薄煤層工作面三機(jī)配套選型及應(yīng)用效果分析

張金貴

（沁和能源集團(tuán)有限公司 候村煤礦，山西 沁水048205）

我國薄煤層煤炭儲(chǔ)量約620億噸，占總體儲(chǔ)量的17.5%。目前隨著薄煤層綜采設(shè)備制造技術(shù)的提升，薄煤層開采已經(jīng)向集約化、自動(dòng)化、無人化發(fā)展。這對(duì)配套設(shè)備在裝機(jī)功率、運(yùn)輸能力、可靠性和安全性等方面提出了更高的要求。如何進(jìn)一步完善薄煤層工作面設(shè)備選型配套技術(shù)，提高工作面產(chǎn)量和開機(jī)率，實(shí)現(xiàn)薄煤層的高效安全生產(chǎn)，是目前需要解決的重大問題之一。

1 工作面概況

新元煤礦94311為首個(gè)薄煤層工作面，開采山西組9＃煤層。厚度1.1～1.8m，工作面設(shè)計(jì)長度1775m，傾斜長度200m；工作面貫穿老母掌向斜，整體為褶曲構(gòu)造，構(gòu)造附近伴生有一些小的斷裂構(gòu)造。預(yù)計(jì)94221巷掘進(jìn)到960m左右時(shí)，可能會(huì)揭露一正斷層；掘進(jìn)到1155m左右時(shí)，可能揭露一沖刷帶；并且在切眼位置外50m左右有一陷落柱。工作面掘進(jìn)過程中主要的充水源為上覆巖層裂隙水，掘進(jìn)過程中會(huì)有少量滲水，預(yù)計(jì)最大涌水量5m3／h，正常涌水量1.5m3／h。煤層的頂板和底板均由致密堅(jiān)硬的砂巖和灰?guī)r構(gòu)成。

2 工作面“三機(jī)”生產(chǎn)能力配套

1）確定工作面所需生產(chǎn)能力

工作面生產(chǎn)能力應(yīng)考慮：同類設(shè)備在生產(chǎn)中的實(shí)際生產(chǎn)能力和所選設(shè)備能夠保證實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力。

工作面需要的生產(chǎn)能力為：

式中：Q1為工作面需要的生產(chǎn)能力，t／h；Qd為日生產(chǎn)能力，t／d，根據(jù)《94311工作面作業(yè)規(guī)程》，取 Qd＝2419t／d；K為生產(chǎn)不均衡系數(shù)，取0.9；N為日作業(yè)班數(shù)，取4；M為日檢修班數(shù)，取1；T為每班工作時(shí)數(shù)，取6；S為時(shí)間利用系數(shù)。取0.95。

2）核算采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力

式中：Q2為采煤機(jī)械可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t／h；v1為采煤機(jī)械平均牽引速度，3.0m／min；H為采煤平均割煤高度，1.6 m；B為滾筒截深，0.80m；R為煤的密度，1.51t／m3。

3）核算刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力

式中：Q3為輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t／h；F為貨載斷面積，m2；φ為中部槽裝滿系數(shù)，一般取φ＝0.65～0.9；γ為煤的松散密度，一般γ＝0.85～1，t／m3；v2為鏈板速度，1.02m／s。

式中：ρ為煤在溜槽中的堆積角度，靜止時(shí)間取ρ＝30°～40°；ρ′為運(yùn)動(dòng)時(shí)煤在溜槽中的堆積角度，取20°～30°；B為溜槽寬度，0.724m；h1為上槽高度，0.24m；b為擋煤板至溜槽邊緣距離，0.2m。

通過上述基本計(jì)算，得出 Q1＝127.3，Q2＝347.9，Q3＝388.6，各單機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)滿足且大于工作面設(shè)計(jì)所需的生產(chǎn)能力，即Q3＞Q2＞Q1。根據(jù)計(jì)算，各機(jī)械設(shè)備滿足且大于工作面設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求。

3 工作面“三機(jī)”空間尺寸配套關(guān)系

采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架之間無論是在性能參數(shù)還是空間尺寸等方面都能相互配套，可有效提高工作面的生產(chǎn)能力。結(jié)合新元煤礦所選設(shè)備和煤層條件分析綜采設(shè)備配套關(guān)系。采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架之間的尺寸配套關(guān)系見圖l。該圖表示采煤機(jī)割過煤，并移架后的工作圖。

圖1 綜采工作面“三機(jī)”空間尺寸配套關(guān)系示意

1）綜采工作面所需最低采高的確定

由圖1可以看出綜采工作面所需的最低采煤高度。

式中：δ為機(jī)道上方液壓支架頂梁厚度，66～106mm，取106mm；Y為過機(jī)高度，在割煤后頂板下沉?xí)r機(jī)器仍能順利通過，Y≥90mm（薄煤層）到200～250mm，在這里取最小值90mm；A為機(jī)面高度，取845mm。

則：H＝δ＋Y＋A＝106＋90＋845＝1041mm。

在不考慮地質(zhì)條件變化的情況下，綜采工作面所需的最低采煤高度為1.085m。另外還要考慮采煤機(jī)要有一定的臥底量K，以適應(yīng)底板起伏不平，一般K＝100～300 mm，所選用采煤機(jī)為300mm。

所以綜采工作面所需最低采煤高度應(yīng)為1.341m。而根據(jù)實(shí)測(cè)情況工作面的采高為1.412～1.452m，與計(jì)算相差71～111mm。

2）綜采面機(jī)道寬度的確定

機(jī)道寬度就是采煤機(jī)割過煤，尚未移架，從支架立柱中心線至煤壁的距離。機(jī)道寬度R為：

式中：J為采煤機(jī)截深，取800mm；E為煤壁與鏟煤板間距，為防止輸送機(jī)在彎曲段時(shí)滾筒截割鏟煤板，取180 mm；X為液壓支架立柱與電纜槽之間距離，取1280mm；d為液壓支架立柱外徑，取250mm；W為輸送機(jī)寬度，W＝F＋B＋G；F為鏟煤板寬度，取270mm；B為中部溜槽寬度，取764mm；G為導(dǎo)向槽寬度，取300mm；V為電纜槽寬度，取280mm。

經(jīng)計(jì)算為3.999m，實(shí)測(cè)為3.980m，符合要求。另外該面人行道尺寸寬度應(yīng)不低于400mm，高度不低于700 mm。實(shí)測(cè)寬度為1.28m，高度為1.30m，符合要求。

4 工作面配套設(shè)備的選擇

根據(jù)新元煤礦煤層賦存特點(diǎn)，結(jié)合采煤機(jī)的生產(chǎn)能力和工作面板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，確定工作面的 “三機(jī)”配套設(shè)備，采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)分別見表1、表2、表3。

表1 MG2×160／710－WD采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 ZY4000／9／19型掩護(hù)式液壓支架技術(shù)參數(shù)

5 應(yīng)用效果分析及可靠性評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證工作面設(shè)備選型的合理性，初采期間工作人員對(duì)設(shè)備故障率及工作面開機(jī)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1）工作面設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)單元可靠性統(tǒng)計(jì)

工作面設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)由采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、泵站、供電系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、煤流外運(yùn)系統(tǒng)、供水通風(fēng)系統(tǒng)等單元組成。對(duì)94311工作面生產(chǎn)班各單元環(huán)節(jié)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。但是94311工作面煤層不穩(wěn)定，矸石多，其實(shí)際煤層厚度，達(dá)不到開采前估計(jì)的平均厚度1.21m，尤其是從87＃支架附近處煤層尖滅，直到120＃支架附近至機(jī)尾才有約0.3m的煤層。從2014年11月16日初采至2015年3月10日，工作面推進(jìn)不到100m，機(jī)電設(shè)備故障見表4。

表4 機(jī)電設(shè)備故障時(shí)間

2）工作面開機(jī)率的統(tǒng)計(jì)

將工作面開機(jī)率統(tǒng)計(jì)分為兩個(gè)階段。第一階段，在工作面開始回采到工作面回采100m的區(qū)間內(nèi)，該階段為設(shè)備磨合期，選取一段時(shí)間統(tǒng)計(jì)設(shè)備開機(jī)率特點(diǎn)（見圖2）。第二階段為回采100～200m區(qū)間，該階段已經(jīng)度過磨合期，設(shè)備效能得到正常發(fā)揮，再對(duì)該階段內(nèi)某一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的開機(jī)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。由圖2可知，94311綜采工作面開機(jī)率變化不大，偶爾出現(xiàn)設(shè)備故障，引起工作面開機(jī)率降低，平均40%左右。

圖2 工作面開機(jī)率統(tǒng)計(jì)實(shí)例

6 結(jié)語

通過初采階段工作面設(shè)備運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析得出，工作面三機(jī)配套選型合理，能夠滿足生產(chǎn)的需要。但結(jié)合現(xiàn)場出現(xiàn)的一些問題，對(duì)94311薄煤層綜采工作面提出以下建議：

1）在保證最低采高的情況下，應(yīng)盡量少割底板或不割底板。在遇到煤層變薄、尖滅或斷層時(shí)，應(yīng)該考慮采取放炮處理。

2）為使采煤機(jī)滾筒獲得最佳的截割力，應(yīng)降低采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速。滾筒最好設(shè)置兩種以上轉(zhuǎn)速；在采煤機(jī)截割部傳動(dòng)系統(tǒng)中，應(yīng)按照低速要求來設(shè)計(jì)各傳動(dòng)部件，以獲得更高的使用壽命；在保證安全生產(chǎn)前提下，應(yīng)該加強(qiáng)管理，避免不必要的停機(jī)，采取措施提高采煤機(jī)開機(jī)率。

〔1〕徐亞軍，王國法.基于滾筒采煤機(jī)薄煤層自動(dòng)化開采技術(shù)〔J〕.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（11）：6－9.

〔2〕季俊成.綜采工作面三機(jī)配套設(shè)備的合理選擇〔J〕.煤炭技術(shù)，2011，30（4）：16－17.

〔3〕張佳偉.綜采設(shè)備的配套關(guān)系及采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)的選擇〔J〕.煤礦機(jī)械，2000，（3）：5－7.