综放工作面“三机”选型配套及工程应用

张生剑

(临汾市煤炭设计院,山西 临汾 041000)

综采放顶煤工作面的主要设备是采煤机、刮板输送机和液压支架,俗称“三机”。在设备配套选型时,只有使三者间的几何尺寸和生产能力相互协调,合理匹配,才能保证所选设备能够正常运行,发挥最大使用效能,提高生产效率,实现工作面经济效益最大化的目标。

1 “三机”配套原则

基于设备尺寸的“三机”配套原则:采煤机要适应煤层地质条件变化,满足工作面生产能力要求;“三机”几何尺寸、设备性能、生产能力和寿命应相互匹配;“三机”都具有良好的技术性能和保护功能,工作可靠,使用和维护过程便捷[1]。

基于生产能力要求的“三机”配套原则[2]:采煤机要达到工作面对回采生产能力的要求标准,生产能力必须超过综放工作面的割煤任务;液压支架前部刮板输送机的输送能力一定要比采煤机的生产能力大,而后部刮板输送机的输送能力和顶煤的放煤能力相协调;液压支架的移架速度和刮板输送机的推溜速度与采煤机和放顶煤的工作速度匹配。

设备选型配套一定要注重各单机之间能力与性能相适应,“三机”选型配套一般指空间几何关系配套,使三种机器设备的尺寸相互匹配协调,确保在工作过程中互不影响[3]。配套设备应满足的尺寸要求为:保证过煤空间充足,确保采煤机具有合适的机面高度;保证采煤机与刮板输送机之间具有一定的安全距离;保证采煤机滚筒与液压支架顶梁间具有一定的距离,且刮板机的电缆槽要与液压支架底座及立柱保持安全距离;刮板输送机铲板、槽帮与采煤机的支撑滑靴之间也应保持适当的间距。

2 “三机”性能参数基本要求

2.1 采煤机性能参数基本要求

正确选择和使用采煤机对工作面回采生产能力有很大影响,采煤机型号一般涉及多方面问题,其选型除与煤层厚度、倾角、地质条件及本身特性有关外,还应考虑与运输机械和液压支架协调匹配[4]。故当选择采煤机型号时应统筹规划,综合考虑多种因素。

一般采煤机的滚筒直径应大于工作面切割高度的一半,截深为采煤机工作时滚筒可完全截入煤壁的深度。在实际操作过程中,对于厚煤层综放工作面,应加大采煤机滚筒的工作截深,目前常用截深为0.8 m。

采煤机滚筒的转速直接对单位能耗、粉煤量及装载量大小产生重大影响[5]。当同一型号采煤机的牵引速度和截齿数一定时,转速越高,单位能耗越大,粉煤量占比越多,装载速度越快。实际生产过程中,采煤机的滚筒转速一般控制在30 r/min～50 r/min比较经济合理。

牵引速度是指滚筒正常切割煤体时采煤机沿工作面的滑行速度。采煤机的电动机功率、液压支架移架速度和刮板输送机输送能力是影响牵引速度的外在可控制因素。实际生产过程中,电牵引采煤机工作时的牵引速度为10 m/min～12 m/min,不工作时的牵引速度为15 m/min～36 m/min比较经济合理。

2.2 刮板输送机性能参数基本要求

中双链刮板输送机的工作原理示意图见图1,启动传动电机后,链轮组件会在减速器和液力耦合器的带动下旋转,刮板链循环运动并带动物料沿溜槽移动至机头部卸载。刮板输送机的运行速度及单位长度上的货载重量直接决定其运输能力大小。

图1 中双链刮板输送机工作原理示意图Fig.1 Working principle of center double-chain scraper conveyor

综放工作面“三机”选型配套时,液压支架前部刮板机的输送能力应满足采煤机的割煤能力要求,保证及时将采煤机割落的煤体运出工作面;后部输送机应满足放煤要求,必须将支架放煤口放落煤体在放煤时间内运出采空区,对提高厚煤层综采放顶煤工作面的采出率起关键作用。

2.3 液压支架性能参数基本要求

在设计和制造放顶煤液压支架时,其具体的“三机”配套要求如下:支架在封闭工作空间的基础上具有较高的工作阻力和可靠稳定性;为促进顶煤冒落和加快放煤速度,应尽量缩短掩护梁的长度；为运输方便,支架高度可调;配置伸缩前探梁缩短空顶面积,增强护帮护顶能力;支架底座设置抬底机构和较大的移架力,可在底板破碎不平整的条件下快速顺利移动[6];支架前、后安装喷雾降尘系统。

从岩层控制角度考虑,综放开采要取得理想的效果,就需要控制顶煤在支架上和架前保持完整性,而在支架后方破碎并及时冒落放出。因此,厚煤层综采放顶煤工作面选用的液压支架除具有一般支架功能外,还应具备可控的破煤功能,在破碎顶煤时,需要煤层顶板和液压支架相互配合,使顶煤在有时间限制的情况下沿切顶线冒落。综放支架需要承受的静载主要由控顶区不规则冒落带的顶板岩块重量、顶煤重量、掩护梁上松散煤体压力以及顶板变形压力四部分组成。综放采场结构剖面图见图2。

图2 综放采场结构剖面图Fig.2 Constructure of fully-mechanized mining field

3 “三机”选型配套工程应用

某综放工作面走向长(推进长度)为1 650 m,倾向长(切割长度)为160 m,矿井生产能力为600万t/a,采用综采放顶煤工艺回采厚度为7.6 m的11#煤,该煤层埋深约400 m,倾角小于10°,顶底板岩层情况如表1所示。

表1 11#煤顶底板岩层情况Table 1 Roof and floor rock strata of No.11 coal seam

根据前文所述“三机”设备选型配套原则,针对该工作面11#煤层的赋存条件及矿井生产能力,确保工作面配套设备基本性能及生产能力要求,确定配套设备能力大致按“喇叭口”方式拓展。按照保证设备安全高效、经济可靠目标确定的配套设备选型为KSW-1500EU电牵引采煤机、前后部SGZ1000/2X 1200中双链铸焊封底式刮板输送机、ZF 15000-23/43综采放顶煤液压支架。综放工艺采高为4 m,循环进度(截深)为0.8 m,采用采放结合,一采一放工序作业,割煤、放煤步距都为0.8 m;后部刮板运输机单行作业且滞后放煤口约20 m～25 m。

回采过程统计该综放工作面实际平均出煤量为7 200 t/班,月产量平均突破59万t,年产量达到了660万t(按330 d计算),开机率为47.2%,取得了较好的经济效益。

4 结束语

配备综采放顶煤工作面设备主要是指匹配“三机”,即前后部刮板输送机、采煤机和液压支架。如果“三机”选型不相匹配,综放工作面的生产能力将会受到直接影响,各设备的最大效能不能充分发挥。一个科学合理的综放工作面“三机”配套要保证工作面具有较高的开机率,在最大程度上发挥生产效能,达到安全高产高效的目标。