特厚煤層大采高綜放工作面設(shè)備安裝設(shè)計(jì)與實(shí)踐

馬喜春

(山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033600)

0 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入到以中高速增長(zhǎng)、裁汰落后產(chǎn)能為主要特征的“新常態(tài)”，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量與效率[1]。在煤炭生產(chǎn)領(lǐng)域逐漸推進(jìn)以高煤炭資源采出率、高煤炭生產(chǎn)效率的采煤方法來(lái)代替過去較為粗放的房柱式、巷采式、炮采式等較為落后的采煤方法[2]。提出了以綜合機(jī)械化采煤法、綜采放頂煤等高機(jī)械化、自動(dòng)化的采煤方法[3]。特別是在特厚煤層開采時(shí)，我國(guó)煤炭科研工作者提出了大采高放頂煤采煤法，并在斜溝煤礦率先使用。由于大采高放頂煤采煤法與傳統(tǒng)綜采放頂煤在工作面設(shè)備運(yùn)輸與安裝方面有著較大差異，眾多學(xué)者針對(duì)這一問題從不同角度進(jìn)行了研究。學(xué)者馬良慧[4]以山寨煤礦綜放工作面為例，從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐角度，為綜放工作面設(shè)備設(shè)計(jì)了一種快速安裝的方法，并在該礦11052工作面得到了成功實(shí)踐，但這種安裝只適用于普通采高下的放頂煤工作面設(shè)備安裝，并不能直接推廣至大采高工作面的設(shè)備運(yùn)輸與安裝。田華[5]在詳細(xì)分析寬溝煤礦大采高放頂煤工作面的設(shè)備安裝設(shè)備與工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)安裝設(shè)備與平臺(tái)進(jìn)行了研究。但該研究主要針對(duì)于安裝設(shè)備的選擇，對(duì)于設(shè)備安裝設(shè)計(jì)研究較為有限[6-7]。

但這些研究普遍未能解決當(dāng)前我國(guó)大采高綜放工作面的設(shè)備安裝遇到的實(shí)際問題[8]。針對(duì)斜溝煤礦大采高放頂煤采煤法的工作面設(shè)備運(yùn)輸與安裝問題，以斜溝煤礦23101工作面設(shè)備運(yùn)輸與安裝為例，為大采高放頂煤工作面設(shè)備重新規(guī)劃了運(yùn)輸路線，對(duì)運(yùn)輸經(jīng)過巷道提出了整改要求，對(duì)設(shè)備安裝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了工作面設(shè)備安裝速度，保障了工作面的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，為斜溝煤礦后續(xù)工作面以及類似礦井工作面設(shè)備運(yùn)輸與安裝提供借鑒。

1 工作面概況

1.1 工作面地質(zhì)概況

斜溝煤礦23101大采高綜放工作面南側(cè)為21采區(qū)回風(fēng)上山，東側(cè)為正在回撤的23103工作面，北側(cè)、西側(cè)均為實(shí)煤區(qū)，上部為8#煤層18111、18109采空區(qū)和原店灣煤礦(開采8#煤，已關(guān)閉)。工作面位于魏家灘鎮(zhèn)和黃家溝村東南側(cè)，地表北部有黃家溝，南部有石吉塔溝，地表為黃土山區(qū)，起伏較大，蓋山厚度：291～436 m。13#煤層厚度13.58～14.42 m，平均煤厚14.01 m；煤傾角9.2°～9.6°，平均9.3°。該工作面基本頂為中細(xì)粒砂巖，直接頂為泥巖，基本底為泥巖，直接底為炭質(zhì)泥巖。

1.2 巷道布置情況

23101皮帶巷為矩形斷面(斷面規(guī)格5 200 mm×3 800 mm，凈斷面5 000 mm×3 450 mm，底板硬化，C25砼厚150 mm)，全長(zhǎng)1 855 m。

23101材料巷為矩形斷面(斷面規(guī)格4 800 mm×3 600 mm，凈斷面4 600 mm×3 200 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全長(zhǎng)1 873 m。

23101工作面開切眼和兩巷垂直，斷面為矩形(斷面規(guī)格9 300 mm×3 800 mm，凈斷面9 100 mm×3 400 mm，擴(kuò)幫后斷面10 300 mm×3 400 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全長(zhǎng)240 m(平距中-中)。

1.3 工作面主要設(shè)備

由于23101工作面為大采高綜放工作面，其工作面主要生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)輸尺寸較大、重量較重，故應(yīng)當(dāng)對(duì)工作面主要生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，調(diào)研結(jié)果見表1。

表1 23101工作面主要使用設(shè)備

2 工作面主要設(shè)備運(yùn)輸路線及順序設(shè)計(jì)

2.1 工作面主要設(shè)備運(yùn)輸路線設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)工作面設(shè)備運(yùn)輸路線時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)礦井開拓系統(tǒng)、準(zhǔn)備系統(tǒng)以及回采系統(tǒng)進(jìn)行全面考察，實(shí)地測(cè)量設(shè)計(jì)運(yùn)輸路線所經(jīng)過巷道的斷面尺寸是否滿足設(shè)備運(yùn)輸?shù)淖畹统叽?，同時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)巷道進(jìn)行一定的整修，包括巷道轉(zhuǎn)彎處的抹平處理、巷道懸掛線纜的整理、巷道底板未硬化段的整體硬化以及對(duì)巷道積水處進(jìn)行排水處理?？傊仨毐ＷC工作面設(shè)備運(yùn)輸路線所經(jīng)巷道符合設(shè)備運(yùn)輸要求，不能對(duì)設(shè)備運(yùn)輸產(chǎn)生影響?，F(xiàn)對(duì)23101大采高綜放工作面設(shè)備運(yùn)輸落線規(guī)劃如下。

1#副斜井→1#副斜井延伸段→二水平輔運(yùn)石門→21采區(qū)輔助運(yùn)輸上山→23101輔助斜巷→23101材料巷→23101工作面(升井路線按原路返回)。

2.2 工作面主要設(shè)備運(yùn)輸順序規(guī)劃

工作面設(shè)備運(yùn)輸是必須對(duì)設(shè)備運(yùn)輸順序進(jìn)行規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)按照該工作面設(shè)備組裝順序與組裝位置進(jìn)行運(yùn)輸順序規(guī)劃，防止因運(yùn)輸時(shí)的順序發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致工作面設(shè)備在組裝時(shí)出現(xiàn)返工、延誤工作面生產(chǎn)進(jìn)度?，F(xiàn)對(duì)工作面設(shè)備運(yùn)輸順序規(guī)劃如下。

皮帶機(jī)自移機(jī)尾→轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部分→破碎機(jī)→機(jī)頭端頭架→轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾部分→機(jī)頭端頭架→后部刮板輸送機(jī)機(jī)頭→機(jī)頭過渡架→前部刮板輸送機(jī)機(jī)頭→后部運(yùn)輸機(jī)過渡槽→機(jī)頭過渡架→前部運(yùn)輸機(jī)過渡槽→后部運(yùn)輸機(jī)中間槽→液壓支架→前部運(yùn)輸機(jī)中間槽→采煤機(jī)→后部刮板輸送機(jī)機(jī)尾→機(jī)尾過渡架→前部刮板輸送機(jī)機(jī)尾→材料巷超前支架→工作面設(shè)備列車。

3 大采高綜放工作面設(shè)備安裝設(shè)計(jì)

3.1 皮帶機(jī)自移機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的安裝

安裝順序：皮帶機(jī)自移機(jī)尾→機(jī)頭傳動(dòng)部→鏈輪組件→架橋槽→凸槽→特殊架橋槽→架橋槽→鉸接槽→(破碎機(jī))→推移槽→聯(lián)接槽→特殊推移槽→開口槽→破碎槽→卸載槽(7節(jié))→機(jī)尾組件。

安裝方法：首先將轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)在地面進(jìn)行組裝，組裝完后對(duì)其按照入井安裝順序進(jìn)行編號(hào)。用FBL-55型鏟板車將皮帶自移機(jī)尾運(yùn)至工作面安裝地點(diǎn)，后將轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部運(yùn)到安裝地點(diǎn)后將其爬升至皮帶機(jī)自移機(jī)尾上對(duì)位穩(wěn)好(用多功能叉車和手拉葫蘆配合將其端起伸到自移機(jī)尾上使連接定位銷對(duì)準(zhǔn)滑車連接孔慢慢落下，直至到位)，上好卡環(huán)并用方木(1 200 mm×1 200 mm的木垛)將機(jī)頭驅(qū)動(dòng)架支穩(wěn)，從機(jī)頭底鏈道穿入拉刮板鏈用的鋼絲繩。將轉(zhuǎn)載機(jī)頭電機(jī)減速器運(yùn)到位，再將機(jī)頭架橋槽運(yùn)到位，用FBL-10型多功能叉車將槽子叉起與轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭部對(duì)位安裝，上好對(duì)口螺栓，在其下方打好木垛將其支穩(wěn)。用同樣的方法依次將其余槽子(凸槽、調(diào)節(jié)槽、鉸接槽、推移槽、聯(lián)接槽)和破碎機(jī)安好，同時(shí)，破碎機(jī)用FBL-55型鏟板車整體運(yùn)到位對(duì)位安裝，然后依次安裝推移槽、卸料槽、機(jī)尾組件。待工作面供電、供水、供液系統(tǒng)形成后，將各管路連接好，用機(jī)頭張緊裝置張緊刮板鏈?zhǔn)蛊溥_(dá)到預(yù)張力。最后通過安設(shè)專用起吊錨索將電機(jī)減速器進(jìn)行對(duì)位安裝。

3.2 后刮板輸送機(jī)的安裝

后刮板輸送機(jī)共安裝機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部，機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部，機(jī)頭過渡槽1節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)中部槽104節(jié)，開口槽26節(jié)，特殊槽4節(jié)(機(jī)頭1節(jié)、機(jī)尾3節(jié))。

安裝順序：機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部→機(jī)頭過渡槽→機(jī)頭特殊槽→中部槽→開口槽→中部槽→機(jī)尾特殊槽→機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部。

安裝方法：依次拆除50 m以內(nèi)的內(nèi)落山側(cè)單體液壓支柱。用FBL-55型鏟板車整體運(yùn)輸后刮板運(yùn)輸機(jī)的機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部于設(shè)計(jì)地點(diǎn)后，確定安裝位置。用FBL-55型鏟板車把機(jī)頭過渡槽運(yùn)到位后，將其與機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部對(duì)位安裝，上好啞鈴銷。從機(jī)頭側(cè)底鏈道穿入拉底鏈的鋼絲繩。用同樣的方法安裝好其余的中部槽和機(jī)尾特殊槽、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部。在中部槽的安裝過程中從機(jī)尾方向開始向機(jī)頭鋪設(shè)上鏈，每鋪設(shè)60 m上鏈后將頂鏈繞過機(jī)頭鏈輪轉(zhuǎn)為底鏈，最后在將底鏈繞過機(jī)尾鏈輪與上鏈連接。

3.3 前刮板輸送機(jī)的安裝

前刮板輸送機(jī)共安裝機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部，機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部，機(jī)頭過渡槽(1節(jié)，4 800 mm)，標(biāo)準(zhǔn)中部槽(99節(jié))，開口槽(25節(jié))，變線槽(9節(jié)，機(jī)頭3節(jié)，機(jī)尾6節(jié))。

安裝順序：機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部→機(jī)頭過渡槽→機(jī)頭變線槽→開口槽→中部槽→機(jī)尾變線槽→機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部。

安裝方法：前刮板輸送機(jī)的機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部通過FBL-55型鏟板車運(yùn)輸?shù)桨惭b位置。用FBL-55型鏟板車把機(jī)頭過渡槽運(yùn)到位后，將其與機(jī)頭驅(qū)動(dòng)部對(duì)位安裝，上好啞鈴銷。從機(jī)頭側(cè)底鏈道穿入拉底鏈的鋼絲繩。用同樣的方法安裝好其余的中部槽和機(jī)尾特殊槽、機(jī)尾驅(qū)動(dòng)部。與后刮板輸送機(jī)安裝方法相同。

3.4 液壓支架安裝

由于工作面液壓支架分為中間架、端頭架以及過渡架，故在工作面液壓支架安裝時(shí)，必須注意安裝順序。應(yīng)當(dāng)將一組端頭架安裝至機(jī)頭端后，安裝3架過渡液壓支架，順次安裝132架中間架后，安裝4架機(jī)尾過渡支架，最后安裝一組機(jī)尾端頭架。為保證工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度與工作面安全回采，將機(jī)頭端架安置在皮帶巷，機(jī)尾端頭架安置于材料巷，為便于管理工作面刮板輸送機(jī)，應(yīng)當(dāng)將過渡液壓支架的第一架與前、后刮板輸送機(jī)機(jī)頭連接。

由于工作面的主要產(chǎn)量影響設(shè)備為前、后刮板輸送機(jī)，必須在工作面刮板輸送機(jī)安裝完畢之后，對(duì)工作面液壓支架進(jìn)行安裝與調(diào)試。將液壓支架運(yùn)輸至開切眼支架安裝位置之后，由支架搬運(yùn)車上卸下時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡量減小被安裝液壓支架與已安裝好的支架之間的夾角，待支架搬運(yùn)車開走后，接通待安裝支架的供液系統(tǒng)，并升架至距離開切眼頂板0.2 m處，并在工作面平行方向上對(duì)液壓支架進(jìn)行調(diào)整。之后，在工作面推進(jìn)方向上對(duì)通過人工操作，對(duì)液壓支架與前、后刮板運(yùn)輸機(jī)的連接問題進(jìn)行移架操作，待兩者完全對(duì)位連接后，升架使液壓支架頂梁與工作面頂板完全接觸，并施加初撐力，達(dá)到對(duì)工作面頂板進(jìn)行支護(hù)的效果。在工作面液壓支架全部安裝完畢之后，更改工作面供液系統(tǒng)為永久供液泵站供液。

3.5 采煤機(jī)安裝

由于大采高綜放工作面采煤機(jī)設(shè)備整體尺寸較大，結(jié)合斜溝煤礦具體生產(chǎn)實(shí)際，在地面必須對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行必要的拆卸。按照工作面采煤機(jī)的安裝順序，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行井下現(xiàn)場(chǎng)安裝。

首先采用一輛FBL-55型鏟板車將采煤機(jī)的右滾筒與右搖臂，運(yùn)輸至工作面采煤機(jī)安裝點(diǎn)，再配合使用兩輛FBL-55型鏟板車，將采煤機(jī)主機(jī)架運(yùn)輸至安裝點(diǎn)。此時(shí)，首先安裝采煤機(jī)主機(jī)架部分，利用單體液壓支柱與FBL-55型鏟板車將采煤機(jī)機(jī)頭與機(jī)尾滑靴放置于中部槽齒條上，保證齒條充分嚙合，使其能夠在齒條上順利移動(dòng)。然后，繼續(xù)采用一輛FBL-55型鏟板車將采煤機(jī)的左滾筒與左搖臂，運(yùn)輸至工作面采煤機(jī)安裝點(diǎn)。在工作面液壓支架安裝完畢之后，結(jié)合液壓支架與倒鏈(手拉葫蘆)，將采煤機(jī)左右搖臂安裝與采煤機(jī)主機(jī)架之上，采用油缸固定，隨之，將采煤機(jī)左右搖臂安裝到位。將各水管、油管正確連接好。參照采煤機(jī)的相關(guān)要求，依據(jù)規(guī)定的潤(rùn)滑油質(zhì)量與數(shù)量，向各個(gè)需油部位給油。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)保持采煤機(jī)的整潔，防止因四周雜物對(duì)采煤機(jī)正常工作產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語(yǔ)

大采高綜放工作面在我國(guó)應(yīng)用較少，其工作面設(shè)備具有相當(dāng)?shù)淖陨硖攸c(diǎn)。工作面設(shè)備結(jié)構(gòu)大、自重大、對(duì)運(yùn)輸以及安裝設(shè)備、運(yùn)輸路線所經(jīng)巷道要求高。本文依托斜溝煤礦23101大采高綜放工作面設(shè)備和運(yùn)輸與安裝工程實(shí)際，利用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研與工程類比的方法，對(duì)工作面地質(zhì)情況、巷道布置狀況、工作面預(yù)安裝設(shè)備、設(shè)備運(yùn)輸預(yù)設(shè)路線所經(jīng)巷道進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研與測(cè)量，按照工作面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)際狀況對(duì)工作面設(shè)備下井順序進(jìn)行了設(shè)計(jì)，按照設(shè)備運(yùn)輸路線對(duì)巷道斷面提出了整改要求，對(duì)于工作面主要設(shè)備安裝進(jìn)行了設(shè)計(jì)，提高了工作面設(shè)備安裝速度，保障了工作面的安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)，也為斜溝煤礦后續(xù)工作面的設(shè)備安裝提供了實(shí)踐基礎(chǔ)，為條件類似礦井提供了現(xiàn)場(chǎng)借鑒。