论文基于短壁连采工艺的运输系统优化设计和应用*，本文是关于优化设计相关论文范文检索与优化设计和短壁和应用研究类参考文献格式范文.
摘 要：针对边角煤短壁机械化连采工作面在不稳定顶板条件下巷道运输系统的特殊性问题,在现有技术和设备的基础上,分析制定了不同的衔接连续运输系统的设备选用方案,通过分析比较巷道及其应用设备的关键技术参数,完善并最终确定了最优方案.实践证明该方案成功地解决了连续运输系统与主皮带的各个掘进时段的搭接难题,并很好地适应了巷道断面要求.研究成果对于短壁连采工艺在不同地质条件下的推广应用有一定的指导意义.
关键词：边角煤；短壁机械化；刚性架系统；旺格维利采煤法
中图分类号：TD82 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2018.06.073
目前,我国很多生产矿井留有大量的不能布置长壁的残采煤区、不规则块段和残留煤柱,且其煤炭储量逐年上升,对于这些呆滞煤量的开采回收意义重大.借鉴连续采煤机短壁式开采在美国、澳大利亚、南非、印度等国家的推广应用经验[1],我国自1995年开始引进连续采煤机短壁式开采模式,并率先在神东上湾、大柳塔等煤矿推广应用,取得了显著成就.
中煤平朔煤业有限责任公司井工二矿（简称中煤平朔二号井）4煤24206边角煤连采工作面运用连采机和连续运输系统,结合旺格维利采煤法[2],对其进行开采回收.由于主运输环节连续运输系统与主皮带的衔接方式及其适应性是连采设备开机率与连续出煤的保证,因此有必要制定不同的衔接方案进行对比分析,从而选择最优方案.
1 工程地质概况及问题
1.1 连采工作面的工程地质概况
中煤平朔二号井24206边角煤连采工作面位于B406综放工作面停采线与4煤开拓大巷之间,主采4-2煤,平均厚度4.47 m,普氏硬度系数f 等于 3,煤层倾角为1.5°~6.5°,平均为2.2°,工作面形状为不规则多边形,埋深约170~200 m,长度为467 m,最大处宽度为146 m,最小处宽度为65 m,回采面积为51 427 m2.工作面东临24207综放工作面采空区,西部为4煤风氧化带.图1为24206边角煤连采工作面的巷道布置图.
1.2 出煤转载入胶带输送机方式问题的提出
24206边角煤连采工作面在利用现有条件（辅运巷和主运巷）基础上,结合旺格维利采煤法,主运巷先以60°角度掘进支巷,再以双翼交错后退式开采支巷采硐,采硐间留有一定厚度的煤皮,主要采用中国煤炭科工集团太原研究院生产的EML340型连续采煤机和LY2000-980/10型连续运输系统配套进行掘采运输[3],配以WJ-4FB型防爆柴油铲运车、WC5E（B）型防爆柴油无轨胶轮车等进行辅助运输,主运巷安装DSJ100/2×75型胶带输送机运煤至4煤主煤仓.
因此,在现场掘进过程中,存在连续运输系统在适应现场巷道条件前提下以何种方式将各个掘进时段出煤转载入胶带输送机的问题.
2 基于短壁连采工艺的运输系统优化设计方案
1）无过渡连接方案设计,其设计特点主要采用主皮带上接刚性架,通过滑动卸载小车与连运连接；其主要设计原理：刚性架相当于在胶带输送机两侧的钢轨,与滑动卸载搭接小车上的4个滚动小轮的凹槽啮合,使小车能在刚性架上沿胶带输送机进行直线往返移动.搭接小车与连续运输系统的跨骑尾部通过连接销铰接,使跨骑能与小车以一定角度范围转动,这样使连续运输系统在掘采出煤过程中前进和后退都会带动滑动搭接小车完成运煤的连续性.刚性架整套系统使得胶带输送机与连续运输系统进行直接衔接,无需加过渡机件,为连续运输系统充分发挥其移动灵活、适应巷道转弯和底板起伏的优势奠定了良好的基础.
2）有过渡连接方案设计,其设计特点是将刮板输送机作为连续运输系统和胶带输送机的过渡；其主要设计原理：在工作面的主运巷胶带输送机机尾处设置刮板输送机机头与皮带机形成转载,机尾则朝向迎头根据掘进需要进行延伸.连续运输系统的履带行走式转载机直接跨骑到刮板机机尾处,跨骑处有一定的重合度,能满足当班掘进进尺下的出煤.两行走履带间大约有1 400 mm的距离,可以满足连运在倒车或者前进需要时进行左右移动的安全距离.随着总掘进进尺的不断增加,运输距离随之延长,刮板输送机也逐步延伸,若刮板的运输长度不够,则在原刮板机的基础上,再加一部刮板输送机为运输进行过渡.考虑到边角煤的支巷长度有限,通过对选型刮板输送机运输距离的验算,结合巷道布置的支巷长度,最长的支巷最多需要3部100 m刮板输送机就可满足运输距离的要求.
3 技术可行性比较
3.1 无过渡连接方案设计的技术要求与应用优势
3.1.1 技术要求
皮带刚性架的技术要求在于其同连续运输系统尾部皮带输送机能否较好适应不同巷道情况的变化,包括巷道断面、单巷长度两个主要因素.
1）巷道断面,包括巷高和巷宽两个影响因素.由于EML340型连采机采高为2.6~4.65 m,高为2.05 m,连运系统高为2.03 m,因此连采机掘进时巷道高度为3.8 m,在高度方向上完全满足掘进要求,则宽度方向是主要考虑的因素.根据相关技术经验,巷宽应满足
Mmin ≥ Mg + Mk + Mp + a .（1）
式中：Mmin为巷道宽度的最小要求,mm；Mg为刚性架的宽度,取1 480 mm；Mk为连采或连运最大宽度,取3 300 mm；a为安全运行宽度,取经验值
1 200 mm,包括刚性架与煤壁距离400 mm和连采连运移动安全距离800 mm.由此计算可得LHmin等于
5 980 mm,故巷道断面宽度应满足大于5 980 mm,整套刚性架与连续运输系统连接才可正常使用.
2）巷道长度.由于长度的不同限制,连续运输系统单元长度为99~106 m,连采机机身长度为11.3 m,因此二者最长运输距离为110.3~117.3 m,这就要求支巷必须与其相适应.
3.1.2 应用优势
在短壁开采工艺特有的条件下,连采机强大灵活的回采能力和连续运输系统强悍的连续运输能力是巷道实现快速掘进的保障,而刚性架系统的研制能将连续运输系统与胶带输送机直接搭接,最大限度地发挥连采机和连续运输系统的巨大优势,是一个较大的技术创新.
3.2 刮板机过渡连接方案设计技术要求与应用优势
3.2.1 运输能力计算
采用刮板输送机进行运输过渡,必须进行能力计算、验算.
1）输送距离验算.主运巷机头选取40T型刮板输送机,采用双电机驱动,对其运输距离进行验算.根据文献[4],电动机功率的计算公式为
W0 等于 ■ .（2）
式中：W0为刮板机运输总阻力,N；η为机械效率,0.9；N为电动机功率,80 kW；v为链速,0.86 m/s.
刮板运输机运行时重段阻力Wz的计算公式为
Wz 等于 Lg（（qw´ + q0 f1）cos β - （q + q0）sin β）.（3）
刮板运输机运行回空段阻力Wk的计算公式为
Wk 等于 Lq0 g（ f1cos β + sin β）.（4）
式中：L为铺设长度,m；q为刮板输送机每米货载质量,100 kg/m；w´为货载在溜槽中移动阻力系数,取0.6；q0为刮板输送机每米自身质量,20 kg/m；f1为刮板输送机在溜槽中移动阻力系数,取0.4；β为安装角度,°.
刮板运输机运输总阻力的计算公式可简化为
W0 等于 （Wz + Wk）η1η2 .（5）
式中：η1为弯曲段附加阻力系数,通常取1.1；η2为刮板链绕行机头、机尾链轮阻力系数,通常取1.1.
将式（2）~式（4）代入式（5）,则推出输送距离L的计算公式为
通过计算可得,输送距离L 等于 92.36 m.
3.2.2 应用优势
应用短壁开采工艺开采边角煤时,由于开采区域多呈不规则块段,因此掘进巷道的长度变化较大,多则上百米.采用刮板输送机的优势是可在长距离的输送条件下通过多部刮板输送机的共同作用完成连续运输系统与胶带输送机的连接,对回采掘进的支巷长度的适应能力较强.
3.3 两种技术方案的比较
由两种技术方案的主要技术要求可知,在满足其他条件的前提下,无过渡连接方案要求巷道的断面宽度应不小于5 980 mm,掘进支巷的长度应为110.27~117.27 m.中煤平朔煤业有限责任公司根据自身地质条件,将巷道净宽度限定在5 200 mm,且根据巷道布置,最长的一段巷道——第4支巷长度为194 m,与其相贯通的第6支巷长度为164 m,二者相加将近358 m的距离,采用刚性架系统既不满足巷宽的需要,也不满足最大巷道长度的要求.而有过渡连接方案通过计算,在加刮板输送机不存在巷道断面影响的条件下,通过限定连采机的生产能力,刮板输送机的输送距离为92.36 m,在4支巷与6支巷贯通后可以再加一部刮板输送机进行连续运输,可以很好地解决运输距离长的问题.
根据以上分析,最终决定采用有过渡连接方案,即采用刮板输送机对连续运输系统和胶带输送机进行过渡连接,保证掘采过程中正常连续出煤.
4 刮板机过渡连接方案设计的应用现状
在实际生产中,由于掘进面按掘进4支巷、
6支巷的顺序输送距离较长,因此在主运巷机头位置安装第一部刮板输送机,再随着掘进面的推进,根据掘进进尺的需要,安排在检修班延伸刮板输送机.实践证明,刮板输送机不仅很好地适应了巷道断面的要求,并且能很好地发挥出其适应远距离运输需要的优势,为工人减轻了劳动量[5-6].
综上所述,在现场实践基础上,通过对无过渡连接方案和有过渡连接方案进行对比证明,采用刮板输送机对连续运输系统和胶带输送机进行连接收到了很好的效果,丰富和完善了短壁开采体系中各运输环节的应用方法,有较好的应用前景.
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（责任编辑 邸开宇）
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参考文献：
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