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综采工作面机械设备使用问题及优化改进李建军

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第5期作者：李建军

[导读] 摘要：随着煤矿机械化水平不断提高，综采工作面机械设备数量及种类不断增加，不仅降低了工作面作业强度，提高了工作面自动化水平，而且大大提高了回采效率，但是在实际生产中，受地质条件、施工工艺等影响，工作面机械设备还存在一些问题，不仅制约着工作面回采效率，而且还威胁着回采安全。

        陕煤集团神南产业发展有限公司陕西省神木市 719300
        摘要：随着煤矿机械化水平不断提高，综采工作面机械设备数量及种类不断增加，不仅降低了工作面作业强度，提高了工作面自动化水平，而且大大提高了回采效率，但是在实际生产中，受地质条件、施工工艺等影响，工作面机械设备还存在一些问题，不仅制约着工作面回采效率，而且还威胁着回采安全。鉴于此，本文主要分析综采工作面机械设备使用问题及优化改进。
        关键词：综采工作面；机械设备；问题
        1、煤矿综采工作面设备安装概述
        结合理论定义和生产实践，可以得知，煤炭开采的综和采煤设备安装内容主要分为广义和狭义两种。广义的综采工作面设备安装主要内容是综采工作面的安装、回撤和回撤前的井巷工程，涉及的施工重点有工作面刷扩、窄面综合设备安装、设备运输等等；而狭义的综采设备安装主要是对综采工作面的机电设备的安装工作，涉及的施工重点有采煤机、供电移动变电站、乳化液泵站、前刮板机、后刮板机、液压支架、防尘喷雾泵站、顺槽皮带机、皮带集控系统等等。
        2、综采工作面设备选型及参数确定
        2.1液压支架选型
        （1）对液压支架进行选型过程中，必须充分遵守以下原则：第一，液压支架支护强度要能够充分符合综采工作面承压需要；第二，应结合对煤层赋存、围岩地质等实际条件对液压支架结构进行确定；最后，支护断面在通风和透气方面效果应能满足矿井最低要求。（2）支架性能参数的确定。①对于支架支护强度的强度确定，应结合：P＝N•∑H•R进行计算，公式中：P表示为液压支架的支护强度；N为工作面的增载系数，一般取2；R表示液压支架承载的直接顶岩承重；∑H为支架的直接顶厚度；而直接厚度的计算公式为：∑h＝M/（K-1）。其中：M为采高，取最高厚度；K为碎胀系数。②工作阻力：Q=P（b+L）B/n。公式中：Q为液压支架额定工作阻力；P为液压支护强度；b表示端面距；L是顶梁的长度；B表示液压支架的中心距；n表示支架效率；根据液压支架选型原则要求以及强度需要，以及需要安设支架的个数，来对液压支架进行合理选择。
        2.2采煤机选型
        （1）选型原则。在对采煤机进行选型过程中，
        必须结合实际地质条件考虑，合理地确定采煤机的截深、采高、功率以及牵引方式等相关参数，保证采煤机有着较好的适用性，充分满足综采开采工作要求，确保综采采煤效率。
        （2）对采煤机相关性能参数进行确定。①对采煤机采高的确定。采煤机采高，与煤层厚度有着较为紧密联系，因此应确保采煤机采高与煤层厚度M的相适应性，随着煤层厚度变化而进行相应调整。受到浮煤、顶板下沉作用的影响下，在开采过程中实际采高逐渐变小，因此为了确保采煤机可以顺利工作，采煤机采高Ht与煤层厚度M变化关系如下：Ht最小＝M最小/（1.1～1.2）；Ht最大＝M最大/（0.9～0.95）；式中：Ht最小、Ht最大分别表示采煤机的最小才高与采煤机的最大采高。②采煤机截深的确定。采煤机截深确定过程中，应结合对煤层厚度、煤层围岩的软硬、顶板岩质，以及液压支架的移架步距大小展开深入、全面考虑。采用技术水平较高、较为先进的综采设备，在采煤机截深确定方面，应使综采工作面最大限度地实现循环性生产。③牵引速度确定。采煤机的牵引速度计算，应节对公式：Vt=QH/（60MBKγ）的应用，其中：Vt为采煤机牵引速度；B表示采煤机的截深深度；QH则表示综采面产量/小时；M是采煤机采高，取工作面平均煤层厚度；K为工作利用时间系数，取0.5；γ为煤容重；将以上相关数据代入公式则可得出牵引速度。④装机功率的确定。确定装机功率，其计算公式如下：N＝60BMVHw／3.6；式中：N表示电动机功率；B表示采煤机的截深深度；M为采高；Hw为能耗系数，结合对煤质硬度分析，一般取值范围为1.1～4.4；把以上参数数据代入公式则可得出装机功率。结合以上选取原则与参数确定公式，根据实际采矿需要选择合适的采煤机，满足生产要求。
        3、综采工作面设备的优化改进措施
        3.1刮板运输机特殊铲煤板紧固的优化改进
        为了解决刮板输送机铲煤板原固定螺丝长，造成铲煤时螺栓断裂现象，通过研究决定对头螺栓进行改造，把原有的120mm长螺栓加工成90mm长螺栓，既起到了固定紧固作用又避免了与采煤机平板滑靴触碰现象的发生。对螺栓孔加工特殊垫片，起到了加强固定作用，利用孔径和壁厚加工与其匹配带有稳定的垫片，这样既起到了垫片应有的作用又起到了螺栓定位、防松的作用。
        3.2转载机的优化改进
        （1）转载机安装拖缆装置：在转载机机头处利用挡煤板加固了一组特殊电缆槽，电缆槽超出转载机头1.2m为宜，同时为了行人方便，在最后一个设备列车上加工了一个超出列车1m的拖缆架与转载机电缆槽相配合，并且所有的电缆和液管用电缆卡护套，起到了保护作用，整齐美观。根据力学原理，电缆垂距和跨出距离可以达到一个原班10刀的生产拖缆距离，起到了拖缆作用，如图1所示。

图1 转载机拖缆装置示意图
（2）转载机安装警戒报警装置：为了保证工作面人员施工安全，决定对转载机安装一套矿用人员警戒报警装置，该装置主要由矿用隔爆兼本安型语音报警器、矿用本安型热释电红外传感器、矿用人员警戒报警装置主机组成。采用了这套系统，安全性大大提高，只要人体一靠近设定的危险范围，设备就会发出安全预警，停止设备运行，避免事故发生。

        图2 带式输送机激光防跑偏装置结构示意图
        3.3输送机防跑偏的优化改进
        为了提高带式输送机的稳定性，防止输送机跑偏现象，决定对带式输送机安装一套激光防跑偏装置，该装置主要由皮带窜跳启停装置、防跑偏托辊以及联锁开关等部分组成，如图2所示。当输送带跑偏或窜跳时，可通过防跑偏托辊以及红外线窜跳启停装置及时进行调整，并通过联锁作用关闭输送机电源，该装置自动化水平高，防跑偏、窜跳效果好，可以有效避免输送机跑偏现象。
        3.4机电设备装车、运输安全管理
        （1）综采工作面的采煤机、刮板机、液压支架、运输机、转载机、移动变压器及馈电开关在装车时均需与运输车辆进行固定。如采用无轨胶轮车运输时必须采取防滑措施，如采用平板车运输时需用钢丝绳将设备与平板车捆绑牢固。（2）为了减少安装时间，电机与减速机需在地面进行组装，并与输送机机头整体装车入井，同时刮板链、溜槽、挡板及溜尾需用专车进行运输。（3）在到达工作面后如需使用绞车运输时，检修人员要确保绞车与地锚的牢靠性。为了确保设备在特殊路段同步运输，备用绞车最好为相同型号。
        3.5设备安装工序优化
        （1）在稳装前一定要对安装的工序工艺进行多次磋商，确保工作面设备安装的合理性。安装顺序依次为装载机、运输机、恒压泵站、移变及馈电，之后将各设备的电缆进行对接，最后通电进行试验。皮带的铺设方向为由尾向皮带头方向，输送机机头各个部件最后进行安装。（2）在切眼内安装输送机时，应首先安装机头部分，之后再依次安装溜槽、刮板、刮板链，最后安装机尾部分。输运机电缆的安装可以在安装输送机时同步进行。（3）在完成刮板输送机安装后再依次安装液压支架，支架可以在硐室排列好后由绞车进行稳装及微调。待支架稳装到采煤机附近时可同时安装采煤机。
        总之，随着工业化、大型化、智能化设备在综采工作面的不断应用，使得整个综采工作面的回采速度加快，回采周期缩短，综采工作面搬家次数也在增多。传统的工作面搬家方式已经不能适应快速回采需要，而且综采工作面的采煤机、刮板机、液压支架及转载机均为大型特种设备，拆卸及搬运工序都比较复杂，再加上特种大型设备对安装工艺要求较高，微小的不合格安装也会造成综采工作面出现机电事故，影响整个工作面的开采。因此，本文的研究也就显得十分的有意义。
        参考文献
        [1]王军明.综采放顶煤工作面机械设备的合理选型[J].矿业装备,2020(02):110-111.
        [2]李世伟.综采工作面机械设备使用问题及优化改进[J].机械管理开发,2020,35(01):130-131.