綜放工作面生產系統設備選型及可靠性研究

朱鵬

摘要：近年來我國煤炭開采行業的發展極為迅速，這種發展在煤炭采集理論和相關設備的研發應用方面均有著直觀體現。基于此，本文將簡單分析綜放工作面生產系統設備選型要求，并深入探討基于實例的設備選型及可靠性評估，希望研究內容能夠給相關從業人員以啟發。

關鍵詞：綜放工作面;設備選型;可靠性

前言：綜放工作面生產系統設備選型應主要圍繞“三機”展開，即采煤機、刮板輸送機、液壓支架。結合實際調研可以發現，現階段我國很多煤礦在綜放工作面生產系統設備選型方面存在不足，如無法從全局角度出發優選設備、無法保證設備的可靠性，對這類問題的針對性處理正是本文研究的關鍵所在。

1.綜放工作面生產系統設備選型要求分析

1.1采煤機選型要求

綜放工作面的采煤機選型需首先從性能參數入手，由此實現采煤的正確選擇和使用。采煤機的性能參數直接影響綜放工作面的開采生產能力，但在具體的采煤機型號選擇中，需考慮采煤機本身特性、地質條件、傾角、煤層厚度帶來的影響，支護設備及運輸機帶來的影響也不容忽視。因此，采煤機型號選擇需綜合考慮各類因素影響，相關統籌工作也需要嚴格開展;綜放工作面的采煤機選型還需要優選滾筒直徑及截深，一般情況需保證存在大于采高1/2的采煤機滾筒直徑（雙滾筒）。還需要考慮割煤時采煤機截入煤壁的深度，即滾筒截深，需結合采煤機的穩定性、移架步距、頂板巖性、煤質軟硬、煤層厚度選取滾筒截深。在具體實踐中，如采煤機工作于厚煤層綜放工作面，滾筒截深需針對性加大，一般采用0.8m作為通用的滾筒截深;滾筒轉速直接影響粉煤量、裝載量、單位能耗的大小，這同樣屬于綜放工作面采煤機選型需要關注的重點，具體選型需針對性計算采煤機截齒的最大切削厚度，計算公式為：

（1）

式中的u、n、m分別為采煤機的牽引速度、滾筒轉速、同條截線上的截齒數。基于式（1）進行分析可以發現，存在固定的牽引速度時，產生的煤塵量隨著轉速的提升而變大，同時存在隨之增長的截割耗能。在具體生產中，轉速越快的滾筒會導致循環加快，采煤機裝煤效果會受到直接影響，因此一般應基于30～50r/min控制滾筒轉速;采煤機選型還需要重點關注牽引速度，這里的牽引速度指的是沿工作面傾向割煤時采煤機的運行速度，該速度會根據液壓支架移架速度、刮板輸送機裝煤能力、電動機功率等配套設備出現動態變化，最快存在54.5m/min的牽引速度，一般處于10～12m/min區間[1]。

1.2刮板輸送機選型要求

目前的綜放生產系統中，刮板輸送機在綜放工作面可分為前、后兩部。前刮板輸送機需基于最大的采煤機割煤能力設定運輸能力，保證運輸能力更高，具體需要考慮傾角系數、運輸方向、同向運動時采煤機與刮板輸送機的修正系數影響。后刮板輸送機需要存在與放煤能力相適應的能力，平均的工作面放頂煤速度、放煤步距與采煤機截深之比需同時得到重視。以廣泛應用于綜放生產系統的雙鏈刮板輸送機為例，其鏈輪組件在傳動部電機啟動后，會在液力禍合器和減速器帶動下開始旋轉，煤炭由此即可基于循環運行的刮板鏈輸送至機頭部卸載。循環運動的刮板鏈在整合運行過程中負責煤炭輸送，刮板輸送機的運輸能力由單位長度運轉煤炭重量和運行速度決定[2]。

1.3液壓支架選型要求

在放頂煤液壓支架的設計制造過程中，需明確“三機”配套要求。第一，在封閉工作空間基礎上，液壓支架需要具備可靠的穩定性和較高的工作阻力;第二，為加快放煤速度并促進頂煤冒落，掩護梁的長度需盡量縮短;第三，需采用高度可調的液壓支架，以此便于運輸;第四，為縮短空頂面積需配置伸縮前探梁，護幫護頂能力可同時增強;第五，設置抬底機構和較大的移架力于支架底座，保證快速順利移動能夠在底板破碎不平整條件下實現;第六，安裝噴霧降塵系統于液壓支架前后。從巖層控制角度開展研究，為保證綜放工作面生產系統更好服務于煤礦生產，支架上和架前的控制頂板完整性也需要得到更好保障，需同時保證控制頂板在支架后方破碎并及時冒落放出。除具備一般支架功能外，用于厚煤層放頂煤工作面的液壓支架還需要具備優秀的可控破煤功能，液壓支架和煤層頂板在破碎頂煤時需要相互配合，保證有時間限制的情況下頂煤能夠順利沿切頂線冒落。液壓支架需要承受的靜載包括頂板變形壓力、掩護梁上松散煤體壓力、頂煤重量、控頂區不規則冒落帶的頂板巖塊重量，這些均需要在液壓支架選型中得到重視[3]。

2.基于實例的設備選型及可靠性評估

2.1工程背景

為提升研究的實踐價值，本文以某屬于大同煤田的煤礦作為研究對象，該煤礦回采11號煤層，煤層走向為北東和北西，為弱粘結的優質動力煤，存在1°～4°的傾角，儲存情況穩定，煤層結構簡單，存在7.66m的平均厚度。煤層底板和頂板多由陸地碎屑巖組成，成分為泥質膠結和鈣質膠結，密度較大且質地堅硬，同時存在中粗砂巖、細砂巖、粉砂巖、礫巖、砂質頁巖，其中細、中粗砂巖（基本頂）的厚度、硬度系數分別為22.5m、7.3～8.4，砂質頁巖、細砂巖（直接頂）的厚度、硬度系數分別為26.7m、11.6，細砂巖及砂質頁巖（直接頂）的厚度、硬度系數分別為0.9～2.2m（4.3～6.9m）、11.6。

2.2生產系統設備選型

基于工程實際，工程采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤開采方式，由此開展的滾筒切割與裝載煤炭由采煤機負責，輔以前部輸送機，煤炭運輸即可順利實現，煤炭位于液壓支架上方會在采動影響及自身重力下垮落放入后部刮板輸送機輸出工作面。基于上文涉及的相關選型要求，工程最終選擇了無鏈電牽引式采煤機割煤（），工作面前部、后部運煤均選用中雙鏈輸送機（），上平巷采用轉載機器（）運煤，工作面中部、端頭的綜放液壓支架型號分別為、，循環進度、采高分別為0.8m、4m。采煤機采用端部斜切作為進刀方式，截深、切口分別為0.8m、≥25m，采煤機擁有0～12m/min的割煤速率，放頂煤采用一次放煤方法，存在0.8m的兩個放煤口間隔，采放結合后的作業按照一采一放工序開展。

2.3生產系統可靠性分析

開展針對性統計可以確定，基于上述生產系統設備選型，具體生產中每個生產班的準備時間、收尾清理時間分別為50min左右、10min左右，在工作面系統故障影響下，存在59min的每班中間平均停機時間，采煤工作面總工作時間中每個生產班的出煤時間占比在65%左右。為減少故障時間、增加出煤時間、提高采煤機的開機率并提高工作效率，需分析工作設備間存在的相互制約和相互聯系，設備故障帶來的影響也需要得到重點關注。分析實際產量可以發現，工作面總產量、回收率、利潤分別為457萬t、80%、5100萬元。進一步開展可靠性分析，可確定工作面設備中占用故障時間最長的為后部刮板輸送機，這與型號偏小的后部刮板輸送機選擇、較大的放頂出煤量存在直接關聯，產量因此不配套的設備而降低，綜放工作面整體經濟效益受到的影響必須引起重視。

3結論：綜上所述，綜放工作面生產系統設備選型需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的采煤機選型要求、刮板輸送機選型要求、液壓支架選型要求等內容，則提供了可行性較高的綜放工作面生產系統設備選型路徑。為更好滿足生產需要，煤層總厚度與厚煤層煤壁穩定性帶來的影響也需要引起重視。

參考文獻：

[1]孟鵬飛，張彥霞，楊帆.大柳煤礦6.5 m大采高自動化工作面的設備選型配套[J].煤礦機電，2020，41（03）：24-27.

[2]付鵬.古城煤礦N1303綜采工作面設備選型及配套設計[J].煤，2020，29（06）：41-44.

[3]董帥.復雜地質條件下煤礦綜放工作面設備選型研究[J].采礦技術，2020，20（03）：115-117.