采煤机选型的若干问题

采煤机选型的若干问题

综合机械化长壁采煤技术的推广应用,成就了设备选型配套设计的一套方法。特别是在中厚、缓倾斜煤层,已达到了相当成熟的水平。由于煤层厚度、煤层倾角及采煤工艺的不同,对采煤机械设备的性能要求有所不同,而煤矿地质条件的变化范围又相当大,所以,作为综采设备配套设计核心内容之一的采煤机选型,必须面对和处理一些特殊的情况。

1、薄煤层开采设备选用

我国煤炭可采储量中,大约20%埋藏在薄煤层。这个比例在一些重要产煤地区还要高出很多,如山东薄煤层储量占41%、四川则高达55%。有些矿区的优质煤层埋藏在薄煤层下面,矿井生产能力的开发取决于薄煤层的开采。因此,薄煤层开采是影响煤炭工业全局的大问题。薄煤层的作业条件特别艰苦,而可供选用的高效采掘机械设备又相对较少,所以,薄煤层开采机械化是个紧迫的“老、大、难”问题。

上世纪40年代出现的刨煤机,曾在欧洲为主的一些国家推广应用,可惜如今已风光不再。我国从上世纪50年代起,研制和引进了各式刨煤机累计近200台套,投入过不少人力、物力。刨煤机的一些特点和优点, 曾展现出一条解决薄煤层开采的途径。但刨煤机的推广应用一直不能令人满意。2000年以来引进全自动化刨煤机,情况有所改观,工作面平均日产达5617t,工效达192.5 t/工。

刨煤机适用的工作面地质条件是:煤质比较松软,顶板和底板起

伏少,没有断层等地质构造。刨煤机可采较薄的煤层,但在没有配备自动化液压支架的条件下,生产效率是比较低的。目前我国还不能制造自动化的成套刨煤机设备,而从国外购置和维修的费用都比较昂贵。这些都严重制约了刨煤机的推广应用。

因受液压支架最低支撑高度的限制,目前刨煤机综采的实际采高可达1.0～1.6m。滚筒采煤机也可以达到这个采高范围,而螺旋钻采煤机的采高则可降低到0.6m左右,但螺旋钻采煤机要求采用特殊的采煤工艺和设备配置,而其工作面产量和效率却不能与长壁综采相比,因而不宜作为首选。

薄煤层滚筒采煤机有爬底板和骑溜槽两种结构型式。爬底板采煤机在工作面输送机和煤壁之间的机道上运行,机身较低,最小采高可降到1.0m。把牵引传动部设置在工作面端头,截割滚筒在工作面上穿梭运行,最小采高还可以进一步降低。但是,爬底板采煤机对底板起伏的适应性比骑溜槽采煤机差,容易发生歪斜、偏转、啃低、飘底等故障。这些情况也是刨煤机经常发生和需要处理的故障。骑溜槽采煤机没有这些问题,但最小采高一般很难降到1.1m以下。因为都受到液压支架最小支撑高度的限制,两种滚筒采煤机的实际采高范围可说是差不多少。所以,骑溜槽滚筒采煤机的品种和使用台数比爬底板滚筒采煤机多得多。

综合考察上述各点,就薄煤层开采设备选型的合理性而言,优先序列应为:骑溜槽薄煤层滚筒采煤机、爬底板滚筒采煤机、刨煤机和螺旋钻采煤机。薄煤层工作面的作业空间狭窄,操纵和维护的作业难

度都比较高。因而,设计上必须做到结构紧凑、使用可靠、操纵自动化程度较高。目前MG系列已有近10个薄煤层采煤机品种可供选择,装机功率最大已达455kW。选型时应注意与工作面输送机生产能力相匹配,有配合关系的结构尺寸相互适应。传动结构的设计和选用的材料、冷却技术措施等应是关注的重点。

2、厚煤层开采设备选用

想尽量采用技术成熟的中厚煤层采煤设备开采厚度大于3.5m的煤层,于是出现了分层开采的采煤工艺。根据煤层厚度和顶板条件确定的分层开采采高,一般是2.5m左右。这是工人作业较方便的高度,也可按一般的要求选用中厚煤层采煤机。

当煤层厚度比3.5m高得不很多,比如小于5m,尤其当分层开采有困难时,就可以考虑一次采全高。这样,工作面的产量和效率可以提高,而巷道掘进量可以大大减少。一次采全高时,工作面显现的矿压较强烈,煤壁会片帮大块煤。必须选用大功率采煤机和输送机,液压支架的支撑能力也要相应增强。

我国大功率采煤机的研制比较薄弱,不能充分满足煤矿生产的需要。上世纪90年代以来一些局矿引进6LS3、6LS5、7LS6、SL500和EL300等型大功率电牵引采煤机,最大采高可达5.5m,最大装机功率达1860kW。我国MG系列目前已经开发出几个大功率采煤机品种,MG750/18152GWD型具有代表性,其最大采高可达 5.2m,装机功率1815kW,整体技术水平也有很大提高,明显缩短了与国外先进水平的差距。

厚煤层采煤机应该具备处理大块片帮煤的特殊功能。一次采全高厚煤层工作面,一般要在工作面输送机向顺槽输送机转载处设置破碎机。考虑到大块煤在采煤机机身下难以通过,会影响设备的正常运行,需要在采煤机朝回风顺槽的一端加设破碎机构。现在常用的破碎机构是装在摇臂上的滚筒,不带螺旋叶片,滚筒的位置可以升降调节。早期的产品,破碎机构由采煤机主电动机驱动,故障点较多,可靠性较差。现在破碎机构多由专设的电动机单独驱动。为了避免干扰采煤机的正常作业,破碎机构应该尽量紧凑,传动系统中常采用行星齿轮传动。厚煤层采煤机功率强大,操作难度也大,因此在操纵控制的自动化和故障预报等方面,技术要求都比较高。选用时应在这些方面予以关注。

“综放”开采是我国厚煤层机械化开采的一大特色。“综放”即“综采放顶煤”工艺,就是用综采的方法回采厚煤层底部分层,而液压支架上面的顶煤则经支架窗口排放回收。如果煤层中硬或软,容易冒落,而顶板的岩性又属于Ⅰ、Ⅱ级,不易冒落,就可以考虑采用“综放”,缓倾斜煤层较适于“综放”的厚度是6～12m。用中厚煤层设备开采厚煤层,减少设备投资。

“综放”工作面要使用特殊架型的液压支架,对采煤机的选型有影响。这种支架有排放顶煤的窗口,支架内设两台刮板输送机。靠近采空区的后部输送机承接放落的顶煤,其运输能力应满足放顶煤的要求;靠近煤壁的前部输送机,承接采煤机采出来的煤,两者生产能力要相匹配,结构上有配合导向的要求,相关尺寸要相互适宜。放顶煤支架应根据煤层的地质条件和煤质选型,对“综放”的产量、效率、作业

安全有决定性影响,应慎重处理。

3、倾斜煤层综采设备

如果采用水平分层的工艺开采,倾斜煤层,设备选型就跟缓倾斜煤层一样,没有太多的特殊要求。但是,受许多条件的限制水平分层开采工艺不能普遍采用。

倾斜煤层中,设备防倒、防滑是个特殊的问题。倾斜煤层工作面的上顺槽应按设防滑绞车,供设备装拆和设备防滑之用;液压支架应具备防倒、防滑装置。通常采用单向截煤工艺,采煤机只在向下行程中截煤,利用煤壁阻挡采煤机下滑;采煤机在向上行程中“空刀”返回,以确保生产安全。

倾斜煤层采煤机在润滑、防滑等方面都有特殊的技术要求,也是选型时应该特别关注的技术要点。倾斜煤层采煤机应有较强的爬坡能力,所以牵引力要大,应设置防滑制动装置。

煤层倾角略大于25°时,有的矿上仍然使用缓倾斜煤层采煤机,或者只经简单改装。显然安全性较差,而且势必降低采煤机的生产能力。MG系列中已有适用于倾斜煤层的采煤机品种,MG200 /5002QWD型采煤机是功能较强的品种,已销往俄罗斯,可以适应倾角达45°的煤层。

4、短壁采煤机

经过一段时期的开采之后,任何矿井都会出现不规则的矿段,不能进行长壁开采。“三下”(即铁路或重要公路下、江河湖泊等水体和城镇等重要建筑物下)往往也不宜长壁开采。短壁开采不可避免,因而短壁采煤机也就是必要的补充品种。