綜放工作面成套設備與主要采煤技術的研究

丁 釗

（大同煤礦集團有限責任公司綜采裝備安裝分公司，山西大同 037003）

0 前言

綜采工作面主要有“三機”：采煤機、刮板輸送機以及液壓支架，這“三機”的實際配套科學合理與否將直接影響到工作面采煤效率的高低。一方面采煤機的生產(chǎn)能力以及刮板輸送機的生產(chǎn)能力應適應于產(chǎn)量要求，另一方面采煤機設備及液壓支架設備的實際可調高范圍應與煤層厚度相適應；此外，支架的移動速度應與采煤機實際牽引速度一致。為使綜采工作面實現(xiàn)高產(chǎn)、高效，綜采工作面的三機必須在性能方面、結構方面以及工作空間方面相配套，且綜采工作面所選用的采煤技術應科學合理。

1 綜放成套設備選擇

當前，在國內的厚煤層開采作業(yè)中，綜采放頂煤開采技術是主要采煤技術，該種采煤技術所用到的采煤設備主要有下列幾種：

1.1 采煤機

在實際生產(chǎn)作業(yè)中，在選擇放頂煤工作面采煤機時，所選的采煤機應與相關采煤工藝技術一致。因放頂煤采煤法所采煤層一般為厚煤層，通常應采用傾斜進刀的方式來作業(yè)。采煤機的采高可控制在3 m左右，滾筒淺截深可控制在0.8～1.0 m之間，可借助擋煤板的擋煤、后滾筒螺旋葉片的旋轉以及刮板運輸機前部的鏟煤板使之相互組合來完成裝煤作業(yè)[1]。

1.2 放頂煤液壓支架

綜采放頂煤開采技術在國內歷經(jīng)30多年的探討與發(fā)展，已從最初的單運輸機高位放頂煤逐步發(fā)展為中底位放頂煤。當前國內的很多煤礦企業(yè)大多普遍使用的是低位放頂煤支架，該種放煤支架實際應用效果也相對較好。在煤炭日常開采作業(yè)中，為使多個環(huán)節(jié)能實現(xiàn)平行作業(yè)，進一步提升煤炭資源實際生產(chǎn)效率，在進行放頂煤支架操作過程中，應重點做好下列幾個環(huán)節(jié)的工作：

（1）應依據(jù)頂板情況及實際采放比例情況，對支架實際支承高度進行科學合理的確定，通常大采高應大于或等于3 m，實際采放比可控制在1∶2左右，推移步距可控制在0.9 m左右。液壓支架應具備的支護強度應與工作面頂板條件、煤層埋深情況以及采高大小等因素相適應。

（2）當前在互聯(lián)網(wǎng)技術與計算機技術飛速發(fā)展的影響下，人們可借助相關軟件來分析支架運動參數(shù)及實時受力情況，對相關參數(shù)進行改進與調整[2]。

1.3 刮板輸送機

因放頂煤采煤技術主要包含割煤與放煤兩個環(huán)節(jié)，因此工作面一般會布設前部刮板輸送機與后部刮板輸送機兩部輸送機。其中前部刮板輸送機主要起到運輸采煤機所割煤炭資源的作用；而在支架掩護梁后部布設的后部刮板輸送機，主要起到運輸掩護梁后部放煤口所放煤炭資源的作用。在支架掩護梁部位空間的影響下，所選的后部運輸機應易拆卸安裝且結構緊湊，在進行放煤作業(yè)時應盡量放盡，一般見矸應及時停止放煤作業(yè)，這樣會更助于工作的高效生產(chǎn)。

在實際運輸作業(yè)中，工作面布設的后部刮板輸送機運行的穩(wěn)定可靠性會嚴重影響到工作面生產(chǎn)效率。當前，人們習慣于應用整體鑄焊式溜槽，且把刮板導槽與鏟板制作為一體化的形式。這樣可顯著提高設備作業(yè)強度，可更好地防治因大塊煤炭資源的沖擊作用而破壞刮板導槽及鏟板現(xiàn)象的發(fā)生。另外在液壓支架具有足夠操作空間的情況下，人們還可選用具有伸縮功能的結尾溜槽，借助其伸縮調整功能，會更宜于刮板鏈緊鏈力的調整，可更好地保障刮板鏈的安全、平穩(wěn)運行[3]。

1.4 巷道運輸設備

膠帶輸送機，轉載機以及破碎機等這些設備都屬于綜放工作面巷運輸設備，這些設備在工作面煤炭資源運輸作業(yè)中發(fā)揮著重要作用。在選擇運輸設備時，最好不要選用固定搭接式結構，而應選用機尾可快速移動的運輸設備。這樣不僅可有效簡化整體運輸系統(tǒng)，很好地解決膠帶跑偏問題；而且可滿足超大儲量下，進行高強度放頂煤開采作業(yè)時，對設備實際運行壽命指標等的相關要求。

應采用整體組焊式結構，與啞鈴式連接方式來布設轉載機落地段，這樣可增強轉載機的可彎曲性，不僅可使轉載機更好地適應底板，而且可進一步優(yōu)化巷道運輸設備的總體布設。經(jīng)多年實際應用，人們發(fā)現(xiàn)整體組焊式輸煤槽易對接安裝，具有較強的整體剛度；同時也可顯著延長輸煤槽實際過煤壽命。此外，采用可伸縮機頭也有利于改善轉載機鏈張力，進一步提升轉載機機械效能轉換能力[4]。

2 “三機”的合理配套

2.1 生產(chǎn)能力配套

礦井綜采工作面的生產(chǎn)系統(tǒng)包括的設備主要有：采煤機、液壓支架以及多種輸送機如刮板輸送機、轉載機、破碎機、皮帶運輸機等。其中采煤機的實際生產(chǎn)能力應符合工作面生產(chǎn)負荷需求，液壓支架的移架速度應與采煤機實際牽引速度一致，刮板輸送機的實際輸送能力應比采煤機的采煤能力適當大些，而乳化液泵站實際輸出的壓力與流量應足夠大，應能給液壓支架提供符合支護要求的初撐力并滿足其相關動作速度需求。

2.2 空間尺寸的配套

在實際生產(chǎn)作業(yè)中，綜采工作面的“三機”應進行科學合理的空間尺寸配套。則：

式中：F為支柱前柱到煤壁沒有立柱情況下的空間寬度（m）；e為煤壁到鏟煤板間的實際距離，e可取0.10～0.20 m；B為立柱水平投影長度（m）；可依據(jù)立柱最大高度的投影情況進行計算，G為輸送機寬度（m）；G=f+s+a+b，其中f為鏟煤板的寬度，通常在0.15～0.24 m之間；s為輸送機槽的寬度（m）；a為電纜槽與導向槽的實際寬度大?。?.36 m左右）；b為前柱與電纜槽間的實際距離（0.20～0.40 m之間）[5]。

基于安全角度考慮，F(xiàn)應盡量小。

式中：L為前柱至梁端的距離大?。╩）；D為支架梁端與煤壁間沒有支護時的間隙大小，通常取0.20～0.40 m，當煤層較薄的情況下一般取小值，而當煤層較厚時一般取大值。

式中：l為支架頂梁寬度大?。╩）；A為采煤機機身高度大小，其一般為輸送機高度大小與采煤機底托架高度h（可從輸送機中部開始計算）的和，但底托架高度也應足夠大，應確保過煤高度至少在0.25 m以上；C為采煤機機身上部到頂梁的高度大小，最小值一般也在0.25～0.90 m之間。

3 放頂煤回采工藝系統(tǒng)

3.1 開采工藝的選用應與開采設備相適應

采煤工作面要想實現(xiàn)高產(chǎn)、高效，首先應把采場水文地質情況、頂煤運移情況以及頂板冒落規(guī)律等都充分弄清楚。只有徹底弄清上述規(guī)律是如何影響采煤工作的，并依據(jù)實際情況科學合理地調整開采工藝，才能確保采煤設備更好地適應采場工作條件，才能確保各種設備生產(chǎn)效能實現(xiàn)最大化[6]。

3.2 放煤步距布設應科學、合理

就綜采放頂煤采煤工藝而言，放煤步距屬于重要的工藝技術參數(shù)，布設得合理與否會直接影響到礦井煤炭資源采出率以及工作面煤炭產(chǎn)品質量。合理的放煤步距，可有效提高工作面煤炭資源采出率。在實際生產(chǎn)中，若放煤步距過大，易致使過多的頂煤不斷地流入采空區(qū)，出現(xiàn)嚴重丟煤現(xiàn)象；而放煤步距過小，易造成過量矸石流入放煤口，影響煤炭質量。在實際生產(chǎn)作業(yè)中，通過對各種影響放煤步距因素的綜合分析，發(fā)現(xiàn)可按下述原則來確定放煤步距：選用的放煤步距一方面應與采煤工藝相匹配，特別應重視讓放煤步距正比于采煤機截深。另一方面應最大限度地確保放出的頂煤實現(xiàn)破碎率最大，盡量少混入矸石的目的[7]。

3.3 放煤方式的選用應合理

進行放煤作業(yè)時頂煤放出的順序情況、各支架放煤口的總放煤量大小、支架單次放煤量以及平行開啟的放煤口具有的支架數(shù)量等這些都應為放煤方式所包含的內容。放煤方式所包含的形式多種多樣，通常可分為單輪放煤、多輪放煤以及間隔放煤、順序放煤等。在實際生產(chǎn)中，因對放煤量的精準控制很難；對此，可借助FLAC數(shù)值模擬軟件來實施模擬分析作業(yè)，或對各種實踐經(jīng)驗進行長期分析總結，得到一系列經(jīng)驗數(shù)據(jù)。經(jīng)長期實踐發(fā)現(xiàn)在各種放煤方式中，多輪間隔放煤可獲得相對較理想的放煤效果；因此，在實際生產(chǎn)作業(yè)中最好選用多輪間隔放煤的作業(yè)方式來進行放煤作業(yè)[8]。

4 結語

總之，綜采放頂煤開采作業(yè)要想取得良好的開采效果，一方面應讓工作面設備實現(xiàn)科學合理的配套，另一方面應重視不斷優(yōu)化采煤工藝技術。這樣才能有效提高工作面采煤效率，才能為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟效益。