基于薄～中厚煤層合理選配采煤機的應用實踐

杜 軍，孟國勝

(大同煤礦(集團)公司馬脊梁礦，山西 大同 037027)

馬脊梁煤礦是大同煤礦(集團)公司直屬的一座礦井，經過多次技術改造及三次大型改擴建工程，目前，已建設成為山西有名的大型現代化礦井。井田位于大同煤田西北邊緣，井田面積約17 km2，煤種為優質工業動力煙煤。該礦現開采14#、11#、7#煤層，14#與11#兩煤層間距為18～23 m。目前，全礦井采用綜合機械化后退式回采工藝。14#煤層煤炭儲量多，有必要合理采出這部分煤炭資源。

本礦14－3#煤層406盤區8602工作面，工作面長度為171 m，順槽長度1844 m。14－3#煤層沿工作面推進方向煤層厚度變化大、極不平均，工作面推進方向上前段400 m部分，煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.4 m，而工作面推進方向上后段1444 m部分，最厚處達4.4 m，煤層平均厚度為3.2 m，整個煤層平均厚度3.64 m，為沿工作面推進方向上厚度起伏變化的薄～中厚煤層。由于這種特殊性，加大了高產高效回采這部分煤炭資源的技術難度。因此，必須采取合理可行的技術并進行工程實踐開采這部分煤炭資源，達到8602工作面高產高效生產，同時提高煤炭資源的回收率。

1 合理選配采煤機

1.1 合理選配采煤機的必要性

406盤區8602工作面開采14－3#煤層，煤層特殊，沿工作面推進方向上厚度起伏變化。從工藝角度來看，綜采放頂煤開采工藝由于設備選配上加設了放頂煤液壓支架，可調整放煤高度，能夠適應煤層厚度變化［1］，但1433#煤層最大平均厚度只有 3.2 m，而放頂煤工藝要求煤層要求厚度在5 m以上，從整體上將不宜采用綜采放頂煤，只能采用綜采工藝開采。通過該礦30多年實踐生產經驗，對于這類問題從工作面設備配置(尤其采煤機合理選配上)可以找到可行實用的解決辦法。

該礦技術設計組初始設計時為該工作面配置的MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機(簡稱900采煤機)采高范圍為2.2～3.5 m，不適應開采該工作面里面的400 m。如果該工作面采用900采煤機開采，那么8602工作面里面的400 m將無法開采，只能白白浪費。并且14－3#層406盤區其它工作面的地質情況均與該工作面情況相同。為了提高406盤區8602工作面14－3#煤層開采的回收率，減少煤炭資源浪費，有必要重新配置生產設備，合理選配采煤機，以適應沿工作面推進方向上厚度起伏變化的煤層條件下的正常回采，高效采出8602工作面里面400 m部分的煤炭資源，提高回收率。

1.2 合理選配方案

該礦機電科有關人員通過研究分析，制定出多套開采方案，經過優化選擇，決定采用一部工作面刮板輸送機配套兩臺采煤機的方案進行開采，具體方案如下:8602工作面里面400 m部分，采用一臺適合開采煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.8 m的采煤機開采;工作面外面1444 m部分，采用原配置的適合開采煤層平均厚度為3.2 m的900采煤機。這樣工作面里面的400 m無法開采的難題就能順利地解決，整個工作面就可按計劃開采。該選配方案主要有以下優點:

1)適宜煤層段厚度變化，減少資源浪費。

2)增加了工作面的生產時間。

3)減少了綜采工作面搬家次數。

4)投資少(少配備刮板輸送機、轉載機、破碎機等一套三機設備)。

5)減少更換設備工時(更換采煤機時少，更換刮板輸送機、轉載機、破碎機等一套三機設備)。

6)煤炭回收率高(預計8602工作面采用該方案可多回采煤炭41萬t)。

該方案的缺點，對開采煤層平均厚度為2.3 m，最薄處為1.8 m部分的采煤機采高要求高，必須嚴格精選，選配的兩臺采煤機都必須能與SGW960/800刮板輸送機(簡稱800刮板機)配套。

1.3 方案實施過程

1)提前準備工作。初始設計配置的MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機(簡稱900采煤機)與SGW960/800刮板輸送機配套，所以，只需要再配一臺采高范圍為1.5～3.2 m并與SGW960/800刮板機配套的采煤機。要求生產廠家生產采高范圍為1.5～3.2 m的MG300/701－WD型電牽引采煤機(簡稱701采煤機)與SGW960/800刮板機配套，這樣就為在同一工作面采用同一部刮板輸送機配套兩臺采煤機的方案進行開采提供了必備條件。

2)方案具體實施。開采14－3#層406盤區8602工作面采用一部刮板輸送機配套兩臺采煤機的方法:將整個工作面沿推進方向上分為兩個區域進行開采，如圖1所示。即采用與SGW960/800刮板機配套的MG300/701－WD采煤機開采該工作面靠里面400 m的薄煤層區域，工作面推進到400 m位置時，更換成MGTY400/900－3.3D采煤機，開采該工作面靠外面的1444 m，完成工作面正常回采工作。

圖1 8602工作面布置及分區域開采范圍劃分示意圖

兩種采煤機正常割煤時，采用臥底與割頂相結合方式進行割煤，都采用鏈軌方式牽引。同時兩部采煤機都采用單向割煤方式，沿工作面往返一次進一刀，從尾向頭割煤，從頭向尾返空刀。前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，一次性采全高，循環進度0.8 m。采煤機正常割煤時，牽引速度控制在5 m/min，返空刀時，牽引速度控制在6.5 m/min。進刀方式都采用端部割三角煤斜切進刀法。當采煤機割通頭部煤壁后，把工作面尾部溜子推向煤壁，長度必須大于30 m，彎曲段長度不低于18 m，水平彎曲度小于2.5°。在采煤機從頭向尾返空刀時，沿尾部彎曲段溜子逐漸切入煤壁，直到采煤機全部進入溜子直線段達到規定截深，將尾部三角煤壁割通，完成尾部斜切進刀工序。在采煤機進刀后，把未移過的溜子逐漸推向煤壁使溜子成一直線，然后煤機從尾向頭正式割煤。

1.4 配套液壓支架的選型

由于選配了兩臺采煤機，若用兩套液壓支架費用太高，選用一套液壓支架必須同時與兩種采煤機配套。為了保證兩套采煤機的正常生產，有必要對與其配套的液壓支架進行選型。

類比該礦同煤層礦壓觀測資料得到8602工作面的礦壓參數參考數值，見表1。

8602工作面合理支護強度可由下式［2］計算

式中:

qt—工作面合理支護強度，kN/m2;

h—采高，m，工作面最大采高取3.5;

γ—頂板巖石容重，t/m3，取 2.5;

k—工作面支護應該支護的上覆巖層厚度與采高之比，取8。

表1 8602工作面參數參考數值表

根據以上計算分析，結合表1給出的參考數值，取最大值950 kN/m2即為工作面合理支護強度。查煤炭工業設計手冊［3］可得ZZ6000/17/37型支撐掩護式液壓支架的支架中心距為1.5 m，最小控頂距為4945 mm，最大控頂距為5805 mm，端面距340 mm，最大支護強度為1010 kN/m2，最小支護強度為850 kN/m2，所以，支架能夠滿足支撐頂板的要求。由于支架承受的頂板壓力最大為950 kN/m2，而支架自身對底板的壓力為55.2 kN/m2，故支架底板承受的壓力為1005.2 kN/m2，煤層底板單向抗壓強度為700 kN/m2，ZZ6000/17/37型支架的底板比壓為2860 kN/m2，能滿足抗壓要求。將工作面實際條件與ZZ6000/17/37型支架主要參數進行比對分析，得到比對結果見表2，可以發現ZZ6000/17/37型支架能滿足開采要求。因此，選擇ZZ6000/17/37型支撐掩護式液壓支架配套MGTY400/900－3.3D型電牽引采煤機及 MG300/701－WD采煤機，并且配套SGW960/800刮板機，完成對8602工作面薄～中厚煤層的合理高效開采。

表2 煤層參數與支架參數比對表

2 實踐應用效果

通過8602工作面6個月的生產實踐應用，該方案取得了好的應用效果，實用性強，取得了較好的綜合效益。

經過合理選配采煤機14－3#層406盤區8602工作面里面的400 m煤炭就可很順利采出，這樣就可多回收煤炭31萬多t噸，提高了煤炭資源的回收率，節約了工時和減少了設備資金的投入。

為同類薄～中厚煤層開采探索出一條合理高效的、可行的解決辦法。

3 結論

通過對馬脊梁煤礦406盤區8602工作面薄～中厚煤層開采過程中存在的資源浪費問題，對采煤機進行了合理選配提出了采用一部工作面刮板輸送機配套兩臺采煤機合理選配方案。該方案的實施取得了良好的綜合效益，減少了資源浪費。為開采本盤區其它工作面及其它類似工作面探索出一種好的辦法。按照這種方法，既提高了礦井的回采率，又為以后開采14－3#層406盤區其它回采工作面及其它類似薄～中厚煤層開采探索出一條合理高效、可行的解決辦法。

［1］呂 宏，孟國勝，劉旭東.厚煤層綜放開采設備選型及配套探討研究［J］.山西焦煤科技，2012(1):28－32.

［2］徐永圻.采礦學［M］.徐州:中國礦業大學出版社，2003:342－343.

［3］張榮立，何國緯.采礦工業設計手冊［M］.北京:煤炭工業出版社，199:562－568.