極軟弱煤層大采高綜采工作面設(shè)備選型和使用性分析

楊文斌

摘 要：該文分析大采高工作面設(shè)備選型原則，對工作面設(shè)備配套可靠性進(jìn)行評價，介紹極軟煤層大采高綜采工作面的設(shè)備配套情況，并就其應(yīng)用及適應(yīng)性進(jìn)行了分析總結(jié)。該綜采面三機(jī)配套各設(shè)備能夠滿足安全、高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)計(jì)要求，設(shè)備配套選型科學(xué)合理，技術(shù)性能均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平該項(xiàng)大采高綜采配套技術(shù)，對該地區(qū)極軟厚煤層開采具有重要的試驗(yàn)、借鑒意義。

關(guān)鍵詞：極軟煤層 大采高綜采工作面 配套技術(shù)

中圖分類號：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0056-02

長平公司是晉城煤業(yè)集團(tuán)主力礦井之一，現(xiàn)在主采3#煤層，普適系數(shù)f=0.48，屬極軟煤層，煤層節(jié)理裂隙非常發(fā)育，由于礦井一直采用綜放回開采方式，故回采率較低，造成礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，為了提高綜采工作面的回采率，推廣安全、高效開采方法，實(shí)現(xiàn)采煤方法的跨越式發(fā)展，在4303綜采工作面采用了一次采全高的開采工藝。

大采高綜采是指采高在3.5～6.0 m，工作面配備大功率雙滾筒采煤機(jī)割煤和重型刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤，采用大噸位液壓支架控制頂板，一次性采出全高的采煤方法。其主要特點(diǎn)為工作面采高大，設(shè)備功率高，趨于大型化、重型化和自動化，要求整個工作面設(shè)備之間具有良好的配合性和較高的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)集中化、節(jié)約化和高效率生產(chǎn)。大采高綜合機(jī)械化采煤，必須配備成套設(shè)備，特別要把工作面“三機(jī)”（采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)）選型配套好。否則，設(shè)備選型及配套不合理，勢必影響各單機(jī)性能的發(fā)揮，造成綜采設(shè)備開機(jī)率的降低，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。

1 大采高工作面設(shè)備選型原則

1.1 采煤機(jī)選型原則

（1）適合特定的煤層地質(zhì)條件，并且采煤機(jī)采高、截深、功率、牽引方式等主要參數(shù)選取合理，有較大的使用范圍。（2）滿足工作面生產(chǎn)能力要求，采煤機(jī)實(shí)際生產(chǎn)能力要大于工作面的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力；滿足與刮板運(yùn)輸機(jī)和液壓支架的匹配要求。（3）采煤機(jī)技術(shù)性能良好、工作可靠，各種保護(hù)功能完善。（4）采煤機(jī)使用、檢修、維修方便。

1.2 液壓支架選型原則

（1）支架強(qiáng)度應(yīng)與工作面圍巖變形相適應(yīng)。支架的初撐力和工作阻力，要適應(yīng)直接頂和基本頂運(yùn)動產(chǎn)生的壓力，保證控頂區(qū)的安全。（2）支護(hù)結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)。（3）支護(hù)斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證有足夠的風(fēng)量通過，而且風(fēng)速不得超過《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。（4）液壓支架與采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備匹配。支架寬度應(yīng)與刮板輸送機(jī)中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機(jī)截深大100～200 mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機(jī)的工作牽引速度，移架速度還應(yīng)滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求，支架的梁端距應(yīng)為340 ram左右。

1.3 刮板輸送機(jī)選型原則

（1）刮板運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力，必須等于或大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要，并留有一定的備用能力，以滿足工作面出現(xiàn)片幫、過載等特殊情況的運(yùn)輸能力。（2）結(jié)構(gòu)形式及附件必須與采煤機(jī)相配套，輸送機(jī)槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作面底板條件相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機(jī)底托架和行走機(jī)構(gòu)尺寸相匹配。（3）運(yùn)輸機(jī)鋪設(shè)長度，可根據(jù)刮板輸送機(jī)技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。（4）外廓尺寸應(yīng)與采煤機(jī)和液壓支架相匹配。

2 4303大采高工作面設(shè)備選型配套

長平公司4303大采高綜采工作面主采3#煤層，煤層傾角5～16 °，平均10 °，煤層平均厚度5.86 m，煤層節(jié)理裂隙非常發(fā)育，煤層普適系數(shù)f=0.48。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為4.85 m，黑色，局部有裂隙、松軟；老頂為細(xì)粒砂巖，厚度為平均為11.23 m，灰白色，具有波狀層理；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為7.48 m，灰黑色，中間夾有砂巖；老底為細(xì)粒砂巖，平均厚度2.62 m，灰色，質(zhì)地堅(jiān)硬。

4303大采高綜采工作面設(shè)備布置、設(shè)備配套組成結(jié)構(gòu)，主要包括：

（1）德國艾克爾公司生產(chǎn)的SL-500型交流電牽引采煤機(jī)，采煤機(jī)的進(jìn)刀方式采用端頭斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀距離不小于50 m，工作面采用穿梭割煤。采煤機(jī)的技術(shù)特征見表1。

（2）4303大采高選用了鄭州煤礦機(jī)械公司和北京煤機(jī)公司生產(chǎn)的二柱式掩護(hù)支架及其相配套的排頭、過渡支架。

從工作面機(jī)頭到機(jī)尾分別布置ZYT12000/28/62型排頭架3架， ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZY12000/28/62型中間架119架，ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共計(jì)129架。該型支架電液控制系統(tǒng)，配用了德國EEP電子技術(shù)公司EEP電液控制系統(tǒng)。該ZY12000/28/62型中間架的技術(shù)參數(shù)。（表2）

（3）選用山西煤機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的型號為SGZ1000/2*855型刮板輸送機(jī)，該刮板輸送機(jī)的參數(shù)。（表3）

3 工作面設(shè)備配套可靠性評價

4303工作面回采期間，對設(shè)備的可靠性、回采工藝及礦壓等方面做了全面地現(xiàn)場觀測，通過對觀測數(shù)據(jù)的分析，得出觀測期間工作面日開機(jī)率分布如圖1所示。工作面日平均開機(jī)率為77.51%，工作面開機(jī)率大致可分為兩個階段：第一階段為9月18日以前，即工作面推進(jìn)至108.6 m時，該階段平均開機(jī)率為71.99%，屬于設(shè)備磨合期，設(shè)備故障比較多，開機(jī)率低于50%的有6天，尤其是8月21日設(shè)備大修更換搖臂，造成開機(jī)率為0%；第二階段為9月18日以后，即工作面推進(jìn)106.8～203 m，該階段平均開機(jī)率為87.99%，工作面裝備已度過磨合期，發(fā)揮了正常生產(chǎn)能力。而且開機(jī)率都在50%以上，沒有大事故影響開機(jī)率。實(shí)踐證明，在磨合期已過，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下，各個環(huán)節(jié)都達(dá)到良性循環(huán)，工作面產(chǎn)量會穩(wěn)步增長。

4303工作面日常平均原煤14000 t，最高日常原煤19000 t，4303工作面設(shè)備可靠性分析見表4。endprint

3.1 采煤機(jī)故障分析

4303工作面采用艾柯夫SL500雙滾筒采煤機(jī)，采煤機(jī)的故障力占到18.4%。經(jīng)過現(xiàn)場實(shí)測，采煤機(jī)主要故障有水壓低、電纜、更換搖臂。尤其是8月21日更換采煤機(jī)滾筒搖臂，耽誤了生產(chǎn)，使采煤機(jī)的故障率上升。但更換了之后，采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)基本正常，沒有給生產(chǎn)帶來大的影響。如果將更換搖臂的時間去掉，采煤機(jī)的故障率將下降到8.2%。

3.2 支架故障因素分析

支架故障液壓支架故障率較小，基本能夠滿足生產(chǎn)的需要。根據(jù)觀測在工作面安裝完畢調(diào)試階段，支架的問題比較多，特別是鄭州煤機(jī)廠制造的32#支架發(fā)生自動下沉，造成冒頂現(xiàn)象，經(jīng)過對事故原因的追查，該支架直導(dǎo)式液控閥發(fā)生誤動作。在經(jīng)歷這次事故以后，液壓支架基本上未影響生產(chǎn)。

其次經(jīng)過礦壓觀測4303大采高工作面老頂初次來壓步距40 m，周期來壓步距22 m，動載系數(shù)較小，平均1.33，來壓存在明顯“強(qiáng)—弱—較弱—強(qiáng)”的“鋸齒形”增長規(guī)律，工作面支架平均初撐力較低，不到設(shè)計(jì)初撐力的一半，工作面支架平均工作阻力值穩(wěn)定在6000～10000 kN之間，分析認(rèn)為選用支架阻力能夠滿足支護(hù)頂板的要求。

3.3 內(nèi)運(yùn)系統(tǒng)故障分析

內(nèi)運(yùn)系統(tǒng)主要包括運(yùn)輸順槽皮帶，刮板輸送機(jī)，轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)以及其它因素等。通過實(shí)踐觀測，運(yùn)輸順槽皮帶和刮板輸送機(jī)占了內(nèi)運(yùn)故障時間的80%以上，運(yùn)輸順槽皮帶故障主要是跑偏、打滑、堆煤、皮帶打卡及皮帶電機(jī)故障等。刮板輸送機(jī)不如運(yùn)輸順槽皮帶故障時間多，占了內(nèi)運(yùn)系統(tǒng)故障的21.2%，主要是刮板鏈和齒條銷故障。

3.4 外運(yùn)故障分析

外運(yùn)系統(tǒng)故障時間最多，占總時間的40.6%，主要是大巷皮帶故障及無故障停機(jī)、煤倉滿。

4 結(jié)語

長平公司4303綜采工作面為第一個裝備大采高設(shè)備配套的工作面，經(jīng)過8個月的生產(chǎn)實(shí)踐，共生產(chǎn)原煤160多萬 t。該綜采面三機(jī)配套各設(shè)備能夠滿足安全、高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)計(jì)要求，設(shè)備配套選型科學(xué)合理，技術(shù)性能均達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，但是由于礦井外部運(yùn)輸設(shè)計(jì)薄弱，制約著長平公司的快速發(fā)展。不過該大采高綜采面三機(jī)配套設(shè)備對該地區(qū)厚極軟煤層任然具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 薛文智.綜采工作面設(shè)備選型、配套及發(fā)展趨勢[J].北京：當(dāng)代礦工，2007（12）：47.

[2] 張寧，富強(qiáng)，劉文崗，等.鄂爾多斯地區(qū)大采高綜采設(shè)備配套選型與實(shí)踐[J].北京：中國礦業(yè)，2008，17（9）：57-60.

[3] 郝宇軍.趙莊礦大采高設(shè)備配套應(yīng)用和適應(yīng)牲分析[J].煤礦機(jī)械，2008（10）：62-64.endprint