國投新集一礦百萬噸級薄煤層綜采設(shè)備配套技術(shù)

(國投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

國投新集一礦百萬噸級薄煤層綜采設(shè)備配套技術(shù)

呂益

(國投新集能源股份有限公司，安徽淮南232001)

介紹了國投新集一礦百萬噸級薄煤層工作面綜采設(shè)備配套的總體思路、具體方案、主要設(shè)備性能參數(shù)，進行了設(shè)備產(chǎn)能分析和“三機”設(shè)備配套尺寸分析，總結(jié)了其設(shè)備配套的技術(shù)特點，與國內(nèi)同類礦井比較的技術(shù)優(yōu)勢以及現(xiàn)場生產(chǎn)效果。

百萬噸；薄煤層綜采；設(shè)備配套

Technology of Full-mechanized Equipment Lectotype for Million-ton-levelThin Coal-seam Mining in Xinji 1stMine

目前全國已查明薄煤層總儲量約占全部煤層儲量的20%左右，開采薄煤層既是充分開發(fā)利用寶貴的煤礦資源的需要，也是進行解放層開采治理瓦斯的需要，更是煤炭行業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。長期以來，我國在薄煤層開采的綜機配套方面存在一種誤區(qū)，試圖用小尺寸、低功率、輕重量的支架、采煤機等設(shè)備，降低采高，以求加快推進。但實際生產(chǎn)中，遇斷層或夾矸等地質(zhì)構(gòu)造時，往往既沒有破巖能力，又因作業(yè)空間受限，無法進行人工打眼放炮作業(yè)，工作面單產(chǎn)只能達到(3～5)×104t。研究月產(chǎn)10×104t、年產(chǎn)百萬噸以上的薄煤層開采設(shè)備，提高薄煤層開采的作業(yè)舒適性、安全性和效率，勢在必行。

1 薄煤層開采設(shè)備總體概況

當(dāng)前國內(nèi)外的薄煤層開采成套設(shè)備總體上有2個發(fā)展方向：一是以德國為代表的刨煤機組方案，主要設(shè)備制造公司為DBT公司；二是以美國為代表的滾筒式薄煤層采煤機方案，主要設(shè)備公司為久益(JOY)公司。這兩種方案均在不同國家取得成功。兩種方案對比最大的區(qū)別：刨煤機組對工作面煤層條件要求高，適應(yīng)煤層起伏變化、過地質(zhì)斷層能力較差；薄煤層采煤機機組適應(yīng)工作面煤層變化能力強，通過加大采煤機裝機功率、減少外形尺寸設(shè)計的辦法，提高采煤機組割巖和過斷層能力。

統(tǒng)計資料顯示，2008年美國共有25個采高在1～1.9m的薄煤層或較薄煤層作業(yè)，均采用薄煤層采煤機回采，總產(chǎn)量占全美的45%，單面產(chǎn)能均在1.0Mt/a以上，最大的Enlow Fork煤礦裝備了DBT公司工作阻力為7400kN掩護式支架,JOY公司4LS2采煤機，Trinity公司裝機功率3×800kW、槽寬1100mmTIB刮板輸送機，產(chǎn)量達10.2Mt/a。

2 國投新集一礦薄煤層地質(zhì)條件與開采要求

國投新集一礦近10a薄煤層可采儲量約10.0Mt，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》保護層開采的相關(guān)規(guī)定和新集一礦產(chǎn)量接替的需要，必須進行薄煤層開采。

新集一礦薄煤層或較薄煤層主要有：

9煤 煤層一般含有1層較穩(wěn)定的夾矸，極少數(shù)含2層夾矸，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，純煤層厚度0.58～1.99m，平均1.59m；全層厚度0.58～2.69m，平均1.97m。

7-2煤 局部發(fā)育有夾矸，厚度為1.15～1.77m，平均為1.56m 。

新集一礦回采接替安排先開采9煤，首采面為二水平一采區(qū)210901工作面。該工作面軌道巷可采走向長為680m,工作面傾斜長110～180m，煤層厚度0.8～2.7m，平均1.97m，局部傾角達到14°。風(fēng)巷尺寸為2.9m(高)×4.4m(寬)，機巷尺寸為2.9m(高)×4.8m(寬)，均為U形巷道。由于工作面回采范圍內(nèi)有大小斷層5條，且局部煤層變薄帶煤厚僅有800mm，不宜用刨煤機組，只能采用大功率薄煤層采煤機開采。

工作面生產(chǎn)作業(yè)方式 “二九一六制”，生產(chǎn)時間為18h，檢修時間為6h，工作面產(chǎn)量達到1.2Mt/a煤。

3 國投新集一礦薄煤層設(shè)備配套總體思路

根據(jù)新集一礦9煤、7煤的煤層賦存條件和現(xiàn)有綜采工作面情況，參考現(xiàn)在國內(nèi)薄煤層設(shè)備配套情況，一礦210901面設(shè)備配套研究的主要內(nèi)容是適應(yīng)一礦9煤、7煤安全高效開采需要，實現(xiàn)工作面月單產(chǎn)(10～12)×104t、年產(chǎn)1.0～1.2Mt水平。

為此確定工作面設(shè)備配套的總體思路是：按無人工作面進行選型配套，提高設(shè)備破頂?shù)装宓母顜r能力和過斷層能力，適當(dāng)加大工作面采高，滿足最基本的人員操作要求和工作面1.2Mt/a產(chǎn)能要求。

配套原則要求如下:

(1)從開采的效率、安全性和經(jīng)濟性考慮，新集一礦薄煤層開采設(shè)備選用滾筒式采煤機，設(shè)備配套選型要以滿足生產(chǎn)要求為原則，具有高可靠性。

(2)工作面自動化方案與設(shè)備選型要充分考慮提高開采安全、改善人員作業(yè)環(huán)境舒適度和投入的經(jīng)濟性；保證工作面實現(xiàn)自動化功能，滿足無人跟機操作要求，實現(xiàn)遠程控制。

(3)保證三機實現(xiàn)緊湊配套，采用合理的截深，輸送機采用交叉?zhèn)刃妒健?/p>

(4)提高采煤機割煤速度，提高工作面液壓支架移架速度，以滿足工作面快速推進(日推進15m)要求。

(5)采煤機采用大截割功率、小機身結(jié)構(gòu)設(shè)計，滾筒直徑與煤層厚度相適應(yīng)，降低采煤機的機身高度，盡可能地實現(xiàn)較薄煤層的開采。

(6)為了提高工作面自動化程度，刮板輸送機與轉(zhuǎn)載機采用交叉?zhèn)刃斗绞健？紤]到工作面條件差、運巖量大，為提高可靠性，刮板輸送機主要部件(如減速機、鏈輪、鏈條、鏈環(huán)等)選用進口產(chǎn)品或技術(shù)。

(7)液壓支架支護強度的確定要充分考慮采區(qū)的地質(zhì)條件，綜合考慮煤層埋深、煤柱等因素的影響。要求工作阻力在6000kN以上，中心距為1.5m，支護高度最低1.3～1.5m，最高不超過2.4～2.6m。

(8)所選設(shè)備盡可能與公司在用綜采設(shè)備實現(xiàn)系列化，提高互換性。

(9)工作面采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機要求選用3300V電壓等級。

4 國投新集一礦薄煤層設(shè)備配套方案與參數(shù)分析

經(jīng)對鄰近的淮南礦業(yè)集團潘一礦、淮北礦業(yè)集團朱莊礦、山東兗礦集團濟寧三礦及山西、神東等局、礦調(diào)研情況，對國投新集一礦210901工作面設(shè)備具體配套見表1。

表1 210901工作面設(shè)備配套

4.1 工作面主要設(shè)備參數(shù)

(1)液壓支架 掩護式ZY6800/13/28D；高度1300～2800mm；中心距1500mm；寬度1430/1600mm；初撐力5066kN；工作阻力6800kN；平均支護強度0.8～0.9MPa；底座平均比壓2.27～2.58MPa；推移步距800mm；操縱方式為電液控制；適用傾角≤30°。

(2)支架電液控(SAC) 采用14功能14出口電液控換向閥，電液控制功能包括：立柱升、降；拉架、推溜；平衡千斤頂伸、收；頂梁側(cè)護板千斤頂伸、收；掩梁側(cè)護板千斤頂伸、收；抬底座；輔助采煤機噴霧；伸縮梁千斤頂伸、收。

(3)采煤機 采高范圍1.45～2.55m；機面高度920mm；過煤高度320mm；挖底量為中部400mm(滾筒直徑1400mm)；供電電壓3300V；總裝機功率925kW；滾筒直徑1400mm(可安裝φ1250mm、φ1600mm滾筒)；滾筒截深800mm；牽引形式為交流變頻調(diào)速、銷軌式牽引(節(jié)距126mm)；牽引力500～300kN；牽引速度0～11.3～18.7m/min。

(4)刮板輸送機 供貨長度220m；運輸能力1600t/h；中部槽規(guī)格1503mm×900mm×308mm；刮板鏈規(guī)格φ34×126mm(帕森斯) ；總裝機功率2×525kW；供電電壓3300V；卸載方式交叉?zhèn)刃?；減速器型號 43JS-525(中煤張煤機)行星減速器。

(5)轉(zhuǎn)載機 運輸能力1800t/h；出廠長度50m(含破碎機長度)；供電電壓3300V；總裝機功率400kW；鏈條型式φ34×126mm中雙鏈(帕森斯)；驅(qū)動裝置為電動機—限矩器—減速器。

(6)破碎機 破碎能力2000t/h；最大輸入塊度800mm×800mm×長度不限；最大排出粒度300(250，200，150)mm；功率200kW；電壓3300V。

4.2 工作面主要設(shè)備的產(chǎn)能配套分析

綜采工作面要求從采煤機—刮板輸送機—轉(zhuǎn)載破碎機—膠帶機的煤流線呈喇叭口型逐級放大，放大系數(shù)為1.2倍，其冗余系數(shù)見表2。

表2 各設(shè)備的冗余系數(shù)

4.3 工作面“三機”設(shè)備配套的尺寸分析

工作面液壓支架、采煤機、刮板輸送機等“三機”配套尺寸關(guān)系見表3。

表3 “三機”配套尺寸

4.4 新集一礦210901面設(shè)備配套的技術(shù)特點

綜上所述，新集一礦210901面薄煤層裝備配套的主要技術(shù)特點如下：

(1)工作面自動化程度高，初步實現(xiàn)無人化生產(chǎn)。工作面配套了國內(nèi)最先進的北京天瑪公司SAC14功能電液控系統(tǒng)、天津華寧自動化集控系統(tǒng)和常州天地公司智能化組合開關(guān)，可實現(xiàn)工作面采煤機、液壓支架、刮板機、轉(zhuǎn)載機、膠帶機、乳化泵站遠程自動化操作，基本實現(xiàn)無人化操作。

(2)采用SGZ900系列刮板輸送機，通過增加過煤寬度的辦法，彌補薄煤層采煤機過煤空間小的缺點，提高煤流的順暢度。

(3)液壓支架電液控系統(tǒng)在薄煤層開采成功得以應(yīng)用，實現(xiàn)液壓支架自動操作，解決了由于工作面作業(yè)空間小，人員操作困難和安全威脅大的難題。

(4)液壓支架主材料選用三一重工新型專利SG1000新型高強板材，實現(xiàn)國內(nèi)最高工作阻力/重量比，6800kN支架全部重量僅有16.5t，提高了支架的性能。

(5)乳化泵站實現(xiàn)全自動控制，采用北京天瑪公司國內(nèi)最先進的乳化泵自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程自動啟停、自動加液，保證工作面供液質(zhì)量。

5 與國內(nèi)同類礦井技術(shù)比較

與淮南、淮北及兗州局薄煤層綜采設(shè)備相比，新集一礦210901工作面設(shè)備配套有以下優(yōu)勢：

(1)采煤機裝機功率為國產(chǎn)煤機最大。采煤機裝機功率達到925kW，為國內(nèi)薄煤層最大功率采煤機，并采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)，PLC主控系統(tǒng)，自動化程度高。機面高度920mm，滾筒直徑1400mm，提高破巖能力。

(2)液壓支架采用目前國際主流的兩柱掩護式支架，工作阻力在國內(nèi)薄煤層支架中最大。支架采用1500mm中心距、兩柱掩護式支架設(shè)計，工作阻力為6800kN。既減少支架布置數(shù)量，節(jié)省設(shè)備投入，又可減化支架液壓系統(tǒng)，提高移架速度。

(3)刮板輸送機總功率為國內(nèi)薄煤層綜采面最大。刮板輸送機采用2×525kW三驅(qū)設(shè)計，槽寬900mm，為今后超過240m長面設(shè)計預(yù)留空間。

(4)工作面自動化程度最高。工作面選用天津華寧公司集控，液壓支架配置北京天瑪公司16功能SAC電液控、工作面基本具備無人化條件，處在國內(nèi)領(lǐng)先水平。

(5)工作面采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機電機供電電壓均為3300V，簡化供電系統(tǒng)設(shè)計。

(6)工作面上巷配套超前支護支架，既可實現(xiàn)兩巷超前段的安全支護，減少兩巷支護工作量，又可隨工作面的推進快速自移，滿足工作面快速推進的要求。

國投新集一礦210901工作面2013年7月初正式生產(chǎn)以來，工作面設(shè)備運轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，平均日推進4刀，完全達到配套預(yù)期的效果和要求。由于受煤質(zhì)指標考核的限制，前期工作面限產(chǎn)，未能發(fā)揮最大產(chǎn)能。進入10月份后，工作面產(chǎn)能逐漸發(fā)揮，2013年12月產(chǎn)量均達0.12Mt，最高日產(chǎn)4388t，實現(xiàn)年產(chǎn)能1.2Mt的高產(chǎn)高效目標。

6 結(jié)束語

國投新集一礦百萬噸級薄煤層高效綜采設(shè)備的配套，在支架選型設(shè)計、電液控技術(shù)、自動化控制技術(shù)、大功率矮機身國產(chǎn)采煤機和“三驅(qū)”刮板輸送機應(yīng)用方面均取得新突破，為我國薄煤層開采提供了新樣板，對促進煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有極為重要的意義。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

2014-05-13

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.012

呂 益(1975-)，男，安徽淮南人，工程師，現(xiàn)任國投新集能源股份有限公司機電管理部副主任工程師，從事綜機技術(shù)管理。

呂 益.國投新集一礦百萬噸級薄煤層綜采設(shè)備配套技術(shù)[J].煤礦開采，2014，19(6)：44-46，6.

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1006-6225(2014)06-0044-03