薄煤層綜采工作面“三機”配套及裝煤效果探討

吳 東

（山西焦煤西山煤電東曲煤礦， 山西 太原 030200）

引言

薄煤層工作面采高低、煤層賦存條件不佳，為保證其開采效率，必須采用綜采機械化采煤方式。目前在部分煤礦較為常用的采煤機多電機并聯(lián)技術下，采煤機截割性能基本滿足采煤要求，但裝煤效果較差。為提升薄煤層綜采工作面裝煤效果，諸多學者先后從采煤機滾筒轉(zhuǎn)速、滾筒結(jié)構(gòu)參數(shù)、牽引速度等角度展開深入研究。但受采煤機類型等制約，可調(diào)整范圍相當有限。根據(jù)大量實踐，采用薄煤層工作面采煤機、液壓支架和刮板輸送機“三機”配套，并合理選擇各項參數(shù)，能有效改善薄煤層綜采工作面裝煤效果?；诖?，本文主要分析薄煤層工作面“三機”配套中影響裝煤效果的主要因素，為裝煤效果優(yōu)化提供一些建議。

1 H 煤礦12512 工作面概況

山西J 煤電集團H 煤礦五采2 號煤層厚度在0.80～1.75 m 范圍內(nèi)，為薄煤層。12512 工作面結(jié)構(gòu)簡單，局部有一層夾矸，屬穩(wěn)定型煤層。煤層頂?shù)装逄卣骷皵鄬忧闆r詳見表1。在工作面開采過程中制訂出“三機”配套選型方案，以便取得較好的裝煤效果。

表1 煤層頂?shù)装逄卣骷皵鄬忧闆r

2 綜采工作面“三機”配套

2.1 設備選型

考慮到煤層厚度變化方面的要求，該工作面選用大伸縮比兩柱掩護式液壓支架，配合以整體式頂梁結(jié)構(gòu)，通過降低頂梁厚度，以增大機械設備通行空間。為避免液壓支架壓死，應選擇工作阻力較大的液壓支架[1]。結(jié)合我國相關設計規(guī)范對液壓支架參數(shù)的限定及綜采工作面工作實際，應選用ZY5000/12/28 型基本支架和ZYT5600/20/42 型端頭支架，液壓支架高度應高出工作面最大采高100～200mm，支架中心距1.5m，梁端距200～350 mm。選用MG2×2×125/560WD 型騎溜槽形式采煤機、d1400 刀型齒滾筒及改進的SGZ764/630 型刮板輸送機，其鏟煤板為三角形結(jié)構(gòu)，刮板輸送機銷排座適當向采空側(cè)偏移。

2.2 “三機”配套

“三機”配套的主要目的在于提升綜采工作面安全生產(chǎn)能力，為此，必須保證采煤機、刮板輸送機和液壓支架在結(jié)構(gòu)、性能、聯(lián)接形式、強度、尺寸等方面完全匹配適應，確保各自效能及綜合效能的充分發(fā)揮。該薄煤層綜采工作面“三機”配套斷面具體如下頁圖1 所示。其中，A 為采煤機截割滾筒截割深度，通常按照截割步距確定[2]；B 為鏟間距；C 為滾筒下切程度；D為過煤高；S 為刮板輸送機中部槽內(nèi)寬；F 為空頂距；K 為過機空間，不小于200 mm；L 為行人空間；G 為實際采高。

圖1 薄煤層綜采工作面“三機”配套斷面圖

3 裝煤效果影響因素選取

3.1 鏟間距

刮板輸送機鏟煤板端部和滾筒葉片末端的距離即為鏟間距，主要起到防止采煤機斜切進刀過程中滾筒截割鏟板的作用。若鏟間距設置過小，則采煤機斜切進刀過程中滾筒嚴重截割鏟板，滾筒加速損壞；若鏟間距設置過大，則輸送機槽幫和滾筒葉片間距及煤流運輸距離均增大，裝煤效率必將降低。綜采工作面“三機”配套中，技術人員通常結(jié)合生產(chǎn)經(jīng)驗進行鏟間距選擇，為避免滾筒截割鏟板，鏟間距實際值一般較大，出于裝煤效果考慮，必須保證鏟間距取值的合理性。

薄煤層綜采工作面“三機”配套過程中必須依據(jù)設備實際尺寸進行斜切進刀檢查，操作步驟如下：通過有限元分析軟件構(gòu)建刮板輸送機俯視圖，并確定出鏟板邊線及槽交接點和嚙合線具體位置；通過同樣方式構(gòu)建采煤機俯視圖，確定出滾筒、搖臂位置和嚙合點；結(jié)合試驗目的選擇中部槽數(shù)量，并圍繞鉸接點逐個旋轉(zhuǎn)，以模擬斜切進刀過程；在已完成的刮板輸送機圖紙中放入采煤機俯視圖，并使采煤機嚙合點和刮板輸送機嚙合點重合，同時確定出刮板輸送機鏟板邊線與滾筒葉片末端的最小安全距離，所對應的鏟間距即為裝煤效果最佳的薄煤層綜采工作面鏟間距。

3.2 刮板輸送機槽幫高

刮板輸送機槽幫高從兩個方面影響裝煤效果，一是阻擋經(jīng)滾筒葉片輸送至槽幫處的煤流，使高出槽幫的部分進入槽體內(nèi)完成裝煤，其余部分則留在工作面，且槽幫高度越高，阻擋煤流的效果也越明顯；二是槽幫上沿和搖臂下沿之間形成過煤空間，在搖臂臥底尺寸既定時，槽幫高度越高，為裝煤所預留的過煤空間越小。

當前矮槽幫刮板輸送機已經(jīng)在綜采工作面廣泛應用，為保證裝煤效果，應在充分考慮設計運輸能力的基礎上，降低槽幫高度，提升裝煤效率。

3.3 液壓支架推移力

因地層條件、“三機”設備結(jié)構(gòu)參數(shù)等的影響，薄煤層綜采工作面裝煤效率差異普遍存在，只改進刮板輸送機或采煤機很難使裝煤效率全面提升，還應借助液壓支架推溜輔助刮板輸送機裝煤過程。液壓支架推溜、移架等操作均通過推移機構(gòu)執(zhí)行，推移機構(gòu)則主要由推移桿、油缸、剪切銷、連接頭等部件組成。在工作面存在浮煤的情況下，會使推移機構(gòu)承受推移阻力增大，故而必須確保推移油缸具備較大的推移力，以使推移裝置克服浮煤影響后向刮板輸送機施加推力。

3.4 采煤機支撐形式

采煤機受刮板輸送機支撐的形式包括騎鏟板式和騎槽幫式兩種。騎鏟板式支撐形式下采煤機中心向煤壁側(cè)傾斜，刮板輸送機伸出的鏟煤板扎入煤堆的效果更好，并能有效避免煤料飄溜。騎槽幫支撐形式下，刮板輸送機鏟煤板不伸出，在裝煤推溜時引發(fā)煤料飄溜的可能性非常大，必須改用采煤機走空刀裝煤方式。由此可見，薄煤層綜采工作面“三機”配套應選擇騎鏟板式刮板輸送機。

4 結(jié)論

該綜采工作面采煤機、刮板輸送機及液壓支架“三機”配套使用及對鏟間距、液壓支架推移機構(gòu)、刮板輸送機槽幫高等進行優(yōu)化設計后，能有效避免液壓支架壓死，工作面推進速度明顯提升；薄機身采煤機及矮槽幫刮板輸送機的配合使用，避免了采煤機機身通過困難及煤矸卡阻，使采煤機和刮板輸送機運行工況大大改善，設備故障率降低。鏟間距增大后，采煤機斜切進刀過程中滾筒截割鏟板的現(xiàn)象得到有效遏制，采煤截割阻力降低，采煤機運行工況得到有效改善，機械運行事故率下降，生產(chǎn)摩擦火花產(chǎn)生的風險也顯著降低，綜采工作面工作環(huán)境得到有效改善。