综放工作面生产系统设备选型及可靠性研究

朱鹏

摘要：近年来我国煤炭开采行业的发展极为迅速，这种发展在煤炭采集理论和相关设备的研发应用方面均有着直观体现。基于此，本文将简单分析综放工作面生产系统设备选型要求，并深入探讨基于实例的设备选型及可靠性评估，希望研究内容能够给相关从业人员以启发。

关键词：综放工作面;设备选型;可靠性

前言：综放工作面生产系统设备选型应主要围绕“三机”展开，即采煤机、刮板输送机、液压支架。结合实际调研可以发现，现阶段我国很多煤矿在综放工作面生产系统设备选型方面存在不足，如无法从全局角度出发优选设备、无法保证设备的可靠性，对这类问题的针对性处理正是本文研究的关键所在。

1.综放工作面生产系统设备选型要求分析

1.1采煤机选型要求

综放工作面的采煤机选型需首先从性能参数入手，由此实现采煤的正确选择和使用。采煤机的性能参数直接影响综放工作面的开采生产能力，但在具体的采煤机型号选择中，需考虑采煤机本身特性、地质条件、倾角、煤层厚度带来的影响，支护设备及运输机带来的影响也不容忽视。因此，采煤机型号选择需综合考虑各类因素影响，相关统筹工作也需要严格开展;综放工作面的采煤机选型还需要优选滚筒直径及截深，一般情况需保证存在大于采高1/2的采煤机滚筒直径（双滚筒）。还需要考虑割煤时采煤机截入煤壁的深度，即滚筒截深，需结合采煤机的稳定性、移架步距、顶板岩性、煤质软硬、煤层厚度选取滚筒截深。在具体实践中，如采煤机工作于厚煤层综放工作面，滚筒截深需针对性加大，一般采用0.8m作为通用的滚筒截深;滚筒转速直接影响粉煤量、装载量、单位能耗的大小，这同样属于综放工作面采煤机选型需要关注的重点，具体选型需针对性计算采煤机截齿的最大切削厚度，计算公式为：

（1）

式中的u、n、m分别为采煤机的牵引速度、滚筒转速、同条截线上的截齿数。基于式（1）进行分析可以发现，存在固定的牵引速度时，产生的煤尘量随着转速的提升而变大，同时存在随之增长的截割耗能。在具体生产中，转速越快的滚筒会导致循环加快，采煤机装煤效果会受到直接影响，因此一般应基于30～50r/min控制滚筒转速;采煤机选型还需要重点关注牵引速度，这里的牵引速度指的是沿工作面倾向割煤时采煤机的运行速度，该速度会根据液压支架移架速度、刮板输送机装煤能力、电动机功率等配套设备出现动态变化，最快存在54.5m/min的牵引速度，一般处于10～12m/min区间[1]。

1.2刮板输送机选型要求

目前的综放生产系统中，刮板输送机在综放工作面可分为前、后两部。前刮板输送机需基于最大的采煤机割煤能力设定运输能力，保证运输能力更高，具体需要考虑倾角系数、运输方向、同向运动时采煤机与刮板输送机的修正系数影响。后刮板输送机需要存在与放煤能力相适应的能力，平均的工作面放顶煤速度、放煤步距与采煤机截深之比需同时得到重视。以广泛应用于综放生产系统的双链刮板输送机为例，其链轮组件在传动部电机启动后，会在液力祸合器和减速器带动下开始旋转，煤炭由此即可基于循环运行的刮板链输送至机头部卸载。循环运动的刮板链在整合运行过程中负责煤炭输送，刮板输送机的运输能力由单位长度运转煤炭重量和运行速度决定[2]。

1.3液压支架选型要求

在放顶煤液压支架的设计制造过程中，需明确“三机”配套要求。第一，在封闭工作空间基础上，液压支架需要具备可靠的稳定性和较高的工作阻力;第二，为加快放煤速度并促进顶煤冒落，掩护梁的长度需尽量缩短;第三，需采用高度可调的液压支架，以此便于运输;第四，为缩短空顶面积需配置伸缩前探梁，护帮护顶能力可同时增强;第五，设置抬底机构和较大的移架力于支架底座，保证快速顺利移动能够在底板破碎不平整条件下实现;第六，安装喷霧降尘系统于液压支架前后。从岩层控制角度开展研究，为保证综放工作面生产系统更好服务于煤矿生产，支架上和架前的控制顶板完整性也需要得到更好保障，需同时保证控制顶板在支架后方破碎并及时冒落放出。除具备一般支架功能外，用于厚煤层放顶煤工作面的液压支架还需要具备优秀的可控破煤功能，液压支架和煤层顶板在破碎顶煤时需要相互配合，保证有时间限制的情况下顶煤能够顺利沿切顶线冒落。液压支架需要承受的静载包括顶板变形压力、掩护梁上松散煤体压力、顶煤重量、控顶区不规则冒落带的顶板岩块重量，这些均需要在液压支架选型中得到重视[3]。

2.基于实例的设备选型及可靠性评估

2.1工程背景

为提升研究的实践价值，本文以某属于大同煤田的煤矿作为研究对象，该煤矿回采11号煤层，煤层走向为北东和北西，为弱粘结的优质动力煤，存在1°～4°的倾角，储存情况稳定，煤层结构简单，存在7.66m的平均厚度。煤层底板和顶板多由陆地碎屑岩组成，成分为泥质胶结和钙质胶结，密度较大且质地坚硬，同时存在中粗砂岩、细砂岩、粉砂岩、砾岩、砂质页岩，其中细、中粗砂岩（基本顶）的厚度、硬度系数分别为22.5m、7.3～8.4，砂质页岩、细砂岩（直接顶）的厚度、硬度系数分别为26.7m、11.6，细砂岩及砂质页岩（直接顶）的厚度、硬度系数分别为0.9～2.2m（4.3～6.9m）、11.6。

2.2生产系统设备选型

基于工程实际，工程采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤开采方式，由此开展的滚筒切割与装载煤炭由采煤机负责，辅以前部输送机，煤炭运输即可顺利实现，煤炭位于液压支架上方会在采动影响及自身重力下垮落放入后部刮板输送机输出工作面。基于上文涉及的相关选型要求，工程最终选择了无链电牵引式采煤机割煤（），工作面前部、后部运煤均选用中双链输送机（），上平巷采用转载机器（）运煤，工作面中部、端头的综放液压支架型号分别为、，循环进度、采高分别为0.8m、4m。采煤机采用端部斜切作为进刀方式，截深、切口分别为0.8m、≥25m，采煤机拥有0～12m/min的割煤速率，放顶煤采用一次放煤方法，存在0.8m的两个放煤口间隔，采放结合后的作业按照一采一放工序开展。

2.3生产系统可靠性分析

开展针对性统计可以确定，基于上述生产系统设备选型，具体生产中每个生产班的准备时间、收尾清理时间分别为50min左右、10min左右，在工作面系统故障影响下，存在59min的每班中间平均停机时间，采煤工作面总工作时间中每个生产班的出煤时间占比在65%左右。为减少故障时间、增加出煤时间、提高采煤机的开机率并提高工作效率，需分析工作设备间存在的相互制约和相互联系，设备故障带来的影响也需要得到重点关注。分析实际产量可以发现，工作面总产量、回收率、利润分别为457万t、80%、5100万元。进一步开展可靠性分析，可确定工作面设备中占用故障时间最长的为后部刮板输送机，这与型号偏小的后部刮板输送机选择、较大的放顶出煤量存在直接关联，产量因此不配套的设备而降低，综放工作面整体经济效益受到的影响必须引起重视。

3结论：综上所述，综放工作面生产系统设备选型需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的采煤机选型要求、刮板输送机选型要求、液压支架选型要求等内容，则提供了可行性较高的综放工作面生产系统设备选型路径。为更好满足生产需要，煤层总厚度与厚煤层煤壁稳定性带来的影响也需要引起重视。

参考文献：

[1]孟鹏飞，张彦霞，杨帆.大柳煤矿6.5 m大采高自动化工作面的设备选型配套[J].煤矿机电，2020，41（03）：24-27.

[2]付鹏.古城煤矿N1303综采工作面设备选型及配套设计[J].煤，2020，29（06）：41-44.

[3]董帅.复杂地质条件下煤矿综放工作面设备选型研究[J].采矿技术，2020，20（03）：115-117.