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煤层厚度变化大背景下工作面回采设备改造技术
摘要：针对113106工作面煤层厚度变化大,回采过程中采煤机通过高度不足导致割顶板、底板等问题。通过对采煤机机身高度进行改造,在保证不降低割煤效率的前提下降低采煤机机身高度,以达到减少出矸率提高经济效益的目的。文章着重介绍了更换采煤机行走箱、支撑腿、滚筒等技术。实践表明:在降低煤机机身高度后,矸石的产出量得到了有效控制,这使得煤机、运输机、皮带机等一系列配套设备的磨损程度下降,提高了设备使用寿命,提升了劳动效率和经济效益,并有效降低了设备使用的安全风险。
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合理选择采煤工作面设备型号，是保证煤矿安全生产的条件之一，113106综采工作面煤层厚度变化大，由切眼向外逐渐变薄，严重制约后期的正常回采。为了有效解决煤层变薄引起的设备损坏、煤质差、安全管理难度增加等问题，在参考相关学者研究成果的基础上[1,2,3,4]，通过对采煤机机身进行改造以降低其高度，最终达到了工作面后期安全高效回采的目的。
1、工作面概况
113106工作面位于西翼一盘区第六条带，可采长度为2751m，煤层厚3.2～7.05m，沿工作面走向自南向北呈规律性递减，平均煤厚约4.61m。煤层结构简单～复杂，含夹矸0～2层，局部3层，主要在煤层上部及中部发育，为3-1煤层上分层与主煤层合并过程中形成，夹矸厚0.05～0.70m，岩性多为泥岩、砂质及炭质泥岩。工作面回采到退尺1000m往外，煤层厚度逐渐变薄，去除最厚夹矸，工作面煤层最薄处厚度为2.5m，详见表1。
2、设备改造方案
工作面采用美国久益公司生产的7LS6C系列采煤机，采高范围:2.8～6.05m，滚筒直径3.2m(后期更换为2.8m)，机身高度为2.5m;为了保证工作面后期减少割矸量及设备正常运转，对工作面煤机进行了更换行走箱、支撑腿和滚筒的改造，使煤机机身高度整体降低了400mm[5,6,7,8,9,10]。
表1煤层顶底板情况表
3、具体实施方法
所有实施过程须根据工作面实际条件的限制实时变更施工步骤。更换原则为单侧(右侧)彻底更换完毕再进行另一侧更换施工，以便保持机身稳定。更换滚筒时，先将两个旧滚筒拆除，然后再进行新滚筒更换，最后将旧滚筒打运升井。
3.1 准备工作
将要更换的驱动块总成，安装组件调运到靠近采煤机老塘侧的机身中部，调运机身支腿至煤壁侧便于安装的区域。确保放置平稳，端盖面朝下。采煤机牵引至机尾，清底煤，拉空溜槽并闭锁;液压支架接顶，打开护帮板，支护施工区域的煤壁、闭锁;采煤机到达预定区域后，拔出其中一侧与链轮啮合的销排柱销，与销排座脱离，另一侧保持啮合;拆除电缆槽(靠近驱动块处至少2节)，拆下采煤机电缆托架并固定于机身上部;启动采煤机，将一侧摇臂下降，使机身上拱，观察驱动块或平滑靴上抬至少200mm便可停止;在抬高侧机身底部法兰对接处与运输机槽帮之间垫入支撑物，调整摇臂位置使机身落实于支撑物，之后调节滚筒至接地并支撑摇臂。所需备件列表见表2。
3.2 调高油缸拆除
调高油缸拆卸结构如图1所示，采煤机断电，隔离开关至OFF位置:取出端盖拔出调高油缸铰接销(与摇臂座铰接处);隔离开关至ON位置，启动泵电机，收缩活塞杆;采煤机断电，隔离开关至OFF位置;断开调高油缸阀组供液管，封堵管接头与阀块进回液口;拆出2X7条M16内六方螺钉，取出半圆状盖板，拆出8条M12内六方螺钉，取出销轴端盖拔出调高油缸固定端铰接销轴。放置调高油缸，备用。
图1调高油缸拆卸结构图
表2所需备件列表
3.3 更换机身支腿
煤机支撑腿拆卸结构如图2所示，拆出M12内六方螺钉(16条)，取出2件销轴盖板;拔出支腿固定销轴(每侧2件);取出支腿，检查平滑靴能否继续使用;将待更换的支腿装入并将拆出的紧固件，盖板和销轴重新装入并紧固。重新装入单侧调高油缸，恢复与摇臂座铰接，销轴注入润滑脂，恢复管路。
图2煤机支撑腿拆卸结构图
图3煤机驱动块拆卸结构图
3.4 更换驱动块
煤机驱动块拆卸结构如图3所示，取出所有内四方堵盖，用4条M24内六方圆柱头螺钉(12.9级，70mm长)安装驱动块专用吊具(100501325)，紧固力矩见技术手册，并预紧吊装;拆出破碎机固定耳座的6条M30双头螺柱(紧固于左侧驱动块)，垫片，调整距离的垫片备用。耳座与调高油缸保持铰接即可。拆出8条M16内六方螺钉，取出距离套(100430620)与堵盖(100163555)，用1条M24长螺栓将花键轴(100393754)拔出备用，见图3。拆出20条M36内六方螺钉，并用其中2条M36螺栓(00925447-3662)，由图1所示位置将驱动块顶出，吊出放置。清理牵引部垫板大平面，将4件定位销清理涂抹润滑脂并装入销孔内(铜棒敲入，确认到位);清理备用驱动块的配合平面与O形圈沟槽，将O形圈(00910660-0472)涂抹密封胶并装入沟槽确保到位;用专用吊具起吊备用驱动块，将其对应4件定位销装入，当4件定位销均部分进入驱动块销孔后，对角旋入4条全新M36紧固螺栓，用其辅助驱动块与牵引部贴合到位;驱动块贴合到位后，装入所有全新M36螺栓(带垫片)，并按照要求力矩紧固(见技术手册);驱动块链轮注入润滑脂。穿入销排，采煤机送电，下降摇臂撑起机身，抽出支撑物，上升摇臂至销排坐落于销排座，恢复固定，单侧更换完毕。重复上述步骤，更换左侧驱动块。调节破碎机高度，紧固固定侧耳座(重新安装于左侧驱动块壳体)。
3.5 煤机试运转
将安装现场所有工具清理出，安装电缆槽，导入电缆，检查插头插座是否有损坏。安装采煤机电缆托架;牵引部注入齿轮油。往返牵引数次，检查牵引阻力，排除故障。
3.6 更换煤机滚筒
3.6.1 施工准备
提前在滚筒装卸车处指定位置的顶板处打设起吊锚索。准备40T锚链、卸扣、连接环、钢丝绳等若干，5t手拉葫芦4台。提前将辅运巷超前支架进行调整，将支架中间油缸拆除，并将煤壁侧支架向煤柱侧进行调整，保证行车宽度。在更换煤机滚筒前，工作面运输机机尾处支架不拉超前，并对顶板及煤壁进行控顶背帮，保证安全作业。
3.6.2 施工步骤
首先将旧滚筒拆下，使用自加工框架拉移出工作面;然后将新滚筒进行安装，使用22kW绞车拉移装旧滚筒，拉移到开关列车外口时，装车打运升井。
拆卸旧滚筒时:先拆左滚筒，再拆卸右滚筒。
拆卸左滚筒时，先用支架将运输机机尾段拉回一个步距，人工将滚筒固定螺栓卸下，然后抵车，将滚筒抵至煤壁，使用液压支架伸缩梁或者护帮板将煤机滚筒抵住固定，然后将运输机拉回，卸下滚筒(如果滚筒无法卸下，使用千斤顶配合拆卸)。然后以液压支架顶梁为起吊生根点，使用手拉葫芦将旧滚筒装至拉移框架，使用22kW绞车进行拉移。
拆卸右滚筒:使用同样的方法，将滚筒卸下，然后使用支架护帮板将滚筒抵住固定，然后牵引煤机，将左摇臂牵引至右滚筒处，进行抵车，将右滚筒安装在左摇臂上，使用煤机将右滚筒牵引至机尾，然后装车拉出。
更换新滚筒前，先将硐室内的滚筒吊起竖直放置。将运输机机尾段拉回，使用手拉葫芦等将新滚筒起吊至煤壁处，调整摇臂高度，使滚筒孔位与摇臂对正，抵运输机，将滚筒安装到摇臂上后，将运输机拉回，人工安装固定螺栓。
3.6.3 煤机试运转
将安装现场所有工器具清理出。检查煤机是否具备开机条件。确认无误后，往返牵引数次，检查滚筒运转情况。
3.7 安全注意事项
3.7.1 起吊作业
1)起吊前，必须合理选择起吊工具，安排专人检查起吊用具，包括手拉葫芦、绳头、卸扣、锚链、连接环等，确认其完好后方可使用，严禁起吊用具带病作业;如有异常，必须停止使用，并查明原因进行处理或更换;起吊用具严禁超负荷使用。
2)起吊前要认真检查顶板、支护等情况，选择牢固可靠的专用起吊生根点，严禁用支护锚杆或锚索做起吊点;要做到多点起吊，且安专人观察顶板、煤壁及生根点的受力情况，发现安全隐患，立即停止作业，待隐患处理后方可继续施工。
3)选好起吊位置和受力角度，起吊前，先试吊(100mm)1～2次并观察捆绑及受力情况;使用锚链、连接环时，必须穿上配套螺丝并预紧螺母;起吊时，操作人员严禁站在起吊物的下方和重物倾倒有压砸危险的地方，严禁随起吊物升降或用人力平衡;起吊点前后5m须设置警戒，若有人员须通行，必须经施工人员同意后方可快速通过;起吊过程中若锚杆出现退锚现象，需及时停止起吊，采取措施进行处理。
4)操作手拉葫芦人员要确保站位安全，退路畅通，随时根据受力调整起吊方位，准确操作，掌握力度，当阻力过大时，应立即停止拉链，查找出原因后再拉，不得强拉硬拽，以免挤坏设备或拉断葫芦链。
5)起吊设备以液压支架为起吊生根点时，必须对支架状况进行全面检查，确保支架各部件连接可靠，液压元件不漏液、不窜液，支架闭锁，起吊期间严禁停乳化泵。起吊时，人员必须站在支架下方的安全地点，严禁站在架间作业，防止被掉落的煤矸砸伤。
3.7.2 登高作业
1)登高作业使用梯子时必须要竖立牢靠并指定专人在下面扶梯子。
2)施工高度大于1.5m时，必须使用安全带，安全带必须佩带正确，生根牢固、高挂低用。
3.7.3 顶板及煤壁管理
1)严格执行敲帮问顶制度，施工前使用长柄工具将作业地点顶板、煤壁的松动煤矸清除，煤壁使用塑料网和大板进行防护，片帮严重时，采用单体、塑料网和半圆木进行背帮;设专人监护顶帮安全，作业人员须留好退安全退路，并保证退路畅通。
2)作业地点上下各5架支架必须伸出伸缩梁、打开护帮板进行控顶护帮。作业前支架必须进行闭锁;作业时未经施工负责人同意，严禁人员操作或检修支架。
3.7.4 设备运输
1)大部件的装车必须按有关安全行车规定执行，严禁多装、超高、超重和不稳固。
2)装车时要掌握好设备的中心，必须尽量使设备中心靠近车辆的载物中心。
3)设备装好后在运输前，司机及跟车人员必须对紧固、捆绑情况进行一次全面检查，确认安全可靠后方可进行运输。
4)倒车至卸车地点时，安专人引车;设备运至指定地点时，必须在专人指挥下进行卸车，严禁野蛮卸车或随意卸车。
5)卸车时所有人员应站在安全地点，防止设备下滑或倾斜伤及人员。
6)井下卸车时，所有人员对站位要进行安全确认，防止被挤伤、砸伤。
7)承担运输任务的司机必须精力集中慢速行驶，车辆行驶过程中严禁注意力不集中。
3.7.5 刮板输送机打运
1)设备放至刮板输送机上之前，将煤机停在更换行走箱影响之外的地段。
2)设备放在刮板输送机机道时，尽量放置在两链条之间，使用点动方式进行打运。
3)启动工作面刮板输送机打运前，从机尾话筒到煤机指定停放位置之间每个话筒处各安排一人进行看护，观测打运情况，出现异常，及时闭锁运输机，待处理好后，方可继续开车;看护人员必须站在支架通道内。
3.7.6 其他
1)施工期间，由综采队副队长以上人员跟班，现场指挥。
2)施工地点煤机前后两端各5m处设警戒，与作业无关人员严禁在施工地点逗留、通过。
3)施工期间，严格执行停送电制度，工作面煤机、运输机停电闭锁，未经作业人员同意，严禁送电。
4)人员在更换滚筒使用风动工具时，风动工具连接必须使用正规U型卡，并用12#铁丝做二次保护，操作人员必须佩带护目镜。
5)在拆除及安装滚筒时，采用支架推移千斤顶及护帮板进行辅助作业时，要缓慢供液，听到停止命令后及时停止供液，防止损坏设备。
6)严禁野蛮拆卸设备大部件。
7)滚筒的固定螺丝必须紧固可靠，更换后定期进行再次紧固。
8)安装完成后，要认真清点工具及剩余的材料、备件，装车回收并清理好作业现场，做到文明施工。
4、设备改造经济分析
设备改造完成后采煤机整体降低400mm，则累计由退尺1000m至回采完成，可减少的割矸量为:
式中，Q为少割的矸石量，t;L为工作面剩余长度，1751m;W为工作面长度，240m;H为少割的矸石厚度，0.4m;R为矸石容重1.7t/m3。
根据矿相关部门核算的矸石每吨成本I=35.26元/t。则节省费用M为:M=Q×I=285763.2×35.26=10076010.4元。
5、结论
1)通过以上分析可以看出，更换采煤机相关部件后，可减少矸石量达285763.2t，节省费用达10076010.4元。提高了劳动效率和经济效益。
2)通过降低采煤机机身，有效减少了矸石量，提高了煤质和开采效率。
3)矸石产出量的减少，进一步提升了各机电设备的使用寿命、减少了机电设备损坏的概率。
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期刊名称：中国设备工程
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2020-11-23
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