提高綜采工作面塊煤率的技術研究

孫文德+譚成理+周軍+袁祥+金毅+陳宣佑

摘 要：杉木樹煤礦通過引進MB2000×630型螺旋滾筒對MG300/700型采煤機其中一個滾筒進行更換，以及調整破碎機錘頭、改進降低割煤機滾筒轉速、改變滾筒旋轉方向和降低液壓支架支護強度生產工藝，改造優化煤炭各運輸環節，加強地面塊煤分選組織管理等一系列措施，使綜采工作面塊煤率得到大幅提高。

關鍵詞：綜采工作面 螺旋滾筒 塊煤率 大幅提高

中圖分類號：TD235.37 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（b）-0032-02

近年來，我國電煤需求量受國家能源轉型和經濟影響在逐年減少，煤炭企業面臨前所未有的生存壓力，煤炭企業加快資源整合和產品結構調整迫在眉睫。川煤芙蓉杉木樹煤礦隨著薄煤層（保護層）的開采，煤炭含矸量較大，直接降低了全礦商品煤的整體發熱量；同時，受全球經濟形勢及我國經濟增長減緩影響，全國煤炭總體增量減緩，煤炭價格及銷量逐漸下降。而塊煤價格長期保持在粉煤價格的2.5倍左右，為了增加煤炭銷售收入，提高企業經濟效益，提高綜采工作面塊煤率是杉木樹煤礦創效增收最直接、有效的途徑。同時，提高綜采工作面塊煤率還能大大降低綜采工作面粉塵量，改善作業環境。

1 綜采工作面提高塊煤率設備選型

影響綜采工作面塊煤率因素包括采煤機滾筒的轉速、截齒參數、截齒排列順序，以及采煤機的截割深度、牽引速度等，所以從源頭提高塊煤率對采煤機滾筒的選型顯得十分重要。

1.1 采煤機滾筒轉速、牽引速度的選擇

以往我國大部分煤礦所使用的大都是國產小功率采煤機，國產采煤機的滾筒轉速都是固定的。使用過程一旦工作機構發生過載，牽引速度下降，從而減小了截齒的截深和破煤塊度。據相關資料顯示，采煤機牽引速度與滾筒轉速之比在0.0762～0.1524時，可以獲得比較理想的破煤塊度。因此，可以相應地改變滾筒轉速，來實現滾筒轉速與采煤機牽引速度的方法來達到這一合適比例。

1.2 滾筒截割深度控制

截割深度的大小反映了截割性能的好壞，適當嘗試增加截割深度可以提高塊煤率，降低煤塵。但過大的截割深度會使截齒急劇磨損，單齒截割力增加，若不增加則會發生齒座啃煤的現象，從而使截齒的受力條件變壞，從而降低了截齒的使用壽命。

1.3 截齒排列方式選擇

截齒交叉排列的特點是后螺旋葉片上的截齒偏高于前螺旋葉片上截齒截線，沿2個截齒的空檔進行截割，它具有提高塊煤率，降低粉塵濃度的作用。目前國內使用的采煤機，其螺旋滾筒的特點是除端盤外破煤的截齒全部安裝在螺旋葉片上，截齒排列方式（以右旋滾筒為例）有棋盤式和順序式。而棋盤式的排列方式可大大增加破煤塊度。

1.4 截齒的安裝尺寸、數量選擇

盡量減少截齒的數量，以提高塊煤率，使之適應煤層地質條件。若數量太少，相鄰兩截齒間會有較大的殘留煤柱，它將會與無截割能力的齒座和葉片相碰，使齒座螺旋葉片過早磨損，降低滾筒的使用壽命，同時截割比能耗會劇增。

2 杉木樹煤礦塊煤率低主要原因

2.1 工作面產出塊煤低

（1）由于割煤機牽引速度及滾筒設計結構等諸多問題，造成工作面切割煤體后形成的塊煤少。

（2）由于限制較大塊煤進入煤倉造成堵塞，機巷安裝破碎機對大塊煤進行破碎，直接造成多數塊煤被破碎。

2.2 運輸環節損失

（1）杉木樹煤礦在井下設有主井煤倉和采區煤倉，采區煤倉高度在20 m左右，主井煤倉高度在40 m左右，煤炭運輸過程都需經過這些煤倉進行中轉。煤倉越深對塊煤損失就越大，塊煤跌落煤倉中造成的塊率損失在5%～8%。

（2）在各生產運輸和運輸轉載點，塊煤從高速運輸的皮帶上直落下一級設備上，造成沖擊破碎，造成每一個轉載點的塊煤損失在0.5%～1%上下。

（3）地面均采用人工對塊煤進行篩選，篩選耗時多，且量小效果差。

3 杉木樹煤礦提高綜采工作面塊煤率的方法及效果分析

3.1 工作面概況

應用地點N2442工作面位于N24采區西翼，工作面走向長275 m、傾斜長86 m，傾角2～5°，平均3°，可采儲量12.87萬 t。煤層厚度情況：風巷在煤層薄化區附近，從東至西B3+4煤層厚度在0.35～4.2 m，機巷煤層厚度從西至東3.5～4.8 m，B3+4煤層總體厚度在0.35～4.8 m之間，平均厚度3.4 m。

3.2 原有采煤方法及工藝

工作面采用走向長壁式采煤方法，采高為2.5～3.8 m。采用綜合機械化開采工藝，即工作面采用MG300/700-QWD型割煤機螺旋滾筒截割落煤，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，截深為0.6 m。

3.3 提高快煤率采取的措施

3.3.1 原煤生產環節采取的技術措施

在N2442工作面投產后，杉木樹煤礦采取了技術和管理相結合的措施，一方面提高工作面的毛塊煤率；另一方面降低各生產環節中塊煤的破碎損失，從而提高精塊煤產率。

（1）抓源頭，通過引進MB2000×630型螺旋滾筒，從破煤環節提高塊煤率。

①MB2000×630型螺旋滾筒與MG300/700型采煤機滾筒參數比較。

滾筒截齒數量的多少主要由地質條件、截齒質量以及安裝方式決定。杉木樹煤礦長期以來使用的MG300/700型采煤機滾筒直徑為2000mm，截齒36個，其中端盤l8個，葉片l8個，每片6個。為提高塊煤率，MB2000×630型螺旋滾筒截齒數量減少到30個，其中端盤l8個截齒保持不變，葉片由每片6個減少到4個，每條截線安裝3個截齒，截線距由90 mm增加到140 mm。由于截齒數量減少將加大截割阻力，為提高滾筒和齒座強度，采用MB2000×630型滾筒和U92HDLRHE、U94HDLRHE兩種規格的高強度鎬型截齒。該滾筒在完全割煤時用U92截齒，當遇有小斷層或構造時換用U94截齒。

②調高破碎機錘頭，減少破碎機破碎損失。

大塊煤經破碎后，塊煤率損失的多少主要與塊煤的紋理結構、抗碎強度、破碎方法、破碎機性能和塊煤進出破碎機的粒度要求有關。在實際生產過程中，為防止大塊煤壓壞皮帶和造成煤倉堵塞，大塊煤必須破碎。因此，杉木樹煤礦采煤工作面在原破碎機錘頭高度的基礎上適當調高破碎機錘頭100 mm，使破碎機錘頭距底面的距離為400 mm左右，使工作面的大塊煤被破碎的機率大大減少。

（2）改進工作面生產工藝。

①滾筒轉速減小。

滾筒轉速對滾筒的截割和裝載過程影響較大。滾筒轉速低可以增加切削厚度，提高塊煤率，但轉速過低，會降低裝煤效果，增加切割功率，易出現滾筒堵塞現象；滾筒轉速過高則切削太薄，將生成較多的粉煤，同時引起循環煤的增多，但轉速高可以提高滾筒的裝載能力。同時滾筒轉速與滾筒的直徑、牽引速度等有著密切的關系。滾簡直徑大，要求的轉速低；滾筒直徑小，要求的轉速高。杉木樹煤礦MG 300/700型采煤機滾筒直徑為2000 mm，滾筒轉速為37.1 r/min，而選用的MB2000×630型采煤機滾筒，其轉速改為35.4 r/min。

②改變滾筒旋轉方向。

為了增強采煤機的工作穩定性，避免2個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機的2個滾筒轉向都采用轉向相反的布置方式，這種布置方式有“前順后逆”（圖1中的實線表示）和“前逆后順”（圖1中的虛線表示）。本工作面采用“前順后逆”割煤方式，前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，這時，裝煤效果好，煤塊不易破碎，且前滾筒不向司機甩煤，飛揚的灰塵也較少。

③MB2000×630型螺旋滾筒與MG300/700型采煤機滾筒配合使用。

為使采煤機適應不同的地質條件，克服滾筒截齒減少、轉速減小出現機組冒死、齒座啃煤等問題。研究過程中將MG300/700-QWD型割煤機其中一個滾筒更換成了MB2000×630型螺旋滾筒進行回采。經應用機組切割、牽引困難、齒座啃煤等問題得到顯著改善，同時工作面塊煤率也有了顯明提高。

3.3.2 運輸環節采取的措施

（1）重視煤炭運輸環節。

煤炭從井下到井上到裝車有很多運輸環節，特別是采用膠帶化運輸的礦井，裝載點更多，每經過一個轉載點，就損失一部分塊煤。因此，對運輸環節進行了優化改造。一是盡量采用大膠帶長距離運輸，+250 m補作皮帶運輸巷及主井運煤上山均采用膠帶運輸機，每條膠帶長度均大于1000 m，減少了膠帶數量；二是調整了搭接膠帶機頭和機尾高度，降低了重力加速度對塊煤的破碎；三是在上一級皮帶機頭設置緩沖溜槽，在下一級皮帶機尾加設擋煤膠帶作為緩沖裝置，使往下一膠帶拋煤時沖擊力較小，減少塊煤破碎損失。

（2）優化轉載環節，對煤倉進行技術改造。

杉木樹煤礦綜采工作面煤炭運輸距離較遠，達6 km以上，運輸須經過采區煤倉、大巷轉載煤倉和主井煤倉，運輸距離遠、轉載次數多，塊煤損失嚴重。為了使塊煤在入倉過程中損失最小，在煤倉上口設置緩沖減震設施，使煤炭緩慢進入煤倉，此外，在系統運行正常時，使煤倉保持有一定的存煤量，以減少煤炭入倉時的下落高度，減少破壞。

3.3.3 組織管理措施

抓好煤炭篩分工作，塊煤提升到地面，最后進行篩分。地面專門加工了一套塊煤篩選裝置，并根據市場的需求設計了不同的篩孔，同時地面配備選塊煤人員。

3.4 應用效果

在采用新型提高塊煤率采煤機螺旋滾筒，以及采用技術及管理等手段，杉木樹煤礦2013年原煤產量956400 t，塊煤產量12217.93 t，塊煤率1.28%；2012年原煤產量1159777 t，塊煤產量2506.96 t，塊煤率0.22%；2013年較2012年塊煤率提高了1.06%。

4 結論

（1）實踐證明，通過減少滾筒截齒數量、調高破碎機錘頭，可從根源上提高綜采工作面塊煤率。

（2）從對工作面生產工藝改進入手，通過降低割煤機滾筒轉速、改變滾筒旋轉方向，使塊煤被破壞的機率大大降低。

（3）通過對煤炭各運輸環節、煤倉進行優化改造，以及采取一系列的管理措施，可減少塊煤在生產及運輸過程中的損失，加強地面對塊煤的分選工作，對礦井提高塊煤率起到了推波助瀾的作用。

（4）提高綜采工作面塊煤率，不僅增加了企業原煤銷售收入，還可以使工作面割煤期間產塵量大幅下降，起到改善作業環境的作用。

參考文獻

[1] 徐建文，曹偉康，田素川，等.采煤機滾筒參數對塊煤率的影響[J].礦山設備，2010（4）：62-64.

[2] 白秀英，李春英.螺旋滾筒采煤機提高塊煤率探討[J].煤礦機械，2008（4）：160-161.

[3] 馬正蘭，杜長龍，劉送永.高塊煤率采煤機變速截割的理論研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜長龍，李建平.采煤機滾筒與塊煤率的關系分析[J].煤礦機械，2008（29）：76-77.

②調高破碎機錘頭，減少破碎機破碎損失。

大塊煤經破碎后，塊煤率損失的多少主要與塊煤的紋理結構、抗碎強度、破碎方法、破碎機性能和塊煤進出破碎機的粒度要求有關。在實際生產過程中，為防止大塊煤壓壞皮帶和造成煤倉堵塞，大塊煤必須破碎。因此，杉木樹煤礦采煤工作面在原破碎機錘頭高度的基礎上適當調高破碎機錘頭100 mm，使破碎機錘頭距底面的距離為400 mm左右，使工作面的大塊煤被破碎的機率大大減少。

（2）改進工作面生產工藝。

①滾筒轉速減小。

滾筒轉速對滾筒的截割和裝載過程影響較大。滾筒轉速低可以增加切削厚度，提高塊煤率，但轉速過低，會降低裝煤效果，增加切割功率，易出現滾筒堵塞現象；滾筒轉速過高則切削太薄，將生成較多的粉煤，同時引起循環煤的增多，但轉速高可以提高滾筒的裝載能力。同時滾筒轉速與滾筒的直徑、牽引速度等有著密切的關系。滾簡直徑大，要求的轉速低；滾筒直徑小，要求的轉速高。杉木樹煤礦MG 300/700型采煤機滾筒直徑為2000 mm，滾筒轉速為37.1 r/min，而選用的MB2000×630型采煤機滾筒，其轉速改為35.4 r/min。

②改變滾筒旋轉方向。

為了增強采煤機的工作穩定性，避免2個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機的2個滾筒轉向都采用轉向相反的布置方式，這種布置方式有“前順后逆”（圖1中的實線表示）和“前逆后順”（圖1中的虛線表示）。本工作面采用“前順后逆”割煤方式，前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，這時，裝煤效果好，煤塊不易破碎，且前滾筒不向司機甩煤，飛揚的灰塵也較少。

③MB2000×630型螺旋滾筒與MG300/700型采煤機滾筒配合使用。

為使采煤機適應不同的地質條件，克服滾筒截齒減少、轉速減小出現機組冒死、齒座啃煤等問題。研究過程中將MG300/700-QWD型割煤機其中一個滾筒更換成了MB2000×630型螺旋滾筒進行回采。經應用機組切割、牽引困難、齒座啃煤等問題得到顯著改善，同時工作面塊煤率也有了顯明提高。

3.3.2 運輸環節采取的措施

（1）重視煤炭運輸環節。

煤炭從井下到井上到裝車有很多運輸環節，特別是采用膠帶化運輸的礦井，裝載點更多，每經過一個轉載點，就損失一部分塊煤。因此，對運輸環節進行了優化改造。一是盡量采用大膠帶長距離運輸，+250 m補作皮帶運輸巷及主井運煤上山均采用膠帶運輸機，每條膠帶長度均大于1000 m，減少了膠帶數量；二是調整了搭接膠帶機頭和機尾高度，降低了重力加速度對塊煤的破碎；三是在上一級皮帶機頭設置緩沖溜槽，在下一級皮帶機尾加設擋煤膠帶作為緩沖裝置，使往下一膠帶拋煤時沖擊力較小，減少塊煤破碎損失。

（2）優化轉載環節，對煤倉進行技術改造。

杉木樹煤礦綜采工作面煤炭運輸距離較遠，達6 km以上，運輸須經過采區煤倉、大巷轉載煤倉和主井煤倉，運輸距離遠、轉載次數多，塊煤損失嚴重。為了使塊煤在入倉過程中損失最小，在煤倉上口設置緩沖減震設施，使煤炭緩慢進入煤倉，此外，在系統運行正常時，使煤倉保持有一定的存煤量，以減少煤炭入倉時的下落高度，減少破壞。

3.3.3 組織管理措施

抓好煤炭篩分工作，塊煤提升到地面，最后進行篩分。地面專門加工了一套塊煤篩選裝置，并根據市場的需求設計了不同的篩孔，同時地面配備選塊煤人員。

3.4 應用效果

在采用新型提高塊煤率采煤機螺旋滾筒，以及采用技術及管理等手段，杉木樹煤礦2013年原煤產量956400 t，塊煤產量12217.93 t，塊煤率1.28%；2012年原煤產量1159777 t，塊煤產量2506.96 t，塊煤率0.22%；2013年較2012年塊煤率提高了1.06%。

4 結論

（1）實踐證明，通過減少滾筒截齒數量、調高破碎機錘頭，可從根源上提高綜采工作面塊煤率。

（2）從對工作面生產工藝改進入手，通過降低割煤機滾筒轉速、改變滾筒旋轉方向，使塊煤被破壞的機率大大降低。

（3）通過對煤炭各運輸環節、煤倉進行優化改造，以及采取一系列的管理措施，可減少塊煤在生產及運輸過程中的損失，加強地面對塊煤的分選工作，對礦井提高塊煤率起到了推波助瀾的作用。

（4）提高綜采工作面塊煤率，不僅增加了企業原煤銷售收入，還可以使工作面割煤期間產塵量大幅下降，起到改善作業環境的作用。

參考文獻

[1] 徐建文，曹偉康，田素川，等.采煤機滾筒參數對塊煤率的影響[J].礦山設備，2010（4）：62-64.

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[3] 馬正蘭，杜長龍，劉送永.高塊煤率采煤機變速截割的理論研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜長龍，李建平.采煤機滾筒與塊煤率的關系分析[J].煤礦機械，2008（29）：76-77.

②調高破碎機錘頭，減少破碎機破碎損失。

大塊煤經破碎后，塊煤率損失的多少主要與塊煤的紋理結構、抗碎強度、破碎方法、破碎機性能和塊煤進出破碎機的粒度要求有關。在實際生產過程中，為防止大塊煤壓壞皮帶和造成煤倉堵塞，大塊煤必須破碎。因此，杉木樹煤礦采煤工作面在原破碎機錘頭高度的基礎上適當調高破碎機錘頭100 mm，使破碎機錘頭距底面的距離為400 mm左右，使工作面的大塊煤被破碎的機率大大減少。

（2）改進工作面生產工藝。

①滾筒轉速減小。

滾筒轉速對滾筒的截割和裝載過程影響較大。滾筒轉速低可以增加切削厚度，提高塊煤率，但轉速過低，會降低裝煤效果，增加切割功率，易出現滾筒堵塞現象；滾筒轉速過高則切削太薄，將生成較多的粉煤，同時引起循環煤的增多，但轉速高可以提高滾筒的裝載能力。同時滾筒轉速與滾筒的直徑、牽引速度等有著密切的關系。滾簡直徑大，要求的轉速低；滾筒直徑小，要求的轉速高。杉木樹煤礦MG 300/700型采煤機滾筒直徑為2000 mm，滾筒轉速為37.1 r/min，而選用的MB2000×630型采煤機滾筒，其轉速改為35.4 r/min。

②改變滾筒旋轉方向。

為了增強采煤機的工作穩定性，避免2個滾筒受到的截割阻力方向相同，雙滾筒采煤機的2個滾筒轉向都采用轉向相反的布置方式，這種布置方式有“前順后逆”（圖1中的實線表示）和“前逆后順”（圖1中的虛線表示）。本工作面采用“前順后逆”割煤方式，前滾筒截煤量大于后滾筒，后滾筒裝煤量大于前滾筒，這時，裝煤效果好，煤塊不易破碎，且前滾筒不向司機甩煤，飛揚的灰塵也較少。

③MB2000×630型螺旋滾筒與MG300/700型采煤機滾筒配合使用。

為使采煤機適應不同的地質條件，克服滾筒截齒減少、轉速減小出現機組冒死、齒座啃煤等問題。研究過程中將MG300/700-QWD型割煤機其中一個滾筒更換成了MB2000×630型螺旋滾筒進行回采。經應用機組切割、牽引困難、齒座啃煤等問題得到顯著改善，同時工作面塊煤率也有了顯明提高。

3.3.2 運輸環節采取的措施

（1）重視煤炭運輸環節。

煤炭從井下到井上到裝車有很多運輸環節，特別是采用膠帶化運輸的礦井，裝載點更多，每經過一個轉載點，就損失一部分塊煤。因此，對運輸環節進行了優化改造。一是盡量采用大膠帶長距離運輸，+250 m補作皮帶運輸巷及主井運煤上山均采用膠帶運輸機，每條膠帶長度均大于1000 m，減少了膠帶數量；二是調整了搭接膠帶機頭和機尾高度，降低了重力加速度對塊煤的破碎；三是在上一級皮帶機頭設置緩沖溜槽，在下一級皮帶機尾加設擋煤膠帶作為緩沖裝置，使往下一膠帶拋煤時沖擊力較小，減少塊煤破碎損失。

（2）優化轉載環節，對煤倉進行技術改造。

杉木樹煤礦綜采工作面煤炭運輸距離較遠，達6 km以上，運輸須經過采區煤倉、大巷轉載煤倉和主井煤倉，運輸距離遠、轉載次數多，塊煤損失嚴重。為了使塊煤在入倉過程中損失最小，在煤倉上口設置緩沖減震設施，使煤炭緩慢進入煤倉，此外，在系統運行正常時，使煤倉保持有一定的存煤量，以減少煤炭入倉時的下落高度，減少破壞。

3.3.3 組織管理措施

抓好煤炭篩分工作，塊煤提升到地面，最后進行篩分。地面專門加工了一套塊煤篩選裝置，并根據市場的需求設計了不同的篩孔，同時地面配備選塊煤人員。

3.4 應用效果

在采用新型提高塊煤率采煤機螺旋滾筒，以及采用技術及管理等手段，杉木樹煤礦2013年原煤產量956400 t，塊煤產量12217.93 t，塊煤率1.28%；2012年原煤產量1159777 t，塊煤產量2506.96 t，塊煤率0.22%；2013年較2012年塊煤率提高了1.06%。

4 結論

（1）實踐證明，通過減少滾筒截齒數量、調高破碎機錘頭，可從根源上提高綜采工作面塊煤率。

（2）從對工作面生產工藝改進入手，通過降低割煤機滾筒轉速、改變滾筒旋轉方向，使塊煤被破壞的機率大大降低。

（3）通過對煤炭各運輸環節、煤倉進行優化改造，以及采取一系列的管理措施，可減少塊煤在生產及運輸過程中的損失，加強地面對塊煤的分選工作，對礦井提高塊煤率起到了推波助瀾的作用。

（4）提高綜采工作面塊煤率，不僅增加了企業原煤銷售收入，還可以使工作面割煤期間產塵量大幅下降，起到改善作業環境的作用。

參考文獻

[1] 徐建文，曹偉康，田素川，等.采煤機滾筒參數對塊煤率的影響[J].礦山設備，2010（4）：62-64.

[2] 白秀英，李春英.螺旋滾筒采煤機提高塊煤率探討[J].煤礦機械，2008（4）：160-161.

[3] 馬正蘭，杜長龍，劉送永.高塊煤率采煤機變速截割的理論研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜長龍，李建平.采煤機滾筒與塊煤率的關系分析[J].煤礦機械，2008（29）：76-77.