大块煤破碎装置的设计与应用

侯东阳

（晋煤集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048000）

厚煤层开采条件下，采高的增加会导致矿压逐渐显现，使得片帮大块煤越来越多，片帮大块煤大量的存在会造成带式输送机的堵塞，引发运输故障，需要停机检修。针对这一情况，岳城煤矿采用了风镐和人工抡铁锤两种办法对大块煤进行破碎，效果不太理想，人工破碎增加了工作人员的劳动强度，降低了生产效率，存在严重的安全隐患，无法实现煤矿方确定的高产高效安全开采目标。为解决2135厚煤层工作面大块煤的破碎问题，设计了一种大块煤破碎装置，安装在刮板输送机过渡溜槽挡煤板外的采空侧推移板上，解决了大块煤造成的带式输送机堵塞问题，提高了运输效率。

1 大块煤破碎装置的设计方案

1.1 大块煤破碎装置的设计原则

结合安装条件，该大块煤破碎装置的设计原则如下：（1）大块煤破碎装置的破碎能力要满足2135工作面巷道的大块煤数量，尺寸要便于采空侧推移板上的安装。（2）要求大块煤破碎装置的结构简单，零部件少，方便安装和拆卸。（3）基于2135工作面巷道的实况，要保障大块煤破碎装置安装后的稳定性。（4）要求破碎装置对大块煤的破碎时间较短。（5）在保障工作能力和工作效率的前提下，尽量降低破碎装置的自重。

1.2 大块煤破碎装置的结构设计

1.2.1 大块煤破碎装置的组成分析

用于厚煤层工作面大块煤破碎的大块煤破碎装置设计结构如图1所示。结构组成主要包括液压控制系统、液压破碎锤、工作机构、回转机构等几大部分。液压破碎锤主要是用来对目标大块煤进行调整和压实动作；工作机构主要由支撑杆、动臂、伸缩臂、垂直升降油缸等组成，是破碎装置的主要部分；回转机构主要由液压马达、回转轴、回转平台、平衡块组成，实现工作机构的水平转动；该破碎装置通过液压控制系统控制各油缸动作，可实现多自由度运动。

图1 大块煤破碎装置的结构图

1.2.2 液压系统的工作原理

该大块煤破碎装置液压系统示意图如图2所示，包括摆动液压马达、垂直升降油缸、伸缩油缸、角度调节油缸、液压破碎锤、五片并联换向阀等部件。

图2 大块煤破碎装置液压系统原理示意图

当检测到大块煤出现时，设备通过液压控制系统实现液压破碎锤的定位、破碎锤工作角度的调整，对大块煤进行压实作业，最后操纵液压破碎锤的换向阀进行破碎锤动作。

2 工作现场实践应用分析

2.1 工作面煤层地质条件

大块煤破碎装置完成设计后，于2018年4月在晋煤集团岳城煤矿2135厚煤层工作面进行工业性试验。2135工作面位于井田东翼，走向长 2093～2135m， 倾 斜 长 178～188m， 煤 层 厚 度为4～7m，平均厚度6.2m，为厚煤层，煤层硬度f=5.2，属于极硬煤层。煤层顶板较硬，直接顶和老顶冒落困难，冒落时块度较大，因此大块煤因破碎不及时，导致输送机机头与转载机机尾处发生堵塞问题，时常需要停机进行人工破碎作业，降低了生产效率，增加了生产的安全隐患。

2.2 现场试验过程分析

（1）根据2135工作面的生产情况，将大块煤破碎装置安装在输送机之间溜槽外侧的采空侧推移板上。将设备的油管接好，反复操作几次手动换向阀排除油路空气，开启乳化液泵站，由液压系统提供的高压乳化液驱动。

（2）采煤设备作业期间，带式输送机溜槽有大块煤拥堵现象发生时，大块煤破碎装置操纵液压马达、垂直升降油缸、伸缩油缸、调节角度油缸换向阀，确定位置进行压实动作，然后再通过全液压控制系统操纵液压破碎锤的换向阀进行破碎作业，等大块煤完成破碎后将活塞杆收回。

（3）当采煤设备作业期间输送机溜槽无大块煤出现，整个开采、运输系统工作顺畅时，破碎装置全液压马达发生动作将工作机构收回，降低设备高度。

2.3 工业试验结果

大块煤破碎装置安装调试后，已在2135工作面试运行了1个月的时间。

（1）整个运行期间，大块煤破碎装置运行稳定，操作过程较为简便，大块煤的破碎效果较好，带式输送机机头卸载点和转载机入口已无堵塞现象发生，大煤块的堵塞问题得以解决。

（2）大块煤破碎装置应用后，该工作岗位工人的劳动强度降低了，设备的故障率降低了，开采工作面机械设备的开机率得到了提高。

（3）大块煤破碎装置应用后，每班割煤由以前的2刀提高到3刀，按每天2班，煤价450元/t核算，煤炭产值每天增加20万元。

（4）大块煤破碎装置应用后，破碎大块煤岗位只需要1人，相对以往减少了4人，人工费用可节约30万元/年。大块煤破碎装置的应用，为企业创造了较好的安全经济效益，可以在全煤矿进行大面积的推广应用。

3 结论

针对岳城煤矿2135厚煤层工作面片帮大块煤造成的带式输送机堵塞问题，设计了大块煤破碎装置，并进行了实践应用，应用效果理想，创造了较好的安全经济效益。该大块煤破碎装置具有以下特点。

（1）大块煤破碎装置的破碎区域较大。该装置采用全液压控制系统来实现旋转、升降、伸缩等多种动作，具有全方位偏摆运动和自旋运动的特点，对各类煤块进行有效的破碎，对煤块破碎的粒度范围大，可以解决大块煤的堵塞问题。

（2）大块煤破碎装置安全性高。该破碎装置安装简便，操作安全性高，通过全液压在安全区域内操作可以顺利完成大块煤的定位和破碎工作，无需人工在危险区域进行作业，大块煤破碎作用安全性得到了有效提高。

（3）大块煤破碎岗位工人的劳动强度得到了有效降低，岗位工作人员由5人减少为1人，减员增效成果明显。

（4）大块煤破碎装置的工作具有独立性，与2135工作面现有采煤系统互不干涉和影响。当大块煤破碎装置无需工作，将装置机构收回即可，可以最大程度的不对采煤设备造成影响。

（5）大块煤破碎装置整体体积较小，安装和拆卸方便，安装使用的位置可以在工作面任一区域，灵活性好，可以在煤矿开采中进行推广应用。