極軟弱煤層大采高綜采工作面設(shè)備選型和使用性分析

楊文斌

摘 要：該文分析大采高工作面設(shè)備選型原則，對工作面設(shè)備配套可靠性進行評價，介紹極軟煤層大采高綜采工作面的設(shè)備配套情況，并就其應(yīng)用及適應(yīng)性進行了分析總結(jié)。該綜采面三機配套各設(shè)備能夠滿足安全、高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)計要求，設(shè)備配套選型科學(xué)合理，技術(shù)性能均達到國內(nèi)先進水平該項大采高綜采配套技術(shù)，對該地區(qū)極軟厚煤層開采具有重要的試驗、借鑒意義。

關(guān)鍵詞：極軟煤層 大采高綜采工作面 配套技術(shù)

中圖分類號：TD823 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（c）-0056-02

長平公司是晉城煤業(yè)集團主力礦井之一，現(xiàn)在主采3#煤層，普適系數(shù)f=0.48，屬極軟煤層，煤層節(jié)理裂隙非常發(fā)育，由于礦井一直采用綜放回開采方式，故回采率較低，造成礦產(chǎn)資源的浪費，為了提高綜采工作面的回采率，推廣安全、高效開采方法，實現(xiàn)采煤方法的跨越式發(fā)展，在4303綜采工作面采用了一次采全高的開采工藝。

大采高綜采是指采高在3.5～6.0 m，工作面配備大功率雙滾筒采煤機割煤和重型刮板運輸機運煤，采用大噸位液壓支架控制頂板，一次性采出全高的采煤方法。其主要特點為工作面采高大，設(shè)備功率高，趨于大型化、重型化和自動化，要求整個工作面設(shè)備之間具有良好的配合性和較高的可靠性，能夠?qū)崿F(xiàn)集中化、節(jié)約化和高效率生產(chǎn)。大采高綜合機械化采煤，必須配備成套設(shè)備，特別要把工作面“三機”（采煤機、液壓支架、刮板輸送機）選型配套好。否則，設(shè)備選型及配套不合理，勢必影響各單機性能的發(fā)揮，造成綜采設(shè)備開機率的降低，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進行。

1 大采高工作面設(shè)備選型原則

1.1 采煤機選型原則

（1）適合特定的煤層地質(zhì)條件，并且采煤機采高、截深、功率、牽引方式等主要參數(shù)選取合理，有較大的使用范圍。（2）滿足工作面生產(chǎn)能力要求，采煤機實際生產(chǎn)能力要大于工作面的設(shè)計生產(chǎn)能力；滿足與刮板運輸機和液壓支架的匹配要求。（3）采煤機技術(shù)性能良好、工作可靠，各種保護功能完善。（4）采煤機使用、檢修、維修方便。

1.2 液壓支架選型原則

（1）支架強度應(yīng)與工作面圍巖變形相適應(yīng)。支架的初撐力和工作阻力，要適應(yīng)直接頂和基本頂運動產(chǎn)生的壓力，保證控頂區(qū)的安全。（2）支護結(jié)構(gòu)與煤層賦存條件相適應(yīng)。（3）支護斷面應(yīng)與通風(fēng)要求相適應(yīng)，保證有足夠的風(fēng)量通過，而且風(fēng)速不得超過《煤礦安全規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定。（4）液壓支架與采煤機、刮板運輸機等設(shè)備匹配。支架寬度應(yīng)與刮板輸送機中部槽長度相一致，推移千斤頂?shù)男谐虘?yīng)比采煤機截深大100～200 mm，支架沿工作面的移架速度應(yīng)能跟上采煤機的工作牽引速度，移架速度還應(yīng)滿足生產(chǎn)指標(biāo)的要求，支架的梁端距應(yīng)為340 ram左右。

1.3 刮板輸送機選型原則

（1）刮板運輸機的運輸能力，必須等于或大于采煤機的生產(chǎn)能力，保證工作面落煤生產(chǎn)能力的需要，并留有一定的備用能力，以滿足工作面出現(xiàn)片幫、過載等特殊情況的運輸能力。（2）結(jié)構(gòu)形式及附件必須與采煤機相配套，輸送機槽的結(jié)構(gòu)應(yīng)與工作面底板條件相適應(yīng)，并應(yīng)考慮與采煤機底托架和行走機構(gòu)尺寸相匹配。（3）運輸機鋪設(shè)長度，可根據(jù)刮板輸送機技術(shù)特征、輸送量、鏈速和工作面傾角等因素確定。（4）外廓尺寸應(yīng)與采煤機和液壓支架相匹配。

2 4303大采高工作面設(shè)備選型配套

長平公司4303大采高綜采工作面主采3#煤層，煤層傾角5～16 °，平均10 °，煤層平均厚度5.86 m，煤層節(jié)理裂隙非常發(fā)育，煤層普適系數(shù)f=0.48。直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為4.85 m，黑色，局部有裂隙、松軟；老頂為細粒砂巖，厚度為平均為11.23 m，灰白色，具有波狀層理；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度平均為7.48 m，灰黑色，中間夾有砂巖；老底為細粒砂巖，平均厚度2.62 m，灰色，質(zhì)地堅硬。

4303大采高綜采工作面設(shè)備布置、設(shè)備配套組成結(jié)構(gòu)，主要包括：

（1）德國艾克爾公司生產(chǎn)的SL-500型交流電牽引采煤機，采煤機的進刀方式采用端頭斜切進刀，進刀距離不小于50 m，工作面采用穿梭割煤。采煤機的技術(shù)特征見表1。

（2）4303大采高選用了鄭州煤礦機械公司和北京煤機公司生產(chǎn)的二柱式掩護支架及其相配套的排頭、過渡支架。

從工作面機頭到機尾分別布置ZYT12000/28/62型排頭架3架， ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZY12000/28/62型中間架119架，ZYGT12000/28/62型過渡架2架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共計129架。該型支架電液控制系統(tǒng)，配用了德國EEP電子技術(shù)公司EEP電液控制系統(tǒng)。該ZY12000/28/62型中間架的技術(shù)參數(shù)。（表2）

（3）選用山西煤機制造有限公司生產(chǎn)的型號為SGZ1000/2*855型刮板輸送機，該刮板輸送機的參數(shù)。（表3）

3 工作面設(shè)備配套可靠性評價

4303工作面回采期間，對設(shè)備的可靠性、回采工藝及礦壓等方面做了全面地現(xiàn)場觀測，通過對觀測數(shù)據(jù)的分析，得出觀測期間工作面日開機率分布如圖1所示。工作面日平均開機率為77.51%，工作面開機率大致可分為兩個階段：第一階段為9月18日以前，即工作面推進至108.6 m時，該階段平均開機率為71.99%，屬于設(shè)備磨合期，設(shè)備故障比較多，開機率低于50%的有6天，尤其是8月21日設(shè)備大修更換搖臂，造成開機率為0%；第二階段為9月18日以后，即工作面推進106.8～203 m，該階段平均開機率為87.99%，工作面裝備已度過磨合期，發(fā)揮了正常生產(chǎn)能力。而且開機率都在50%以上，沒有大事故影響開機率。實踐證明，在磨合期已過，設(shè)備運轉(zhuǎn)正常的情況下，各個環(huán)節(jié)都達到良性循環(huán)，工作面產(chǎn)量會穩(wěn)步增長。

4303工作面日常平均原煤14000 t，最高日常原煤19000 t，4303工作面設(shè)備可靠性分析見表4。endprint

3.1 采煤機故障分析

4303工作面采用艾柯夫SL500雙滾筒采煤機，采煤機的故障力占到18.4%。經(jīng)過現(xiàn)場實測，采煤機主要故障有水壓低、電纜、更換搖臂。尤其是8月21日更換采煤機滾筒搖臂，耽誤了生產(chǎn)，使采煤機的故障率上升。但更換了之后，采煤機運轉(zhuǎn)基本正常，沒有給生產(chǎn)帶來大的影響。如果將更換搖臂的時間去掉，采煤機的故障率將下降到8.2%。

3.2 支架故障因素分析

支架故障液壓支架故障率較小，基本能夠滿足生產(chǎn)的需要。根據(jù)觀測在工作面安裝完畢調(diào)試階段，支架的問題比較多，特別是鄭州煤機廠制造的32#支架發(fā)生自動下沉，造成冒頂現(xiàn)象，經(jīng)過對事故原因的追查，該支架直導(dǎo)式液控閥發(fā)生誤動作。在經(jīng)歷這次事故以后，液壓支架基本上未影響生產(chǎn)。

其次經(jīng)過礦壓觀測4303大采高工作面老頂初次來壓步距40 m，周期來壓步距22 m，動載系數(shù)較小，平均1.33，來壓存在明顯“強—弱—較弱—強”的“鋸齒形”增長規(guī)律，工作面支架平均初撐力較低，不到設(shè)計初撐力的一半，工作面支架平均工作阻力值穩(wěn)定在6000～10000 kN之間，分析認為選用支架阻力能夠滿足支護頂板的要求。

3.3 內(nèi)運系統(tǒng)故障分析

內(nèi)運系統(tǒng)主要包括運輸順槽皮帶，刮板輸送機，轉(zhuǎn)載機、破碎機以及其它因素等。通過實踐觀測，運輸順槽皮帶和刮板輸送機占了內(nèi)運故障時間的80%以上，運輸順槽皮帶故障主要是跑偏、打滑、堆煤、皮帶打卡及皮帶電機故障等。刮板輸送機不如運輸順槽皮帶故障時間多，占了內(nèi)運系統(tǒng)故障的21.2%，主要是刮板鏈和齒條銷故障。

3.4 外運故障分析

外運系統(tǒng)故障時間最多，占總時間的40.6%，主要是大巷皮帶故障及無故障停機、煤倉滿。

4 結(jié)語

長平公司4303綜采工作面為第一個裝備大采高設(shè)備配套的工作面，經(jīng)過8個月的生產(chǎn)實踐，共生產(chǎn)原煤160多萬 t。該綜采面三機配套各設(shè)備能夠滿足安全、高產(chǎn)高效綜采工作面設(shè)計要求，設(shè)備配套選型科學(xué)合理，技術(shù)性能均達到國內(nèi)先進水平，但是由于礦井外部運輸設(shè)計薄弱，制約著長平公司的快速發(fā)展。不過該大采高綜采面三機配套設(shè)備對該地區(qū)厚極軟煤層任然具有借鑒意義。

參考文獻

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