浅谈煤矿井下破碎机使用现状及改进

郭 江

（大同煤矿集团有限公司云冈矿，山西 大同037000）

0 引言

破碎机是实现煤炭综合机械化开采的关键设备，负责将工作面所采出的大块原煤及矸石进行充分破碎，然后进入运输系统内，对于保障煤炭高效运输及设备安全运转至关重要。当前我国各大矿区使用的破碎机多与转载机配套使用，对经过的原煤及矸石进行破碎，使其顺利通过转载机，然后进入皮带输送机[1-3]。但是由于井下工作环境较差，尤其是当工作面夹矸较多、工作面过断层期间，破碎机长时间、高负荷工作，破碎机容易出现故障，工作效率下降，甚至导致设备损坏、煤炭无法运出、工作面停产等严重后果。本文即针对煤矿常见的锤式破碎机使用现状进行分析，并基于云冈矿的具体条件进行针对性改进，从而提高破碎机的工作稳定性，降低故障率，保障工作面安全高效生产。

1 锤式破碎机使用现状分析

锤式破碎机在我国各大矿区得到广泛应用，其工作原理主要是靠冲击来完成煤岩块的破碎，当破碎机工作时，电机带动转子作高速旋转，煤岩块进入破碎机内，受到高速回转的锤头打击、剪切、研磨作用从而被破碎，破碎后继续受到挡板、筛条的筛选，大于筛孔尺寸的煤岩块阻留在筛板上继续受到锤头的打击和研磨，直到破碎至所需粒度后排出机外。锤式破碎机按照转子数目可分为单转子和双转子破碎机，按照转子回转方向可分为定向锤式和可逆式破碎机，按照锤头排数可分为单排式、双排式或多排式破碎机，按照锤头装配方式可分为固定锤式破碎机和活动锤式破碎机[4,5]。

但是锤式破碎机在井下使用过程中，同样存在诸多问题：一是破碎机的进料方式导致破碎效率较低，工作面所出煤、矸全部进入破碎机腔体内，容易引起破碎腔及出口堵塞，且小块度煤矸及粉煤还缓冲了对大块的冲击破碎，导致破碎效率降低；二是破碎机锤头连接方式及强度较低，容易脱落且故障率高，需要对锤头的连接方式进行改进，并提高锤头的强度；三是破碎机一般搭配转载机使用，通用性不佳，不能适用炮采工作面及薄煤层工作面，机动性差移机困难。

2 改进方案设计

根据对破碎机使用现状的分析，提出破碎机的改进方案，主要集中在三个方向：一是对煤矸进行提前筛选，通过宽度为150mm的条状筛口过滤小块，只通过大块煤矸进行破碎；二是改进锤头的连接方式，变刚性连接为转动铰接，减小冲击损耗，同时优化锤头质量及尺寸，提高其强度；三是变破碎机与转载机配套安装为独立安装，使其适应条件扩宽，且便于移机。

2.1 筛选装置设计

根据筛选要求，粒度在150mm以内的煤矸不需要破碎，仅破碎150mm以上的煤矸。筛选装置是在破碎机的导料槽的斜面滑道上设置宽度150mm的条状筛口，小粒度的煤矸可直接通过条状筛口进入出煤口，而粒度大于150mm的煤矸则无法进入筛口，借助重力作用滚入破碎机内进行破碎，并在破碎机下部出料口安装孔径为150mm的方形筛网，破碎合格的煤矸通过筛网后进入溜煤口，破碎不合格则进行重复破碎，直至粒径小于150mm。筛选的关键装置为导料槽及条状筛口，导料槽上的横向杆取消，防止阻挡煤矸，同时，综合考虑便于小粒度煤矸下滑入溜煤口及大粒度煤矸滑入破碎机，将导料槽的斜面倾角设置为40°。导料槽条状筛口及破碎机整体布置如图1所示。

图1 导料槽条状筛口及破碎机整体布置图

2.2 锤头的优化设计

破碎机的破碎机构包括主轴、锤头、锤座等部件，将锤头与锤座连接结构优化为销轴铰接，可很大程度上降低锤头对锤座的冲击，破碎时对主轴的冲击作用也大大降低。锤头布置形式为双排对称布置，共设计2排4个锤头，如图2所示。

同时，为提高锤头强度，延长其使用寿命，合理优化单个锤头的质量，锤头质量过小，不利于破碎大块坚硬岩石，锤头质量过大，又会造成能耗浪费，且不利于合理优化设备尺寸。综合破碎机转速、破碎机功率、有效功耗率、锤头数量、转子半径及相关系数，计算确定锤头质量为50kg。在确定锤头质量的基础上，对锤头的尺寸进行优化[6,7]，优化后的锤头尺寸如图3所示。

图2 破碎机主轴及锤头设计图

图3 锤头尺寸优化设计图

2.3 破碎机安装方式改进

改进后的破碎机可单独按照并使用，很好的适用于各类型煤层（溜煤眼）的上口，安装时将带式输送机的机头布置于破碎机导料口上方，并抬高3°，与导料口保持合理间隙。同时，为避免破碎机出现故障时影响煤炭运输，在安装时设计旁通式落煤口，将破碎机导料槽的条状筛口的底座改进为铰接，并使用活动插销连接，当破碎机出现故障，拔掉插销，筛口底座下摆，输送机运出的煤炭可不经过破碎机直接落入溜煤口，可在应急情况下不经过破碎程序，而直接外运原煤，减少生产影响。

3 结 语

在参考煤矿现用破碎机的基础上，总结其优缺点，充分考虑煤矿现场的应用条件，对矿用锤式破碎机进行合理改进，研发出PLCM1000型锤式破碎机，并成功在国内试点矿井进行了应用。总体来看，与在工作面端头出提前破碎煤、矸相比，简化了工作面的生产工艺，减少了工作面设备数量及安装工作，但大块煤矸外运后再破碎，对皮带输送机磨损有所增加。但整体上看，改进后的破碎机应用条件更为广泛，对生产工序影响更小，安全系数更高，应用前景广阔。