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速、滾筒結構參數、牽引速度等角度展開深入研究。但受采煤機類型等制約，可調整范圍相當有限。根據大量實踐，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，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，為薄煤層。12512 工作面結構簡單，局部有一層夾矸，屬穩定型煤層。煤層頂底板特征及斷層情況詳見表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 煤層頂底板特征及斷層情況

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構，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]。結合我國相關設計規范對液壓支架參數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構，刮板輸送機銷排座適當向采空側偏移。

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能力，為此，必須保證采煤機、刮板輸送機和液壓支架在結構、性能、聯接形式、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，技術人員通常結合生產經驗進行鏟間距選擇，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；通過同樣方式構建采煤機俯視圖，確定出滾筒、搖臂位置和嚙合點；結合試驗目的選擇中部槽數量，并圍繞鉸接點逐個旋轉，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”設備結構參數等的影響，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執行，推移機構則主要由推移桿、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、刮板輸送機槽幫高等進行優化設計后，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，生產摩擦火花產生的風險也顯著降低，綜采工作面工作環境得到有效改善。