型和WC40YB型支架搬运车)和WC55(50)Y型支架搬运车;而液力-机械驱动主要有WC25EJ、WC40EJ铲板式支架搬运车和WC80EJ拖车式支架搬运车;电机驱动主要有WX35J蓄电池支架搬运车。

WC40Y支架搬运车(见图1)以其操纵简便、机动、灵活、装卸支架快捷、工况适应性好而受到用户的青睐。在山西怀仁县联顺玺达煤业柴沟矿,WC40Y支架搬运车单车平均每天搬运9架29 t液压支架,单趟往返10 km,日最高搬运12架,创下了综采搬家的新纪录。该车于2007年10月通过了中国煤炭学会的科学技术成果鉴定,获得了“2008年度中国煤炭工业协会科学技术一等奖”和“2008年度煤炭科学研究总院科技成果一等奖”。同等功能的还有WC55(50)Y型支架搬运车。

图1 WC40Y支架搬运车

为了适应薄煤层设备的搬运,煤科总院太原研究院设计开发了WC40Y A型支架搬运车(见图2)。该车是在WC40Y支架搬运车的基础上新增加了封底底板、箕斗式铲板、支架护板装置、液压绞车、推料装置等部件,它既可以适应于薄煤层液压支架的搬运,也可适应于中厚煤层40 t以下支架的搬运,同时对综采工作面移动变电站列车的所有设备、对刮板输送机中部槽、对宽度小于1.8 m的其他设备都具有良好的运输功能。

图2 WC40Y支架搬运车(A型和B型)

WC40Y B型支架搬运车与A型车的结构类似。主要区别是B型车车身窄,可以满足窄巷道1.5 m支架中心距的支架及综采设备的搬运。

WC25EJ支架搬运车(见图3)是以铲板为承载单元,装卸灵活,主要用于支架短距离运输和摆放。该车不仅可以搬运25 t以下的液压支架,还可以搬运刮板输送机、转载机、破碎机及移动变电站等其他设备,做到一车多用。同等功能的还有WC40EJ铲板式支架搬运车。

图3 WC25EJ支架搬运车

WC80EJ支架搬运车(见图4)是以液力—机械传动牵引车为动力,牵引重载拖车来实现搬运重型支架,是国内外首创的新车型。该拖车采用封底形式,利用两部绞车及两个双伸缩的推移油缸来完成支架的装卸。2009年底仅用3台WC80EJ支架搬运车20 d时间就完成神华神东煤炭集团补连塔煤矿7 m大采高综采工作面液压支架入井搬运任务。由于受巷道条件限制,此次支架运输从上湾煤矿辅运平硐入井,经过长距离运输后到达补连塔煤矿综采工作面,往返里程28 km,支架重量74 t,支架搬运数量152架,运输距离及支架吨位都创世界记录。实现了平均每天搬运支架9～10架的较好成绩。3台车的行驶距离均在1400 km以上,共搬运液压支架吨位重量达1.12万t。

图4 WC80EJ支架搬运车

WX35J支架搬运车(见图5)主要用于搬运带式输送机机机头、采煤机等大型部件,搬运、摆放支架等。矮车身可以使其满足薄煤层工作的需要,使用蓄电池作为动力源,可以解决发动机排放废气问题,而且降低了使用成本。

图5 WX35J支架搬运车

目前,在我国大型煤矿企业采煤机的搬运主要是采用两个WX35J支架搬运车抬运采煤机的方式搬运采煤机(见图6)。用该方式搬运采煤机存在着车身长转弯困难、重心高易翻倒等问题。国外在本世纪初曾研制出采煤机专用搬运设备,但存在采煤机供电和装卸困难等问题,难以实现快速搬家,所以一直未得到推广,因此研制适用于快速搬家、安全可靠的采煤机专用搬家设备是目前国内外急待解决的疑难课题,煤科总院太原研究院对综采工作面快速搬家时搬运采煤机的龙头快速搬家设备正在研制中。

图6 采煤机搬运方式

3.2 多功能车

虽然WC25EJ支架搬运车和WC40Y支架搬运车(A型、B型)也具有多功能性,但因其受到车外形尺寸及运载方式的限制,在某些特定环境下不便采用,因此,煤科总院太原研究院还开发了WC10EJ多功能车(见图7)。

WC10EJ多功能车通过更换车辆前端的工作机构,就可以方便地满足井下的多种作业需要,如铲装、铲运、升降起吊、各种物料的搬运等功能;也可以进行巷道中的浮煤清理和井下道路整修等工作。该车型性能可靠,较窄的车身使其具有机动灵活、适应性强的特点,并有铲斗、叉子、升降平台等工作机构进行快速更换,满足井下多种工作需要。同等功能的还有WJ-4FB防爆柴油铲运机、WC15EJ多功能车。

图7 WC10EJ多功能铲车

3.3 辅助运输设备

影响现代化矿井实现无轨胶轮辅助运输的一个重要因素就是矿井的巷道建设。传统的巷道建设主要是将水泥在地面上搅拌完成后,采用非混凝土搅拌车将其运到工作地点,因此在运输过程中水泥不可避免地会产生离析现象,降低硬化质量。同时在此过程中工人需装卸两次,劳动强度大。而WLC5EJ井下混凝土搅拌输送车(见图8)就是为了解决这些问题而研发的,该车主要用于煤矿井下混凝土运输,边走边搅拌可以防止混凝土离析,提高矿井巷道的建设质量和速度。

此外,作为煤矿辅助设备的移动发电车在我国大型煤矿也有使用(见图9)。该车主要用于煤矿井下具有自行能力的设备,如掘进机、连续采煤机、给料破碎机、锚杆钻车、行走支架、梭车等整机升井、下井,或在大巷内设备搬家倒面时提供动力电源。还可以在紧急情况下为地面或井下局部设备供电。节省了设备下井、升井时间,降低了工人拖拽电缆的劳动强度。

3.4 搬家工艺的应用

综采面搬家是一个系统工程,不但要有先进的搬家设备,还需配合科学、合理的搬家工艺。目前,我国许多大型矿区已采用了先进的辅巷多通道双翼回撤工艺。该工艺内容包括辅巷多通道的布置与巷道支护方式。在综采工作面停采线处提前掘出回撤通道和回撤辅运巷道,通过多联巷沟通,形成辅巷多通道巷道系统(见图10)。当综采面推进到与回撤通道贯通时,支架顶梁将预先支护好的顶板处横梁挑起,在所需回撤的支架端与最近的一个联巷一端处可将预先支护好的单体支柱撤出,形成支架回撤的宽敞空间。一般情况下需开拓5条联巷,由中间联巷作为切入点将4架液压支架作为辅助支架向两个回撤方向扭转,形成两点回撤的回撤布局。每回撤1架液压支架,辅助支架向前迈进1架支架步距,在已回撤的液压支架与辅助支架后形成冒落区(见图11)。

在地质条件不允许开拓回撤通道与回撤辅巷的情况下,可采用单通道单翼回撤工艺,该工艺因其巷道施工量小仍被很多矿井采用。单通道单翼回撤工艺的巷道布置见图12。该工艺的巷道布置与常规回撤工艺相同,在辅助支架配合下,从综采工作面尾部开始依次将支架从主运巷道撤出。

图12 单通道单翼回撤工艺巷道布置图

4 结论

由煤科总院太原研究院研制开发的综采工作面搬家设备在我国包括神华神东集团、中煤集团、神华宁夏煤业集团、兖州矿业集团、晋煤集团、山西焦煤集团等25家大型煤炭企业得到了很好的应用,而且目前已经推出了包括上述产品在内的快速搬家成套装备(采煤机搬运设备正在研制中),为实现设备的整机整件搬运,减少设备拆分和对接工序,减少综采面设备的搬家时间提供了技术支持。采用无轨胶轮辅助运输设备可以真正实现工作面设备的“面到面”搬运,实现不转载或少转载。因此综采工作面快速搬家技术与装备的推广应用为实现现代化矿井的高产高效创造有利条件,是实现现代化矿井高产高效的必由之路。

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