薄煤層開采中采煤機(jī)及優(yōu)化設(shè)計(jì)

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摘要：基于MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機(jī)，就該采煤機(jī)的適用范圍、設(shè)備組成、主要功能進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，并將其應(yīng)用于某礦的實(shí)際工作面中，由現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該采煤機(jī)的裝機(jī)性能穩(wěn)定、丟煤少，極大地提高了煤礦工作面的生產(chǎn)水平以及安全性。除此之外，還針對(duì)采煤機(jī)的防滑、牽引鏈錨固以及電纜收放等問(wèn)題提出了一定的優(yōu)化措施，以期望達(dá)到更好的應(yīng)用效果，為薄煤層的開采提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)與解決途徑。

關(guān)鍵詞：薄煤層爬底式采煤機(jī)電牽引大傾角

引言

在我國(guó)，薄煤層所占的煤炭資源儲(chǔ)量十分豐富，在進(jìn)行開采的過(guò)程中，由于煤層厚度都在1.3m以下，其開采難度大大增加，尤其是當(dāng)煤層傾角較大時(shí)，若采用傳統(tǒng)炮采的方法，所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益與所投入的人力物力嚴(yán)重不符，且工作效率低，因此，大傾角薄煤層的開采一直是一個(gè)難點(diǎn)。所以選擇合理的采煤方法、使用合適的采煤機(jī)、提高回采效率、增強(qiáng)生產(chǎn)的安全性是煤礦企業(yè)的重中之重[1]。

1礦井概況

本文研究的礦井煤層厚度非常薄，僅為0.5～0.8m，但煤層傾角極大，最大的傾斜角度為45°。在長(zhǎng)期的開采過(guò)程中，該礦一直采用傳統(tǒng)炮采的方法進(jìn)行采煤作業(yè)，沿走向?qū)ぷ髅孢M(jìn)行后退式回采，采用刮板輸送機(jī)來(lái)運(yùn)送煤炭，單體液壓支柱來(lái)對(duì)頂板進(jìn)行支撐，機(jī)械化程度較低。在2007年，該礦采用了單滾筒爬底板采煤機(jī)，使用該采煤機(jī)后，雖然提高了煤礦的生產(chǎn)效率，但是由于該采煤機(jī)的設(shè)計(jì)功率較低，一旦遇到較堅(jiān)硬的煤層或者傾角較大的煤層時(shí)，運(yùn)行起來(lái)就極其困難；且滾筒的裝煤效果不盡人意，沒(méi)有設(shè)置安全的制動(dòng)裝置，無(wú)法在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)及時(shí)停止?jié)L筒的運(yùn)動(dòng)，從而無(wú)法保證采煤司機(jī)的人身安全。因此該礦對(duì)原先的爬底板采煤機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，采用了MG110/130-TPD型爬底式采煤機(jī)，并通過(guò)實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果。

2MG110/130-TPD型電牽引爬底式采煤機(jī)

2.1適用范圍

MG110/130-TPD型爬底式采煤機(jī)可以適應(yīng)多種地質(zhì)條件的變化，較大的提高裝煤功率，在與刮板輸送機(jī)、液壓支架以及金屬頂梁良好配合作業(yè)后，可以很好的實(shí)現(xiàn)工作面的落煤與裝煤，減少煤炭資源的浪費(fèi)。同時(shí)該采煤機(jī)適合在35°以下的工作面進(jìn)行作業(yè)，所采煤層厚度的范圍在0.5～0.8m之間，且煤質(zhì)堅(jiān)硬程度中等，底板不能有過(guò)大的起伏。除此之外，該采煤機(jī)的所有設(shè)備均采用隔爆型，因此井下工作面中的甲烷、二氧化碳、硫化氫等物質(zhì)的濃度不能超過(guò)相關(guān)的規(guī)定。

2.2機(jī)械部分

該采煤機(jī)主要由主機(jī)體、裝煤部、底托裝置以及冷卻噴霧裝置四部分組成，其中牽引部、截割部以及電控箱、搖臂等都設(shè)置在采煤機(jī)機(jī)殼上。牽引部是用來(lái)使采煤機(jī)隨著工作面的推進(jìn)而移動(dòng)的，主要的動(dòng)力裝置是電動(dòng)機(jī)，其牽引速度最大可達(dá)到1min行走5.84m。截割部是控制采煤機(jī)的減速裝置，在其上方設(shè)置了一個(gè)扭矩離合器，該裝置可以在電動(dòng)機(jī)過(guò)載時(shí)保護(hù)電動(dòng)機(jī)不受損傷。而冷卻噴霧系統(tǒng)則是主要用來(lái)降低煤塵濃度的，并輔助減少采煤機(jī)各部件在工作時(shí)由于摩擦所產(chǎn)生的熱量，對(duì)采煤機(jī)機(jī)身各部分進(jìn)行冷卻，以確保采煤機(jī)的正常運(yùn)行[2]。

2.3電控系統(tǒng)

該爬底板采煤機(jī)設(shè)置有本安型電控箱，其型號(hào)為KXJ24-130/1140(660)C，并且兼具隔爆的作用，同時(shí)采用了PWM變頻調(diào)速技術(shù)以及PLC控制技術(shù)，通過(guò)這些先進(jìn)技術(shù)的使用，該電控箱的調(diào)速范圍變大、具備較大的牽引力以及較強(qiáng)的防滑能力，并使得采煤機(jī)的操作更為簡(jiǎn)單，更加方便。

2.4主要功能特點(diǎn)

MG110/130-TPD型爬底式采煤機(jī)在進(jìn)行割煤時(shí)，具備較大的截割功率，采用單搖臂雙電動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，機(jī)身牢固可靠；所采用的交流變頻調(diào)速技術(shù)，可以很好的實(shí)現(xiàn)較大的牽引速度，并且牽引效率較高，具備較大的牽引力，可以實(shí)現(xiàn)反向轉(zhuǎn)動(dòng)的功能；所適應(yīng)的地質(zhì)條件較多，可以由礦井的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行變速，變速范圍較大；在一定程度上減輕了采煤司機(jī)的工作強(qiáng)度，可以進(jìn)行遙控作業(yè)，即停即開，其采煤機(jī)上的顯示器可以實(shí)時(shí)顯示采煤機(jī)的運(yùn)行情況，一旦出現(xiàn)故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行處理；設(shè)置有冷卻噴霧系統(tǒng)以及防滑裝置，可以在緊急情況下對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行制動(dòng)，防止其出現(xiàn)滑動(dòng)。

3主要采煤工藝

3.1采煤機(jī)進(jìn)刀方式

使用爬底板采煤機(jī)對(duì)井下工作面進(jìn)行割煤時(shí)，采取的是雙向進(jìn)刀割煤的方式，一次進(jìn)刀的深度為0.8m，在工作面的上端頭通過(guò)人工爆破的方式進(jìn)行施工，造成一個(gè)超前缺口，該缺口沿傾斜方向的長(zhǎng)度為6m，超出煤壁1.6m，而對(duì)于工作面的下端頭來(lái)說(shuō)則不進(jìn)行超前缺口的施工[3]。

3.2工作面支護(hù)作業(yè)方式

整個(gè)井下工作面采用單體液壓支柱來(lái)對(duì)煤層頂板進(jìn)行支護(hù)，其支柱的密度極高，其中液壓支架的控頂范圍為3.65～4.45m，放頂步距為0.8m，工作面的循環(huán)推進(jìn)長(zhǎng)度為0.8m，而在處理采空區(qū)時(shí)，采用的是全部垮落法。1）跟機(jī)掛梁、支柱：在進(jìn)行上行割煤作業(yè)時(shí)，由于煤層傾角較大，每當(dāng)采煤機(jī)向前推進(jìn)30～50m時(shí)，就必須停止采煤機(jī)以及刮板輸送機(jī)的運(yùn)行，做好防滑措施，拉緊鋼絲繩，以便工作人員能快速進(jìn)入到采煤機(jī)機(jī)道，設(shè)置隔離設(shè)施，待隔離設(shè)施設(shè)置好后，再繼續(xù)割煤，按照隔離設(shè)施的分段來(lái)從上到下進(jìn)行掛梁、支柱作業(yè)。而在下行割煤時(shí)，掛梁、支柱作業(yè)則需要延后采煤機(jī)5～15m的距離。2）推移刮板輸送機(jī)：在跟機(jī)掛梁之后，需通過(guò)單體液壓支柱來(lái)推移刮板輸送機(jī)，在推移過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)彎曲段，此時(shí)彎曲段的長(zhǎng)度不得超過(guò)20m，且每一次推移完成后，必須及時(shí)進(jìn)行支護(hù)。3）回柱放頂：在進(jìn)行回柱放頂作業(yè)時(shí)，必須從下到上進(jìn)行，每次回柱的距離不得小于15m。

4現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

4.1現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用概況

通過(guò)對(duì)該爬底板采煤機(jī)的優(yōu)化與改進(jìn)，采用上述采煤工藝后，將MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機(jī)應(yīng)用于實(shí)際礦井中，所應(yīng)用的工作面情況下：進(jìn)行開采的煤層厚度為0.46～0.77m，沿煤層走向的傾斜角度平均為23.5°，沿煤層傾向的傾斜角度平均為113.5°，煤層傾角的范圍為13°～43°，其平均傾角為28°，煤層硬度的普氏系數(shù)在1～3之間，而圍巖硬度的普氏系數(shù)最大為8，最小為6，整個(gè)煤層屬于中等穩(wěn)定程度，所采工作面的開采高度為0.75m，整個(gè)工作面長(zhǎng)550m，工作面推進(jìn)寬度為112m。

4.2現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果及優(yōu)化

在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的初期階段，由于井下作業(yè)人員不熟悉該采煤機(jī)的性能，所以在一開始的時(shí)候出煤效果并不是十分理想，這是由于冷卻噴霧系統(tǒng)的內(nèi)外噴霧同時(shí)使用所導(dǎo)致的，在減少了防塵的出水量后，出煤效果就得到了明顯的改善，而在應(yīng)用期間，雖然發(fā)現(xiàn)該采煤機(jī)的運(yùn)行效果良好，但仍然存在一些問(wèn)題：沒(méi)有選擇合適的刮板輸送機(jī)，導(dǎo)致工作面生產(chǎn)的煤不能及時(shí)的運(yùn)出，從而有大量的浮煤堆積在工作面內(nèi)，影響采煤工作的正常進(jìn)行；采煤機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組底板端頭平直，與巷道底板接觸，出現(xiàn)啃底現(xiàn)象，增大了采煤機(jī)的負(fù)荷；牽引鏈滑動(dòng)，或者由于過(guò)度擠壓，鏈環(huán)出現(xiàn)變形，造成斷鏈；由于鏈輪的保護(hù)裝置是全封閉的，一旦出現(xiàn)故障時(shí)，處理的難度比較大；冷卻噴霧系統(tǒng)發(fā)生漏水，當(dāng)水進(jìn)入減速箱后，使?jié)櫥捅幌♂屪冑|(zhì)；由于該類采煤機(jī)所開采的煤層厚度都比較薄，在刮板輸送機(jī)上不能設(shè)置電纜槽，因此電纜都是通過(guò)人力拖拽進(jìn)行的，這對(duì)于井下作業(yè)人員來(lái)說(shuō)，危險(xiǎn)性極大，且勞動(dòng)強(qiáng)度高，工作效率低[4]。

5改進(jìn)與優(yōu)化

針對(duì)以上問(wèn)題，我們做出了下述改進(jìn)與優(yōu)化：1）根據(jù)工作面生產(chǎn)煤炭的能力，重新選擇刮板輸送機(jī)，通過(guò)增加運(yùn)輸部的寬度來(lái)增大刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，并且優(yōu)化運(yùn)煤的路線，提高運(yùn)煤速度；2）將采煤機(jī)的底板制成船形，預(yù)防啃底現(xiàn)象的發(fā)生；3）為了防止出現(xiàn)牽引鏈滑動(dòng)以及因過(guò)度擠壓，鏈環(huán)變形的問(wèn)題，采用了壓鏈錨固底座，在該底座上設(shè)置有柱窩以及鏈槽，以防止支柱打滑，并且對(duì)牽引鏈進(jìn)行固定。在使用過(guò)程中，由于鏈槽的存在，牽引鏈僅僅受到了拉力，而不會(huì)受到壓力的作用；同時(shí)由于柱窩對(duì)支柱起到了約束作用，很好的防止了支柱打滑現(xiàn)象的發(fā)生；4）隨著工作面的推進(jìn)以及煤層傾角的增大，在進(jìn)行上行割煤時(shí)，采煤機(jī)的牽引鏈常常會(huì)向下發(fā)生一定的位移，當(dāng)位移足夠大時(shí)，牽引鏈不足以承受這么大的拉力，就會(huì)發(fā)生斷鏈，此時(shí)采煤機(jī)就會(huì)向下發(fā)生滑動(dòng)。在這種情況下，我們可以在采煤機(jī)的下部安裝兩個(gè)機(jī)械防滑叉，或者是設(shè)置一排單體液壓支柱，當(dāng)采煤機(jī)一旦出現(xiàn)下滑時(shí)，保險(xiǎn)叉可以插入煤層底板以及巷幫，以阻止采煤機(jī)繼續(xù)下滑；5）重新對(duì)冷卻噴霧系統(tǒng)的密封裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，以防由噴霧滲水進(jìn)入減速箱潤(rùn)滑油中；6）在工作面的順槽上安裝卷纜裝置，實(shí)現(xiàn)電纜的自動(dòng)收放，減輕井下作業(yè)人員的負(fù)擔(dān)，提高工作效率，使電纜較快較安全的到達(dá)指定位置，保障工作面安全生產(chǎn)的進(jìn)行。

6優(yōu)化效果

在經(jīng)過(guò)大量的實(shí)踐探索與優(yōu)化改進(jìn)后，爬底板采煤機(jī)在進(jìn)行薄煤層的開采過(guò)程中的運(yùn)行效果得到了明顯的改善，各項(xiàng)指標(biāo)的應(yīng)用效果均十分顯著，主要表現(xiàn)為：應(yīng)用該爬底板采煤機(jī)后，減少了炸藥的使用量，提高了開采作業(yè)的安全性，減少了炸藥傷人事故的發(fā)生；日產(chǎn)煤量達(dá)到了390t，大大提高了煤礦的生產(chǎn)效率以及出煤量，并降低了井下作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；在采煤過(guò)程中，減少了矸石的產(chǎn)量，提高了煤的質(zhì)量；便于采煤機(jī)司機(jī)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行割煤作業(yè)，提高了機(jī)械化程度，減少了操作步驟，并很好的解決了電纜收放等問(wèn)題；增強(qiáng)了采煤作業(yè)的安全性，提高了礦井的經(jīng)濟(jì)效益[5]。

7.結(jié)語(yǔ)

MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機(jī)在實(shí)際礦井中的應(yīng)用表明，該采煤機(jī)在經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后，裝煤效果理想，性能穩(wěn)定可靠，不僅提高了礦井的產(chǎn)煤量及工作效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且噴霧除塵的效果也非常明顯，其緊急制動(dòng)裝置也有效地防止了采煤機(jī)的進(jìn)一步下滑，減少了采煤機(jī)下滑傷人事故的發(fā)生，增強(qiáng)了礦井生產(chǎn)的安全性，因此該采煤機(jī)為薄煤層的開采提供了一種新的采煤方法，為相同類型下的礦井開采提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗(yàn)與解決途徑。

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作者：孫愷 單位：陽(yáng)煤集團(tuán)二礦調(diào)度室機(jī)掘六隊(duì)