復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機(jī)的應(yīng)用研究

牛上鋒

（山西沁和能源集團(tuán)南凹寺煤業(yè)有限公司，山西　晉城　048205）

1　煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件分析

我國(guó)復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域的礦區(qū)眾多，地質(zhì)上多屬于薄基巖、厚松散覆蓋層中淺埋煤層，礦井的開發(fā)開采易引起對(duì)上覆巖層的移動(dòng)變形，變形破壞若發(fā)生在煤層頂板巖層則易形成臺(tái)階下沉、裂縫破壞、切落破壞、一定情況下可能引發(fā)潰砂、煤礦突水等地質(zhì)危害[1]。

當(dāng)采煤機(jī)連續(xù)施工中遇到地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域時(shí)，若不采取相關(guān)安全有效安全管理手段，容易影響采煤工作效率，有的甚至產(chǎn)生安全性事故，導(dǎo)致煤礦企業(yè)人員和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)雙重?fù)p失。工程技術(shù)人員對(duì)于在復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域施工必須時(shí)刻小心。

復(fù)雜地質(zhì)條件不同區(qū)域歸類如下：煤層頂板是復(fù)合頂板，這種煤層中有泥巖、頁(yè)巖夾矸層、泥質(zhì)；基巖層的厚度小于30m的煤礦區(qū)域；掘進(jìn)性揭露斷層區(qū)域，煤厚小于3m所在煤層變薄區(qū)域，頂板及煤層破碎區(qū)域；燒區(qū)邊界掘進(jìn)區(qū)域，頂?shù)装逅绍浺酌奥溆嘘P(guān)區(qū)域；頂板及煤層含水性強(qiáng)的區(qū)域，錨索、錨桿孔滴淋水影響到的區(qū)域；受到二次采動(dòng)影響的巷道。

2　復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機(jī)問(wèn)題探索

采煤機(jī)技術(shù)的較快發(fā)展，導(dǎo)致煤礦企業(yè)對(duì)采煤機(jī)生產(chǎn)效率的提出越來(lái)越高的要求，大中型采煤機(jī)對(duì)于煤層開采中應(yīng)用逐漸增多。在研究采煤機(jī)行走原理后，發(fā)現(xiàn)大中型采煤機(jī)系統(tǒng)中動(dòng)力沿工作面的牽引行走力，由其行走箱和牽引箱啟動(dòng)產(chǎn)生，動(dòng)力由牽引電機(jī)傳遞給傳動(dòng)系統(tǒng)中的牽引箱，再傳遞給花鍵軸（牽引箱間和行走箱之間），其中動(dòng)力又到傳動(dòng)系統(tǒng)中行走箱，最后帶動(dòng)行走齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，最終帶動(dòng)采煤機(jī)行走，最后通過(guò)改變牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)向角度，使采煤機(jī)各功能部件協(xié)調(diào)運(yùn)作，以此改變能夠采煤機(jī)行走方向的機(jī)理[2]。

復(fù)雜地質(zhì)條件煤層區(qū)域，存在影響開采工作的工作面傾向、傾角、走向等難處理情況，對(duì)于設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為近水平煤層的普通采煤機(jī)中行走系統(tǒng)，難適應(yīng)這類復(fù)雜工作面的區(qū)域煤層開采任務(wù)，常見故障有：行走中輪齒結(jié)合面有壓潰現(xiàn)象、存在磨損較快較嚴(yán)重；支撐滑靴底面相關(guān)部位磨損較快；導(dǎo)向滑靴常有斷裂、接觸面磨損較嚴(yán)重。

以梅花井煤礦為例，綜采設(shè)備所采2-2型工作面，煤層厚度平均為3.5m，工作面為4 200m走向長(zhǎng)，傾斜均長(zhǎng)223m，煤層平均傾角在9°～20°之間。工作面受背斜影響，煤巖層較為平常巖層破碎，裂隙存在發(fā)育情況，易造成冒頂、漏頂事故。工作面走向長(zhǎng)，走向起伏大，底板頂板屬粉砂巖，構(gòu)成復(fù)雜地質(zhì)條件。梅花井煤礦綜采工作面考慮選用交流變頻電牽引采煤機(jī)MG650/1710-WD割煤和運(yùn)煤工作系統(tǒng)。工作面設(shè)置有頂板131架支架控制，其中過(guò)渡架有7架，設(shè)置型號(hào)為ZYG10000/18/37AD、ZYG10000/19/40BD、ZYG10000/19/40B1D；端頭架設(shè)置為2 架，為ZYT10000/21/42D型號(hào)；基本支架122架[3]。

3　采煤機(jī)生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

3.1　采煤機(jī)跟機(jī)自動(dòng)化提高采煤效率

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在采煤機(jī)復(fù)雜地質(zhì)條件下若使用SAC電液控制自動(dòng)化系統(tǒng)可以提高采煤效率。該系統(tǒng)主要由紅外線采煤機(jī)位置檢測(cè)傳感器行程傳感器、支架控制器、隔離耦合器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、角度傳感器、網(wǎng)絡(luò)變換器、壓力傳感器、等設(shè)備組成。支架控制器可以實(shí)時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)總線匯總到監(jiān)控中心布置的主控計(jì)算機(jī)內(nèi)，不同位置傳感器采集不同位置支架的行程、工作阻力等數(shù)據(jù)信息，其作用是實(shí)現(xiàn)液壓支架閉環(huán)控制量的監(jiān)測(cè)并及時(shí)反饋給主機(jī)，使采煤機(jī)液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化順利有序進(jìn)行。

3.2　采煤機(jī)網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)化采煤工藝

創(chuàng)新引領(lǐng)新發(fā)展，市場(chǎng)中新推出的采煤機(jī)依據(jù)支架控制器檢測(cè)器獲得采煤機(jī)相關(guān)信號(hào)傳給集成的網(wǎng)絡(luò)變化器位置識(shí)別，根據(jù)綜采工作面作業(yè)的流程規(guī)程，確定采煤機(jī)運(yùn)行到何位置時(shí)采煤機(jī)支架做出相應(yīng)動(dòng)作，被編成程序存入主控計(jì)算機(jī)中再發(fā)散到網(wǎng)絡(luò)變換器中，主控計(jì)算機(jī)或網(wǎng)絡(luò)變化器依據(jù)采煤機(jī)位置信息自動(dòng)發(fā)出相關(guān)命令，指揮該支架控制器來(lái)完成規(guī)范工作，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件與跟機(jī)自動(dòng)化對(duì)應(yīng)割煤工藝要求之間配合適應(yīng)，以此提高生產(chǎn)效率、可以解放勞動(dòng)力，增加企業(yè)利潤(rùn)。

3.3　優(yōu)化過(guò)斷層的方式

梅花井煤礦生產(chǎn)中工作面地質(zhì)復(fù)雜，掘進(jìn)過(guò)程導(dǎo)致21條不同巖層發(fā)生斷層現(xiàn)象，以F11斷層落差最大，竟然達(dá)到3m。之前調(diào)查試驗(yàn)開采中，就存在過(guò)全巖段45m難處理情況。為了最快最有效通過(guò)該段，企業(yè)制定了詳細(xì)施工流程、相關(guān)安全措施，班組教育對(duì)施工步驟、具體順序、應(yīng)該注意安全事項(xiàng)進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)煤層變薄處采用起底打眼挑頂、爆破并逐步抬高輸送機(jī)相關(guān)安全措施，使其支架頂梁設(shè)置能夠抬起前頭，并抬高輸送機(jī)高度使其達(dá)到要求，使采煤機(jī)順利過(guò)渡其復(fù)雜地質(zhì)段。

3.4　防塵水管電纜、拖拉優(yōu)化采煤系統(tǒng)

在薄煤層復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域選擇工作面時(shí)，常受采高限制，電纜、水管槽較小因素影響，若設(shè)計(jì)方案中采用相關(guān)設(shè)備隨采煤機(jī)一同移動(dòng)的方法，用U形卡固定不移動(dòng)電纜以及防塵管路在電纜槽外側(cè)，可以解決上述問(wèn)題，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)防塵管路中若能每隔15m設(shè)三通類建材，能便于插接機(jī)組設(shè)置防塵管，使得采煤機(jī)只對(duì)20m防塵管以及移動(dòng)的電纜進(jìn)行拖拉，以此成功加快采煤機(jī)運(yùn)行速度，提高了工作面采煤產(chǎn)量。

3.5　優(yōu)化對(duì)過(guò)斷層爆破布置方法

采煤生產(chǎn)中多采用多個(gè)循環(huán)一次爆破方式，用來(lái)處理全巖段斷層，一次打眼深度設(shè)置為1.4m，以0.3 kg裝藥量為標(biāo)準(zhǔn)量，炮眼進(jìn)行五花形式，炮后及時(shí)拉超前架支護(hù)頂板等安全設(shè)施，使正常每班割煤量達(dá)到2個(gè)循環(huán)。為安全保護(hù)支架，立柱爆破前將PVC板放置在支架頂梁下進(jìn)行吊掛，并設(shè)置空氣卸壓孔，來(lái)降低爆破沖擊能量破壞，防止由于爆破產(chǎn)生飛矸等雜物，對(duì)支架立柱擊傷影響其使用性能，來(lái)保護(hù)采煤設(shè)備設(shè)施。再者，由于PVC防護(hù)板質(zhì)量較輕，人員進(jìn)行移動(dòng)吊掛較為方便，可以加快放炮程序，減輕了不良地質(zhì)構(gòu)造影響對(duì)工作面生產(chǎn)的破壞。

3.6　優(yōu)化處理采煤機(jī)滾筒過(guò)煤高度

對(duì)MG240/300-WB型采煤機(jī)跟蹤研究為參考，原過(guò)煤高度設(shè)計(jì)為21 cm，但是實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)機(jī)組所割的煤料不能及時(shí)經(jīng)機(jī)身下轉(zhuǎn)而由輸送機(jī)傳輸至相關(guān)位置，導(dǎo)致浮煤過(guò)剩，制約了采煤機(jī)移架相關(guān)工序，降低采煤機(jī)械采出率，制約了生產(chǎn)效率。筆者從實(shí)際情況出發(fā)提出改造創(chuàng)新的方案，改造的高度對(duì)機(jī)組滑靴部位進(jìn)行加高處理，另行制作加高型機(jī)組行走輪，以此使過(guò)煤高度增加到35 cm以上，達(dá)到運(yùn)轉(zhuǎn)要求并保證了工作面的安全生產(chǎn)[4]。

4　結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采煤機(jī)的快速、安全掘進(jìn)技術(shù)，對(duì)保證煤礦井下開采人員安全、工作面能夠正常接續(xù)運(yùn)行具有重要意義。在復(fù)雜地質(zhì)條件下針對(duì)采煤機(jī)的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行創(chuàng)新和改進(jìn)是采煤業(yè)發(fā)展的不竭動(dòng)力。

[1]馬添虎.連續(xù)采煤機(jī)在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)和支護(hù)技術(shù)管理[J].科技視界，2014（7）：35.

[2]王曉東.復(fù)雜條件下綜放工作面快速安裝技術(shù)[J].煤炭工程，2016（5）：68.

[3]聶偉雄，付龍.復(fù)雜地質(zhì)條件下連續(xù)采煤機(jī)快速掘進(jìn)的實(shí)踐[J].陜西煤炭，2007（4）：145.

[4]樊志超.連續(xù)采煤機(jī)在富水區(qū)下安全掘進(jìn)技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2015（6）：231.