淺談煤礦井下破碎機(jī)使用現(xiàn)狀及改進(jìn)

郭 江

（大同煤礦集團(tuán)有限公司云岡礦，山西 大同037000）

0 引言

破碎機(jī)是實(shí)現(xiàn)煤炭綜合機(jī)械化開(kāi)采的關(guān)鍵設(shè)備，負(fù)責(zé)將工作面所采出的大塊原煤及矸石進(jìn)行充分破碎，然后進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)，對(duì)于保障煤炭高效運(yùn)輸及設(shè)備安全運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。當(dāng)前我國(guó)各大礦區(qū)使用的破碎機(jī)多與轉(zhuǎn)載機(jī)配套使用，對(duì)經(jīng)過(guò)的原煤及矸石進(jìn)行破碎，使其順利通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)，然后進(jìn)入皮帶輸送機(jī)[1-3]。但是由于井下工作環(huán)境較差，尤其是當(dāng)工作面夾矸較多、工作面過(guò)斷層期間，破碎機(jī)長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)荷工作，破碎機(jī)容易出現(xiàn)故障，工作效率下降，甚至導(dǎo)致設(shè)備損壞、煤炭無(wú)法運(yùn)出、工作面停產(chǎn)等嚴(yán)重后果。本文即針對(duì)煤礦常見(jiàn)的錘式破碎機(jī)使用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并基于云岡礦的具體條件進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)，從而提高破碎機(jī)的工作穩(wěn)定性，降低故障率，保障工作面安全高效生產(chǎn)。

1 錘式破碎機(jī)使用現(xiàn)狀分析

錘式破碎機(jī)在我國(guó)各大礦區(qū)得到廣泛應(yīng)用，其工作原理主要是靠沖擊來(lái)完成煤巖塊的破碎，當(dāng)破碎機(jī)工作時(shí)，電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)，煤巖塊進(jìn)入破碎機(jī)內(nèi)，受到高速回轉(zhuǎn)的錘頭打擊、剪切、研磨作用從而被破碎，破碎后繼續(xù)受到擋板、篩條的篩選，大于篩孔尺寸的煤巖塊阻留在篩板上繼續(xù)受到錘頭的打擊和研磨，直到破碎至所需粒度后排出機(jī)外。錘式破碎機(jī)按照轉(zhuǎn)子數(shù)目可分為單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子破碎機(jī)，按照轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向可分為定向錘式和可逆式破碎機(jī)，按照錘頭排數(shù)可分為單排式、雙排式或多排式破碎機(jī)，按照錘頭裝配方式可分為固定錘式破碎機(jī)和活動(dòng)錘式破碎機(jī)[4,5]。

但是錘式破碎機(jī)在井下使用過(guò)程中，同樣存在諸多問(wèn)題：一是破碎機(jī)的進(jìn)料方式導(dǎo)致破碎效率較低，工作面所出煤、矸全部進(jìn)入破碎機(jī)腔體內(nèi)，容易引起破碎腔及出口堵塞，且小塊度煤矸及粉煤還緩沖了對(duì)大塊的沖擊破碎，導(dǎo)致破碎效率降低；二是破碎機(jī)錘頭連接方式及強(qiáng)度較低，容易脫落且故障率高，需要對(duì)錘頭的連接方式進(jìn)行改進(jìn)，并提高錘頭的強(qiáng)度；三是破碎機(jī)一般搭配轉(zhuǎn)載機(jī)使用，通用性不佳，不能適用炮采工作面及薄煤層工作面，機(jī)動(dòng)性差移機(jī)困難。

2 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

根據(jù)對(duì)破碎機(jī)使用現(xiàn)狀的分析，提出破碎機(jī)的改進(jìn)方案，主要集中在三個(gè)方向：一是對(duì)煤矸進(jìn)行提前篩選，通過(guò)寬度為150mm的條狀篩口過(guò)濾小塊，只通過(guò)大塊煤矸進(jìn)行破碎；二是改進(jìn)錘頭的連接方式，變剛性連接為轉(zhuǎn)動(dòng)鉸接，減小沖擊損耗，同時(shí)優(yōu)化錘頭質(zhì)量及尺寸，提高其強(qiáng)度；三是變破碎機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)配套安裝為獨(dú)立安裝，使其適應(yīng)條件擴(kuò)寬，且便于移機(jī)。

2.1 篩選裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)篩選要求，粒度在150mm以?xún)?nèi)的煤矸不需要破碎，僅破碎150mm以上的煤矸。篩選裝置是在破碎機(jī)的導(dǎo)料槽的斜面滑道上設(shè)置寬度150mm的條狀篩口，小粒度的煤矸可直接通過(guò)條狀篩口進(jìn)入出煤口，而粒度大于150mm的煤矸則無(wú)法進(jìn)入篩口，借助重力作用滾入破碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行破碎，并在破碎機(jī)下部出料口安裝孔徑為150mm的方形篩網(wǎng)，破碎合格的煤矸通過(guò)篩網(wǎng)后進(jìn)入溜煤口，破碎不合格則進(jìn)行重復(fù)破碎，直至粒徑小于150mm。篩選的關(guān)鍵裝置為導(dǎo)料槽及條狀篩口，導(dǎo)料槽上的橫向桿取消，防止阻擋煤矸，同時(shí)，綜合考慮便于小粒度煤矸下滑入溜煤口及大粒度煤矸滑入破碎機(jī)，將導(dǎo)料槽的斜面傾角設(shè)置為40°。導(dǎo)料槽條狀篩口及破碎機(jī)整體布置如圖1所示。

圖1 導(dǎo)料槽條狀篩口及破碎機(jī)整體布置圖

2.2 錘頭的優(yōu)化設(shè)計(jì)

破碎機(jī)的破碎機(jī)構(gòu)包括主軸、錘頭、錘座等部件，將錘頭與錘座連接結(jié)構(gòu)優(yōu)化為銷(xiāo)軸鉸接，可很大程度上降低錘頭對(duì)錘座的沖擊，破碎時(shí)對(duì)主軸的沖擊作用也大大降低。錘頭布置形式為雙排對(duì)稱(chēng)布置，共設(shè)計(jì)2排4個(gè)錘頭，如圖2所示。

同時(shí)，為提高錘頭強(qiáng)度，延長(zhǎng)其使用壽命，合理優(yōu)化單個(gè)錘頭的質(zhì)量，錘頭質(zhì)量過(guò)小，不利于破碎大塊堅(jiān)硬巖石，錘頭質(zhì)量過(guò)大，又會(huì)造成能耗浪費(fèi)，且不利于合理優(yōu)化設(shè)備尺寸。綜合破碎機(jī)轉(zhuǎn)速、破碎機(jī)功率、有效功耗率、錘頭數(shù)量、轉(zhuǎn)子半徑及相關(guān)系數(shù)，計(jì)算確定錘頭質(zhì)量為50kg。在確定錘頭質(zhì)量的基礎(chǔ)上，對(duì)錘頭的尺寸進(jìn)行優(yōu)化[6,7]，優(yōu)化后的錘頭尺寸如圖3所示。

圖2 破碎機(jī)主軸及錘頭設(shè)計(jì)圖

圖3 錘頭尺寸優(yōu)化設(shè)計(jì)圖

2.3 破碎機(jī)安裝方式改進(jìn)

改進(jìn)后的破碎機(jī)可單獨(dú)按照并使用，很好的適用于各類(lèi)型煤層（溜煤眼）的上口，安裝時(shí)將帶式輸送機(jī)的機(jī)頭布置于破碎機(jī)導(dǎo)料口上方，并抬高3°，與導(dǎo)料口保持合理間隙。同時(shí)，為避免破碎機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)影響煤炭運(yùn)輸，在安裝時(shí)設(shè)計(jì)旁通式落煤口，將破碎機(jī)導(dǎo)料槽的條狀篩口的底座改進(jìn)為鉸接，并使用活動(dòng)插銷(xiāo)連接，當(dāng)破碎機(jī)出現(xiàn)故障，拔掉插銷(xiāo)，篩口底座下擺，輸送機(jī)運(yùn)出的煤炭可不經(jīng)過(guò)破碎機(jī)直接落入溜煤口，可在應(yīng)急情況下不經(jīng)過(guò)破碎程序，而直接外運(yùn)原煤，減少生產(chǎn)影響。

3 結(jié) 語(yǔ)

在參考煤礦現(xiàn)用破碎機(jī)的基礎(chǔ)上，總結(jié)其優(yōu)缺點(diǎn)，充分考慮煤礦現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用條件，對(duì)礦用錘式破碎機(jī)進(jìn)行合理改進(jìn)，研發(fā)出PLCM1000型錘式破碎機(jī)，并成功在國(guó)內(nèi)試點(diǎn)礦井進(jìn)行了應(yīng)用。總體來(lái)看，與在工作面端頭出提前破碎煤、矸相比，簡(jiǎn)化了工作面的生產(chǎn)工藝，減少了工作面設(shè)備數(shù)量及安裝工作，但大塊煤矸外運(yùn)后再破碎，對(duì)皮帶輸送機(jī)磨損有所增加。但整體上看，改進(jìn)后的破碎機(jī)應(yīng)用條件更為廣泛，對(duì)生產(chǎn)工序影響更小，安全系數(shù)更高，應(yīng)用前景廣闊。