薄煤層開(kāi)采中采煤機及優(yōu)化設計論文
摘要：基于MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機，就該采煤機的適用范圍、設備組成、主要功能進(jìn)行了詳細的介紹，并將其應用于某礦的實(shí)際工作面中，由現場(chǎng)實(shí)踐表明，該采煤機的裝機性能穩定、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，還針對采煤機的防滑、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，以期望達到更好的應用效果，為薄煤層的開(kāi)采提供可借鑒的經(jīng)驗與解決途徑。
關(guān)鍵詞：薄煤層爬底式采煤機電牽引大傾角
引言
在我國，薄煤層所占的煤炭資源儲量十分豐富，在進(jìn)行開(kāi)采的過(guò)程中，由于煤層厚度都在1.3m以下，其開(kāi)采難度大大增加，尤其是當煤層傾角較大時(shí)，若采用傳統炮采的方法，所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益與所投入的人力物力嚴重不符，且工作效率低，因此，大傾角薄煤層的開(kāi)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、提高回采效率、增強生產(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(cháng)期的開(kāi)采過(guò)程中，該礦一直采用傳統炮采的方法進(jìn)行采煤作業(yè)，沿走向對工作面進(jìn)行后退式回采，采用刮板輸送機來(lái)運送煤炭，單體液壓支柱來(lái)對頂板進(jìn)行支撐，機械化程度較低。在2007年，該礦采用了單滾筒爬底板采煤機，使用該采煤機后，雖然提高了煤礦的生產(chǎn)效率，但是由于該采煤機的設計功率較低，一旦遇到較堅硬的煤層或者傾角較大的煤層時(shí)，運行起來(lái)就極其困難；且滾筒的裝煤效果不盡人意，沒(méi)有設置安全的制動(dòng)裝置，無(wú)法在危險發(fā)生時(shí)及時(shí)停止滾筒的運動(dòng)，從而無(wú)法保證采煤司機的人身安全。因此該礦對原先的爬底板采煤機進(jìn)行了優(yōu)化與改進(jìn)，采用了MG110/130-TPD型爬底式采煤機，并通過(guò)實(shí)際應用取得了良好的效果。
2MG110/130-TPD型電牽引爬底式采煤機
2.1適用范圍
MG110/130-TPD型爬底式采煤機可以適應多種地質(zhì)條件的變化，較大的提高裝煤功率，在與刮板輸送機、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)現工作面的落煤與裝煤，減少煤炭資源的浪費。同時(shí)該采煤機適合在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)堅硬程度中等，底板不能有過(guò)大的起伏。除此之外，該采煤機的所有設備均采用隔爆型，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)的規定。
2.2機械部分
該采煤機主要由主機體、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、搖臂等都設置在采煤機機殼上。牽引部是用來(lái)使采煤機隨著(zhù)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，其牽引速度最大可達到1min行走5.84m。截割部是控制采煤機的減速裝置，在其上方設置了一個(gè)扭矩離合器，該裝置可以在電動(dòng)機過(guò)載時(shí)保護電動(dòng)機不受損傷。而冷卻噴霧系統則是主要用來(lái)降低煤塵濃度的，并輔助減少采煤機各部件在工作時(shí)由于摩擦所產(chǎn)生的熱量，對采煤機機身各部分進(jìn)行冷卻，以確保采煤機的正常運行[2]。
2.3電控系統
該爬底板采煤機設置有本安型電控箱，其型號為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，該電控箱的調速范圍變大、具備較大的牽引力以及較強的防滑能力，并使得采煤機的操作更為簡(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)機進(jìn)行驅動(dòng)，機身牢固可靠；所采用的交流變頻調速技術(shù)，可以很好的實(shí)現較大的牽引速度，并且牽引效率較高，具備較大的牽引力，可以實(shí)現反向轉動(dòng)的功能；所適應的地質(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的工作強度，可以進(jìn)行遙控作業(yè)，即停即開(kāi)，其采煤機上的顯示器可以實(shí)時(shí)顯示采煤機的運行情況，一旦出現故障可以及時(shí)發(fā)現并進(jìn)行處理；設置有冷卻噴霧系統以及防滑裝置，可以在緊急情況下對采煤機進(jìn)行制動(dòng)，防止其出現滑動(dòng)。
3主要采煤工藝
3.1采煤機進(jìn)刀方式
使用爬底板采煤機對井下工作面進(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(cháng)度為6m，超出煤壁1.6m，而對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工作面支護作業(yè)方式
整個(gè)井下工作面采用單體液壓支柱來(lái)對煤層頂板進(jìn)行支護，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(cháng)度為0.8m，而在處理采空區時(shí)，采用的是全部垮落法。1）跟機掛梁、支柱：在進(jìn)行上行割煤作業(yè)時(shí)，由于煤層傾角較大，每當采煤機向前推進(jìn)30～50m時(shí)，就必須停止采煤機以及刮板輸送機的運行，做好防滑措施，拉緊鋼絲繩，以便工作人員能快速進(jìn)入到采煤機機道，設置隔離設施，待隔離設施設置好后，再繼續割煤，按照隔離設施的分段來(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5～15m的距離。2）推移刮板輸送機：在跟機掛梁之后，需通過(guò)單體液壓支柱來(lái)推移刮板輸送機，在推移過(guò)程中，難免會(huì )出現彎曲段，此時(shí)彎曲段的長(cháng)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。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現場(chǎng)應用
4.1現場(chǎng)應用概況
通過(guò)對該爬底板采煤機的優(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應用于實(shí)際礦井中，所應用的工作面情況下：進(jìn)行開(kāi)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在1～3之間，而圍巖硬度的普氏系數最大為8，最小為6，整個(gè)煤層屬于中等穩定程度，所采工作面的開(kāi)采高度為0.75m，整個(gè)工作面長(cháng)550m，工作面推進(jìn)寬度為112m。
4.2現場(chǎng)應用效果及優(yōu)化
在現場(chǎng)應用的初期階段，由于井下作業(yè)人員不熟悉該采煤機的性能，所以在一開(kāi)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的內外噴霧同時(shí)使用所導致的，在減少了防塵的出水量后，出煤效果就得到了明顯的改善，而在應用期間，雖然發(fā)現該采煤機的運行效果良好，但仍然存在一些問(wèn)題：沒(méi)有選擇合適的刮板輸送機，導致工作面生產(chǎn)的煤不能及時(shí)的運出，從而有大量的浮煤堆積在工作面內，影響采煤工作的正常進(jìn)行；采煤機在運行過(guò)程中，機組底板端頭平直，與巷道底板接觸，出現啃底現象，增大了采煤機的負荷；牽引鏈滑動(dòng)，或者由于過(guò)度擠壓，鏈環(huán)出現變形，造成斷鏈；由于鏈輪的保護裝置是全封閉的，一旦出現故障時(shí)，處理的難度比較大；冷卻噴霧系統發(fā)生漏水，當水進(jìn)入減速箱后，使潤滑油被稀釋變質(zhì)；由于該類(lèi)采煤機所開(kāi)采的煤層厚度都比較薄，在刮板輸送機上不能設置電纜槽，因此電纜都是通過(guò)人力拖拽進(jìn)行的，這對于井下作業(yè)人員來(lái)說(shuō)，危險性極大，且勞動(dòng)強度高，工作效率低[4]。
5改進(jìn)與優(yōu)化
針對以上問(wèn)題，我們做出了下述改進(jìn)與優(yōu)化：1）根據工作面生產(chǎn)煤炭的能力，重新選擇刮板輸送機，通過(guò)增加運輸部的寬度來(lái)增大刮板輸送機的運輸能力，并且優(yōu)化運煤的路線(xiàn)，提高運煤速度；2）將采煤機的底板制成船形，預防啃底現象的發(fā)生；3）為了防止出現牽引鏈滑動(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，在該底座上設置有柱窩以及鏈槽，以防止支柱打滑，并且對牽引鏈進(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)由于柱窩對支柱起到了約束作用，很好的防止了支柱打滑現象的發(fā)生；4）隨著(zhù)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)，采煤機的牽引鏈常常會(huì )向下發(fā)生一定的位移，當位移足夠大時(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，我們可以在采煤機的下部安裝兩個(gè)機械防滑叉，或者是設置一排單體液壓支柱，當采煤機一旦出現下滑時(shí)，保險叉可以插入煤層底板以及巷幫，以阻止采煤機繼續下滑；5）重新對冷卻噴霧系統的密封裝置進(jìn)行設計，以防由噴霧滲水進(jìn)入減速箱潤滑油中；6）在工作面的順槽上安裝卷纜裝置，實(shí)現電纜的自動(dòng)收放，減輕井下作業(yè)人員的負擔，提高工作效率，使電纜較快較安全的到達指定位置，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，爬底板采煤機在進(jìn)行薄煤層的開(kāi)采過(guò)程中的運行效果得到了明顯的改善，各項指標的應用效果均十分顯著(zhù)，主要表現為：應用該爬底板采煤機后，減少了炸藥的使用量，提高了開(kāi)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；便于采煤機司機對采煤機進(jìn)行割煤作業(yè)，提高了機械化程度，減少了操作步驟，并很好的解決了電纜收放等問(wèn)題；增強了采煤作業(yè)的安全性，提高了礦井的經(jīng)濟效益[5]。
7.結語(yǔ)
MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機在實(shí)際礦井中的應用表明，該采煤機在經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)后，裝煤效果理想，性能穩定可靠，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的進(jìn)一步下滑，減少了采煤機下滑傷人事故的發(fā)生，增強了礦井生產(chǎn)的安全性，因此該采煤機為薄煤層的開(kāi)采提供了一種新的采煤方法，為相同類(lèi)型下的礦井開(kāi)采提供了寶貴的借鑒經(jīng)驗與解決途徑。
參考文獻
[1]連青發(fā).爬底板采煤機在夾矸煤層中的應用[J].煤炭科技，2011（3）：52-53.
[2]喬紅兵，吳淼，胡登高.薄煤層開(kāi)采綜合機械化技術(shù)現狀及發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34（2）：1-5.
[3]曲春剛.薄煤層中實(shí)現高產(chǎn)高效的技術(shù)探討[J].煤炭技術(shù)，2007，26（3）：132-134.
[4]張欣，張樞.薄煤層采煤機的發(fā)展狀況及趨勢[J].煤礦機械，2002（6）：7-8.
[5]王太全.極薄煤層高產(chǎn)高效開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐應用[J].內蒙古煤炭經(jīng)濟，2016（20）：13.
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