綜放工作面設(shè)備配套研究

王 祿

（華陽新材料科技集團(tuán)有限公司裝備管理部， 山西 陽泉 045000）

引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，煤礦企業(yè)在開采技術(shù)以及開采設(shè)備上都有了巨大變革，現(xiàn)代化綜采設(shè)備在采煤工作面的廣泛應(yīng)用，不僅提高了煤炭資源的采出率及開采效率，還對(duì)煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)提供了有效保障。工作面“三機(jī)”設(shè)備的配套適用就是現(xiàn)代化采掘技術(shù)在煤礦高效生產(chǎn)應(yīng)用的典范，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件及生產(chǎn)條件選用合理的配套設(shè)備進(jìn)行煤炭資源開采，才能提高設(shè)備使用效率及工作面生產(chǎn)效率，從而為打造礦井安全高效開采模式奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 設(shè)備配套原則

綜放工作面開采設(shè)備主要為采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架三種，對(duì)三種設(shè)備的合理配套使用，才能實(shí)現(xiàn)開采體系正常運(yùn)轉(zhuǎn)，煤礦“三機(jī)”配套遵循原則：應(yīng)適應(yīng)工作面地質(zhì)條件，煤層厚度、傾角、頂?shù)装迩闆r及復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造情況；“三機(jī)”生產(chǎn)能力要匹配，采煤機(jī)開采能力應(yīng)滿足工作面生產(chǎn)要求，輸送機(jī)輸送能力以及支架移架速度等應(yīng)匹配工作面的生產(chǎn)能力；端頭支架與采煤機(jī)、液壓支架匹配[1]；“三機(jī)”尺寸也應(yīng)滿足要求，應(yīng)考慮三種設(shè)備在工作面的空間位置關(guān)系，以及設(shè)備之間的尺寸協(xié)調(diào)關(guān)系，避免互相干擾，并盡可能發(fā)揮設(shè)備的優(yōu)良性能；“三機(jī)”設(shè)備使用壽命應(yīng)相匹配，確保采煤機(jī)開采能力與液壓支架的使用年限以及刮板機(jī)輸送煤量等服務(wù)時(shí)長相匹配。

2 設(shè)備選用要求

2.1 采煤機(jī)

采煤機(jī)的選用關(guān)乎著工作面的生產(chǎn)能力乃至整個(gè)礦井的生產(chǎn)能力，目前采煤機(jī)型號(hào)選用仍是依據(jù)工作面現(xiàn)場地質(zhì)情況及礦井設(shè)計(jì)開采產(chǎn)量來進(jìn)行匹配的。涉及到煤層傾角及煤厚，頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定性，煤質(zhì)等諸多因素。滾筒以及牽引速度是采煤機(jī)兩個(gè)重要參數(shù)，往往決定著采煤機(jī)的開采能力，采煤機(jī)滾筒主要考慮其截深以及滾筒轉(zhuǎn)速，而滾筒截深即對(duì)煤壁的截割深度，主要受煤層厚度以及煤體軟硬的影響，煤層頂?shù)装鍘r性等也會(huì)影響截深的選取，放頂煤工藝主要為0.6～0.8 m。滾筒轉(zhuǎn)速對(duì)裝載量、粉塵量以及電能損耗有著很大影響，轉(zhuǎn)速越快，直觀上采煤效率也就越快，但相應(yīng)產(chǎn)生的粉塵量也會(huì)越大，且截割部電能損耗及設(shè)備損耗也就越為嚴(yán)重。牽引速度即采煤機(jī)的工作速度，一般受電動(dòng)機(jī)功率影響，實(shí)際生產(chǎn)中液壓支架以及刮板輸送機(jī)也會(huì)對(duì)牽引速度產(chǎn)生影響，例如支架移架速度及輸送機(jī)輸送快慢的影響。一般來說工作面牽引速度在10 m/s 左右，空載工作速度28 m/s 左右。

2.2 刮板輸送機(jī)

刮板輸送機(jī)的運(yùn)行速度以及其承載能力直接影響著它的運(yùn)輸能力，刮板輸送機(jī)在電機(jī)啟動(dòng)后，鏈輪會(huì)在減速器以及耦合器的帶動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中刮板鏈便通過帶動(dòng)煤體進(jìn)行工作，煤體沿溜槽運(yùn)送到機(jī)頭部進(jìn)行卸載。“三機(jī)”配套要求其輸送能力要大于采煤機(jī)的割煤速度，保證不會(huì)將采煤機(jī)割落的煤滯留在工作面影響開采[2]。作為采煤機(jī)的承載平臺(tái)，刮板機(jī)必須配有相應(yīng)的搭載裝置。相應(yīng)的刮板輸送機(jī)的中部以及前后兩端要設(shè)有檢查裝置，對(duì)刮板鏈進(jìn)行及時(shí)檢查，以確保設(shè)備能夠安全有效運(yùn)行，也要設(shè)置監(jiān)測功能對(duì)電動(dòng)機(jī)、耦合器等設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測，做到輸送系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測及實(shí)現(xiàn)設(shè)備操控功能。

2.3 液壓支架

綜放工作面液壓支架依據(jù)其放煤口位置及結(jié)構(gòu)類型不同，可分高、中、低位放煤三種。其中低位放頂煤支架如下頁圖1。支架的選用主要受頂?shù)装逵绊懀簤褐Ъ茏钪饕墓δ苓€是其支護(hù)能力，一般來說工作阻力及穩(wěn)定性是衡量支架好壞的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。放頂煤液壓支架中設(shè)置側(cè)護(hù)板可加大工作面的密封性，防止頂煤冒落，并確保側(cè)護(hù)板的靈活調(diào)節(jié)，方便后續(xù)的移架工作快速進(jìn)行。中間支架頂梁的長度應(yīng)盡可能減短，這樣可以使控頂面積縮小，以提高支架的支護(hù)強(qiáng)度。適當(dāng)縮短掩護(hù)梁的長度可以有效加快頂煤的放煤速度，前探梁的設(shè)置可減少冒頂事故及煤壁片幫，支架底座配置移架裝置可方便移架。同時(shí)為了方便工作面工人的正常工作，應(yīng)留有足夠的同行空間。整個(gè)支架系統(tǒng)應(yīng)做好聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測操作工作，確保支架供液安全并配置防塵系統(tǒng)。工作面的安全生產(chǎn)完全依賴液壓支架能否取得預(yù)期效果，液壓支架通常在密閉空間進(jìn)行工作，綜放工作面放煤效果基本依賴于頂煤冒放前的完整性，以及能否在支架后方及時(shí)冒落。因此放頂煤開采不光要求支架具有支護(hù)功能，還要有一定的破煤能力，要保證頂煤能夠在支架后方及時(shí)冒放，因此支架的承載力不單為頂板巖石重量，還對(duì)頂煤等具有承載能力。

圖1 低位放頂煤液壓支架

3 設(shè)備選型配套研究

通過對(duì)綜采放頂煤設(shè)備的配套原則及選用要求進(jìn)行分析，要求“三機(jī)”設(shè)備應(yīng)具備在性能上以及空間分布上的匹配性，保障在實(shí)際工作中的協(xié)調(diào)配合，基本要做到煤體運(yùn)輸通道的暢通無阻。保障設(shè)備良好的技術(shù)指標(biāo)，確保“三機(jī)”設(shè)備正常工作以及后續(xù)維修工作可行。選用設(shè)備生產(chǎn)能力及使用壽命上應(yīng)相互匹配：前部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤能力大于采煤機(jī)生產(chǎn)效率，后部輸送機(jī)根據(jù)頂煤冒放速度進(jìn)行配合；支架的移架速度大于采煤機(jī)推進(jìn)速度、刮板輸送機(jī)的推溜速度大于采煤機(jī)推進(jìn)速度，以及兩設(shè)備的運(yùn)移速度與放頂煤頂煤冒放速度相匹配等[3]。“三機(jī)”設(shè)備的選型配套還應(yīng)確保單機(jī)之間的尺寸上相互配合，以確保各設(shè)備運(yùn)行時(shí)不互相影響，采煤機(jī)和刮板機(jī)之間預(yù)留滾筒安全距離防止損壞設(shè)備，采煤機(jī)滾筒與支架頂梁之間預(yù)留安全距離，采煤機(jī)在刮板機(jī)上的支撐裝置與刮板機(jī)槽幫之間的間距留設(shè)，刮板輸送機(jī)與液壓支架底座之間預(yù)留推溜空間等。

4 工程實(shí)踐

某礦位于太行山東麓，井田走向6 km，傾向?qū)? km，總面積30 km2，設(shè)計(jì)年產(chǎn)量300 萬t，采用長壁放頂煤采煤法，設(shè)備機(jī)械化已達(dá)100%。按某工作面推進(jìn)長度1200 m，工作面全長160 m 計(jì)算，該工作面回采的8 號(hào)煤厚度6 m，煤層傾角平均7°，埋深350 m，頂板中等穩(wěn)定，直接頂為深灰色的砂質(zhì)泥巖和砂質(zhì)頁巖，厚度分別為25 m 以及4.2 m 左右。基本頂為灰白色細(xì)砂巖，厚度達(dá)22m,硬度系數(shù)8～10。依據(jù)“三機(jī)”配套原則，并確保設(shè)備安全高效運(yùn)行，采煤經(jīng)濟(jì)效益最大化，決定選用KSW-1500EU 電牽引采煤機(jī)、前后兩部刮板機(jī)選用SGZ1000/2×1200 式中雙鏈刮板輸送機(jī)以及ZF15000-23/43 型號(hào)的綜放液壓支架，支架參數(shù)見表1。確定工作面采高2.8 m，采煤機(jī)截深0.8 m，放煤步距也為0.8 m，一采一放進(jìn)行作業(yè)。實(shí)際工作過程中，工作面進(jìn)刀數(shù)2.2 刀，工作時(shí)間每班240 min，每個(gè)月產(chǎn)生的故障次數(shù)不超過3 次。經(jīng)計(jì)算，該工作面實(shí)際出煤4500 t/班，月產(chǎn)量達(dá)35 萬t，年產(chǎn)量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)量已達(dá)420 萬t，經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。

表1 綜放液壓支架參數(shù)表

5 結(jié)語

綜放工作面開采過程中，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備構(gòu)成一個(gè)開采系統(tǒng)，相互配合使用以達(dá)到設(shè)備最優(yōu)化最高效的運(yùn)行效果，任何設(shè)備的損壞都會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)失去工作能力，做好綜放工作面設(shè)備配套研究，主要就是“三機(jī)”在工作面生產(chǎn)過程中的配合問題，一旦發(fā)生意外，將直接對(duì)工作面生產(chǎn)能力產(chǎn)生影響，影響到煤礦經(jīng)濟(jì)效益，甚至對(duì)煤礦工人安全造成威脅。因此加強(qiáng)設(shè)備整體協(xié)調(diào)配套，確保生產(chǎn)過程中做到有效有序運(yùn)行，才能發(fā)揮各設(shè)備的優(yōu)良性能，以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的生產(chǎn)目標(biāo)。