放顶煤综采工作面三机选型设计方案

史红瑞

(山西煤炭建设监理有限公司, 太原 030012)

1　综采工作面概况

1.1　工作面基本情况分析

山西左权盘城岭煤业采煤工作面要求生产能力达90万t/a,工作面长度为160 m,煤层厚度最高达6 m,煤层倾角为17°～27°,煤层坚硬度f<3,对于高瓦斯矿井,要求瓦斯浓度为12%～15%,而就巷道尺寸而言,所需进风巷的尺寸为4.8 m×4 m(宽×高),回风巷尺寸为4.6 m×4 m(宽×高)。有两层夹矸,夹矸厚度为0.35 m～0.90 m。由计算可以得出,采煤机日进刀数为8,工作面日推进度为5.04 m,采煤工作面年产量Q1为65.9万t,放煤工作面产量Q2为92.5万t,综放工作面总产量为Q=Q1+Q2=158.4万t,因此能够满足90万t/a的设计产能要求。本文选取采煤机、前后刮板输送机、液压支架三机结合方案。

1.2　采煤工艺选择

根据上述工作条件,采取放顶煤开采工艺,放顶煤开采具有产能高、耗能少、开采效率高、安全性高的特点,中国很多的厚煤层矿区利用这种工艺去实现高效产煤,进行集约化生产,为我国煤炭产出作出重大贡献[1]。放顶煤开采的技术特点如下。

1)适应能力强。煤层厚度变化明显的煤层,在放煤口可以将处于支架上方的煤体回收,使得煤层厚度变化对工作面推进的影响减小。

2)利用放顶煤开采,可以提高工作面生产效率。综放开采使得巷道掘进量降低,从而采煤机割煤量降低,使采煤机投入运行的电力和材料相应地降低,保证高效集约化生产。

3)采用放顶煤开采,更便于对易自燃煤层的管理。

4)顶板控制问题减少。综放开采对于顶板的管理相对简单。

5)放顶煤开采工作面产出的煤炭很多是由垮落顶煤构成,由三机(采煤机、刮板输送机、支架)配合工作,相比于同产量的普通综采工作面设备,过煤量少,耗时短,便于设备的维护。

2　三机结构参数

2.1　采煤机的结构参数

综采工作面与相应的配套设备选型的依据是采煤机的理论生产能力,由上面的数据,可以进一步计算出工作面产生能力为110.9 t/h,根据煤的容重、采煤机实际牵引速度、机采高度等,选取MG300/710-WD采煤机。此型号采煤机生产能力为416.4 t/h,该数值大于工作面生产能力要求。

2.2　刮板输送机的结构参数

刮板输送机正常运行的能力要与采煤机的生产能力相适应,以获得最佳效益。前部刮板输送机的型号为SGZ764/400,其运输能力可以达到800 t/h,它可以满足工作面基本运量要求,将前部刮板输送机功率选定在400 kW,根据刮板输送机运输能力的相互配合,及前后部运输机的通用互换性,选取型号为SGZ764/320的后部刮板输送机,其输送能力为800 t/h,满足使用要求。由刮板输送机的基本特性,确定转载机的型号为 SZZ764/200,其运输能力为1 000 t/h,并配合PML1000破碎机。

2.3　液压支架的结构参数

通过研究煤矿开采区及附近相关煤层的地质情况,提出了满足开采区矿井地质条件的综采液压支架,结构灵活简单,性能稳固。

结合采矿区地质概况,为满足基本采矿工作能力,采取计算机辅助设计手段实行四连杆机构的参数优化、受力分析和结构强度计算,以此获取最优参数使整个结构运行合理,使支架在满足工作阻力的基础上,达到最优支护强度,以确保支架结构在满足工作面要求的条件下,其工作能力可以配合刮板输送机和采煤机。

参数优化的目的在于提高支架的支护能力,在性能上改善支架受力状态，支架的稳固性和抗扭转能力需要进行结构上的优化。支架的设计过程包括设计计算、设计绘图、设计校核等。设计计算采用液压支架计算软件,对支架的各项材料性能参数进行最优选取,保证支架与刮板输送机配合的准确性。设计绘图采用平面和三维相结合的方法,在运用PICAD平面制图的同时,运用软件Solidedge进行三维建模,并不断完善支架的结构。设计校核是运用有限元分析软件FEMAP WITH NX NASTRAN,按照GB25974 [1].1-2010标准对支架进行模拟压架试验,分析支架某一点的应力应变状态,由分析结果不断改进。

根据实际矿区条件,采取走向长壁综合机械化放顶煤采煤方法,选用液压支架ZF4800/16/26。

3　设备主要性能

3.1　MG300/710-GWD电牵引采煤机的主要性能

1)可以截割硬煤、夹矸,具备过断层能力。

2)采煤机的操作方式分为机身按钮控制、两端端头操作站控制及无线遥控器控制,可以多方位控制采煤机的启停及运行等。

3)调速系统采用机载式、一拖一运行方式、交流变频调速型式,能实现四象限回馈运行,应急情况下可实现一拖二运行。

4) 以专用工业控制器为核心,多种传感器技术应用,对系统状态进行实时全面的监测,并且将采集的实时数据,完全准确的传送给主控系统。

5)可以将每个传感器采集的实时数据,即时准确地传送给控制系统,通过主控系统对数据的处理与判断,实现数据显示和系统正常工作。具有完善的保护功能,包括瓦斯报警断电、启动截割的语音提示、电机过载、超温及漏电闭锁等。

6)简洁实用的显示界面,采用高可靠性的工业显示器,系统功能强大、稳定可靠。设计中采用了故障报警,集成控制系统中所有的故障信息,一旦系统出现故障,显示画面将跳转到故障报警画面,同时画面中显示故障内容并且记录该内容,为排查故障及维护系统缩短了时间。

7)系统液压油借助吸油、高压油、回油三个过滤器实现三级过滤,进一步保持油液的干净清洁。

3.2　刮板输送机系列设备的使用性能

3.2.1刮板输送机中部槽的性能

中部槽为铸焊封底结构,中板和封底板均采用高强度耐磨板;铲板、挡板槽帮哑铃销座的破断强度为哑铃销的2倍以上,如遇过大的外载荷,超过许用强度时,首先损坏哑铃销,从而实现对中部槽的保护;严格把控中部槽槽间错口量;掌握好设计标准,使槽间的水平弯曲和垂直弯曲角度限定在一定范围内,保证采煤机可靠运行;调整牵引销轨与销轨座之间的受力,根据受力情况优化结构,当推移弯曲时受力最小,确保采煤机运行平稳[2]。

3.2.2SZZ764/200转载机的性能

1)驱动部分与转载机平行布置,适应左右互换布置的要求。

2)悬空段和爬坡段的设计特点是悬空段中部槽、凸槽、凹槽为整体箱式结构,设计有下链道检查口,以便检查或处理底链故障。爬坡段采用高强耐磨板槽帮上沿,可使刮板链运行平稳,减少了运行过程中的磨损,在很大程度上提高了设备的使用寿命。转载机起桥段设有铰接槽,使转载机可以顺利地应对各种不平整的地形或者有起伏的倾角结构。

3)落地段中部槽为整体箱式结构,中板采用高强度耐磨板,底板采用高强度耐磨板,大大提高了中部槽的使用寿命。

3.2.3MY800迈步自移装置的性能

MY800型迈步自移装置是桥式转载机的组成部分,该装置可以实现转载机、破碎机的快速拉移,转载机自移装置由推移缸、支撑缸、导轨和连接件等部件组成,用于高产高效工作面顺槽转载机与破碎机的快速推移。该装置原理是转载机、破碎机和推移装置利用摩擦力互为支点,相互推拉,实现迈步自行前移的功能。相比于传统的转载机推移,具有高进尺、快推进、操作简单、方便等优点[3]。

3.2.4轮式破碎机PLM1000的性能

破碎机动力系统采用电动机、皮带联合传动。破碎机采用整体底槽,在结构方面实现了对破碎机的加固,与其它装置连接的联接强度增加,避免了过渡链节的产生,平滑运行,缩短了设备的长度。破碎力度的调节采用手压泵——千斤顶结构,便于操作。实现增高的方式是利用固定垫板,满足破碎主轴的同心度和运动的稳定性。破碎轴组轴承与密封件均采用进口件。

3.3　液压支架的使用性能

支架适应工作面倾角≤30°,设有防倒防滑装置(顶梁防倒、底座防滑、前后运输机防滑除过渡支架运输机防滑),其操作方式为邻架操作,满足左右工作面互换的要求[4]。推移框架与刮板机的连接装置互相匹配,推溜力、移架力满足生产需要,拉架力大于推溜力,推移油缸和推移框架可在井下方便更换。支架为整体顶梁,设护帮装置,护帮板可回转180°与顶梁相平;护帮板收回时,前梁梁体总厚度不大于350 mm;支架立柱间设有行人通道,通道宽度不小于600 mm,人行通道采用Φ=6 mm厚花纹钢板铺底。底座设计为整体中开挡式底座,支架放水孔、起吊孔设计在柱窝最低处。支架放煤尾梁留有后部运输机检修吊装环。

4　结束语

本文采用三机技术方案,采用放顶煤开采工艺,可以实现对煤层厚度5.3 m～6.0 m、煤层倾角为17°～27°、年生产能力为90万t的工作面进行开采,合理地将采煤机、刮板输送机以及液压支架进行使用性能、结构连接上的配合,从而保证设备的正常运行。实践证明,采用放顶煤三机技术方案,不仅可以提高生产效率,实现高产能,还为解决类似的工程问题提供了借鉴。