俄霍布拉克煤礦下1煤工作面設備選型配套及高產高效工作面建設途徑的探索與實踐

摘 要：文章以俄霍布拉克煤礦下1煤工作面創建高產高效工作面為范例，研究如何優化工作面參數設計、如何合理選型配套設備、如何建立高效輔助生產系統來促進高產高效工作面創建，探討實現高產高效工作面其他管理途徑，總結創建過程中的具體做法，并對之進行效果評價，找出其優點和不足，并進行改進，可作為具有類似條件礦井高產高效工作面創建時的參考。

關鍵詞：設備選型；配套；高產高效；途徑；探索；實踐

1 概述

俄霍布拉克煤礦是徐礦集團早期援疆企業，坐落在庫車縣北山礦區，2002年建礦，經過多年改擴建，于2014年完成400萬t/a改擴建，實際產能600萬t/a，同時啟動800萬t/a產能核定，礦井采掘機械化程度達100%，是新疆產能最大的井工煤礦，為高產高效礦井。礦井采取“一井兩面”生產格局，其中下1煤工作面采用綜采一次采全高方法，單面年產達400萬t/a，文章主要研究探討該面創建高產高效工作面的做法和實現途徑進行評價，找出這些方法途徑的優點和不足，并進行改進，作為具有類似條件礦井建設高產高效工作面的參考。

2 下1煤工作面的地質條件概述

工作面煤層傾角9°-14°，平均11.5°，煤層厚3.16m-3.78m，平均3.5m，地質構造簡單，兩道掘進無明顯位移大的斷裂構造，偽頂厚度不穩定局部無偽頂，采用一次采全高工藝，單面核定產能為400萬t/a，設備配套能力為600萬t/a。

3 創建高產高效工作面方法與途徑

3.1 優化工作面設計參數

3.1.1 合理確定工作面傾斜長度

適當加大工作面長度可以減少工作面的準備工程量，提高回采率，減少工作面端頭作業時間，提高工作面產效。綜合考慮下1煤工作面的地質條件、瓦斯涌出量因素和配套刮板運輸機的功率、強度，確定工作面長度為280m。

3.1.2 合理確定工作面推進長度

增大工作面推進長度可以減少工作面倒面搬家次數和時間，提高煤炭回收率，有利于實現高產高效，有條件的礦井應加大連續推進長度，最好實現礦井一翼工作面連續推進。結合下1煤情況，將走向布置到井田邊界，確定走向長度為4000m。

3.1.3 合理確定巷道斷面尺寸

巷道斷面尺寸的增加會提高巷道掘進量而增加成本，在滿足生產要求前提下，盡可能減少巷道斷面尺寸。在充分考慮工作面通風、采煤機割透三角煤、臥底量、設備布置空間、行人間距等因素后，確定巷道尺寸為5.5*3.5m。

3.2 合理確定工作面工藝參數

3.2.1 工作面采高

由于本面為一次采全高工作面，以最大限度提高回采率和煤質為原則，采高為3.5m。

3.2.2 采煤機截深

根據工作面煤層硬度，結合現有采煤機牽引速度，刮板運輸機的能力確定采煤機截深為0.8m。

3.3 合理確定工作面單產能力

確定合理生產能力，可以充分發揮工作面和外圍運輸系統設備能力，是實現采區集中生產，提高礦井產量的重要舉措。工作面單產越大，礦井同時布置工作面的個數可越少，有利于減頭減面，提高礦井技術經濟指標。根據礦井產能需求，實際單面按400萬t/a組織生產，裝備安600萬t/a能力配套。

4 優化工作面主機設備的選型與配套

工作面主機設備進行合理選型正確配套，提高設備的適應性和可靠性，直接關系設備的能力發揮和年產目標實現。優化選型配套主要從以下幾個方面入手：

（1）采用技術先進性能優良經過實踐檢驗的高可靠性裝備。

（2）通過合理選型正確配套，保證系統的性能協調和可靠。

（3）滿足高產高效要求，以能力為基礎形成一條配套生產能力由工作面向外的“喇叭口”能力，保證工作面快速推進。

4.1 工作面支架選型合理

本面采用鄭煤機設計制造的ZY10000/20/38D型高端支架。支架優選材料配件，優化加工工藝，具有支護強度高、剛度大、產品抗沖擊性強的特點；配備電液控制動作快、地質條件適應性好，膠管密封件進口，可靠性高的特點。大修期為兩年或連續生產2面，技術特征見表1。

4.2 采煤機選型合理

選用國內MG750/1865-WD型高端采煤機，主要電氣部件、閥組、軸承采用進口件，采煤機牽引速度快、截深大、截割功率大，生產能力大，達2000t/h，結構緊湊，整體強度高，可靠性高；電氣采用PLC控制，具有恒功率控制保護、數據記錄、回放處理，自動化程度高、可遙控，操控性能好，地質條件適應性強的特點。整機大修周期為10Mt，技術特征見表2。

4.3 工作面刮板運輸機選型合理

配備張煤機SGZ1200/2000型高強刮板運輸機，功率大、強度高、鏈速快、運能大特點，主要部件如減速箱、閥控耦合器、鏈輪密封、鏈條、溜槽中板采用進口件，配備液壓可伸縮機尾+液壓馬達緊鏈裝置，減速器油溫、油位、冷卻水流量、壓力在線監測，配備閥控耦合器控制系統，溜子實現軟啟動。大修期為6Mt，技術特征見表3。

4.4 破碎機和轉載機選型合理

工作面配備張煤機SZZ1200/525轉載機，運量3500t/h，功率525kW，槽寬1200mm，配備ZY1100型邁步自移裝置；運輸能力大于工作面刮板運輸機。配備PCM400型破碎機，通過能力4000t/h，破碎機通過能力與轉載機相適應，最大排出粒度400mm，功率400kW。轉載機、破碎機大修周期為6Mt，轉載機的刮板鏈條與工作面運輸機一致，可以和工作面刮板機聯動，轉載機實現整體移動，配備伸縮機頭+液壓緊鏈裝置，配備進口減速箱高端產品，可靠性高，適配性能優良。

4.5 整體配套情況良好

綜采成套設備，不是孤立的機電單元，而是結構上相互配合聯系，作業上相互協調，具有較強配套要求和較高可靠性的回采作業機電液聯合體。通過近三年來實際生產檢驗，表明下1煤工作面主機設備配套科學合理，體現如下：（1）生產能力匹配。符合由里向外產量和運輸能力逐步增加的“喇叭口”原則。（2）幾何關系合理。三機幾何空間尺寸配合良好、動作尺寸配合良好，無相互干涉現象，煤機仰采、俯采時無割頂梁、割鏟板現象，挑頂、臥底狀況良好。（3）性能優良。裝備總體自動化程度高，強度大、操控方便，適應了下1煤地質條件，性能優良，大大降低事故率，使得工作面具有較快推進度，提升產量、提高了工效，保證礦井安全生產。（4）壽命配套。由于主機設備大修周期、生產壽命基本相配。實際可連續使用，而無需中間更換設備。由于設備功率大，強度高、可靠性較高，故障較少，備件投入較少，工作面開機率較高。

5 建立與工作面生產能力配套的高效輔助生產系統

我們主要做法是：以工作面的生產能力為基數，保證煤炭運輸、輔助運輸、供電、供水、供液、通風等輔助生產系統能力足夠，不影響采面設備能力發揮，且具有自動化程度高、用人少的優勢。

5.1 快速運煤系統

為保證煤流運輸系統與工作面生產能力配套，工作面采用2部長距離、大功率、高速度、大運量的DSJ140/250/2×355S可伸縮膠帶機。速度4.5m/s，運量2500t/h，長度2200m，傾角0°-14°，功率2×355kW，PVG1600S膠帶，帶寬1400mm，各種保護齊全完善。具備軟啟動、在線監測，聯動開車、張力自動平衡、雙機功率平衡功能，配備KPZ-2-1600/375.2盤閘， DYL-02-8/300液壓自動拉緊裝置，靠近切眼的皮帶機安裝有ZY2700型自移機尾，可實現機尾自移和膠帶自動張緊，保證生產連續循環，工作面出煤順暢。

5.2 高效輔助運輸系統

5.2.1 前期安裝支架和大型設備直達運輸

為保證前期安裝支架和大型超重設備的可靠運輸，提升運行效率，我們采用大功率無極繩絞車一次直達運輸。該無極繩絞車和山東科技大學聯合設計的，運輸距離長達4000m，單件噸位達45t，創造了國內之最。絞車采用變頻軟啟動控制技術，實現重載起動、運行的平穩；創新張緊裝置結構和布置方式，解決巷道長距離、縱向連續起伏、阻力大情況下無極繩連續牽引車運行張緊力不足，易冗繩問題。研制多種規格的托、導、壓繩輪和導繩方式，解決了水平彎曲、縱向連續起伏巷道的導繩和防飄繩技術難題；單鉤循壞用時約50min/鉤，解決了電絞串聯運輸帶來摘掛鉤點多、占用設備多、人員多、效率低、安全隱患大的不足。

5.2.2 生產過程中物料與人員運輸

工作面材料道走向長度最長時達到近4km，支架和大型設備安裝結束后，經過綜合考慮，生產過程中物料人員進出采用無軌膠輪車運輸。工作面材料道經過簡單固化、開鑿會車硐室后，引進兩輛WC5R型無軌膠輪車用于運送人員，一輛WCJ10E型無軌膠輪車運送物料。WC5R型無軌膠輪車額定載人數15人， WCJ10E型無軌膠輪車額定載重10t，最大爬能力14°。使用無軌膠輪車近一年來，運輸效率得到明顯提升，原來人員正常徒步行走需要40min-50min，使用無軌膠輪車后，人員進出時間一般不超過15min，運料車只需要24min，效率提高近三倍，減輕了工人勞動強度，提高工作效率。

5.3 優先選用支架電液控制系統

由于下1煤工作面傾向長度280m，布置161個支架，采用大功率1865kW的采煤機，割煤能力大、牽引速度快，割煤時達8min-10m/min，如果工作面液壓支架采用人工操作，那操作量非常大，勢必造成拉架慢，出現煤機割煤等拉支架，制約工作面回采速度，影響新割煤壁頂板支護及時性，為保證工作面的安全快速推進，工作面支架引進德國蒂芬巴赫公司生產的電液控系統，達到如下效果：

（1）對支架進行編組拉移，取消了人工操作，支架動作速度快，跟上煤機割煤炭速度，支護及時，改善煤壁頂板支護狀況，電液控制系統可動態補液，解決了在工作面液壓支架初撐力達不到額定阻力和帶壓移架問題，保障了安全生產。

（2）同時對多個支架進行控制操作，最大限度地發揮機械設備的能力，減少作業人員，減輕勞動強度。

（3）電液控制移架步距準確，切頂線整齊，輸送機和工作面直線性好，采煤機截深準確，提高工作面質量標準化水平。

5.4 配備智能化大流量泵站和過濾系統

由于支架立柱缸徑粗加之電液控系統是支架成組動作，乳化液瞬時需求量大，為保證支架成組快速移動，工作面的順槽布置了五臺BRW-400/31.5型大流量乳化液泵站，流量400L/min.臺，壓力31.5MPa，五臺泵進行編組變頻控制和智能在線監測，壓力流量根據工作面的需求動態控制，配備三臺RX400/25A型不銹鋼液箱，每個容積2500L，加裝自動配液器，實現自動配比；供液系統配置高低壓反沖洗過濾站，保證乳化液的清潔。

順槽采用雙進雙回供液系統，主供液管徑DN65S，回液管徑DN75，供水管徑DN40；工作面采用環形供液系統，主供液管徑DN50S，回液管徑DN65；工作面架間主供液管徑DN40S， 回液管徑DN50，保證了工作面乳化液大流量需求。管路布置如圖1所示。

5.5 配備高清水過濾系統

統計表明煤礦綜采設備70%的液壓系統故障是由乳化液污染造成的，而配制用水的質量，是影響乳化液的質量關鍵因數。下1煤工作面的支架采用德國蒂芬巴赫公司生產的電液控系統，對水質、乳化液潔凈度要求極高。

本面選用兩臺國產JMSGLQ-50型井下高清精密水過濾裝置，安裝在井下順槽設備列車上，進水管與井下總供水管相連，出水用DN軟管與用水點連接。該設備根據纖維顆粒濾料的結構特點和運行工藝設計，單臺處理水量大，總流量：70t/h，粗過濾70t/h，精過濾35t/h，純水最大4t/h，附直飲水口，pH值6.7-7.5，硬度≤50ppm。可滿足工作面全部設備用水要求，出水水質好，壓力高，可在線自清反沖洗，過濾濾料可長期反復使用，具有技術先進，工作可靠，免維護，費用低廉的優勢。

5.6 配備智能化大功率負荷中心

由于工作面設備多、功率大，為降低供電設備的占地面積和減少低壓側連接電纜的數量，本面選擇了國內近幾年來開發的負荷中心，三臺2500KVA（3300V），一臺1600kvA（1140V），專為綜采工作面多電機、大功率設備設計的組合動力供應和啟動控制之用，集移動變電站、高壓真空配電裝置、負荷啟動開關、保護控制裝置為一體的多電壓綜合供電裝備，有小型變電所之稱。動力中心采用高壓開關+干式變壓器+低壓組合開關方式連接，組合開關可提供多路輸出與負載連接，采用DSP控制，具有短路、過載、漏電、欠壓多種保護功能，可以對單電機、單機雙速、雙機雙速等設備順序啟動、正反轉、停止、雙速切換，實現多用途控制功能。可與KTC-101集控系統方便組合連接，實現集中遠程控制，方便現場操作。

5.7 配備工作面集中控制系統

工作面配有國內較為先進的KTC-101集中控制系統。該系統具有對工作面破碎機、轉載機、刮板運輸機、泵站系統的啟?？刂疲疖囶A警功能。對轉載機采用高低速啟動，破碎機直接啟動，刮板運輸機采用控制福伊特閥控耦合器實現軟啟動方式，乳化液泵采用變頻軟啟動，噴霧泵直接啟動的方式，具有集中控制、就地控制、檢修控制、點動控制方式；工作面配套裝有擴音電話，具有打點、通話、閉鎖、急停功能；操作臺設在順槽臺車上，具有閉鎖位置顯示、設備運行狀態動畫顯示，數據自動采集、參數調整等功能，并可與地面實現數據信息上傳，是工作面控制系統的核心。

6 勞動組織優化控制

工作面進口設備多，技術復雜，對工作面實施科學勞動組織是發揮設備效能，提高效率的重要手段。下1煤工作面采用專業工種追機作業+綜合工種分段作業的勞動組織形式，兩個半班生產，半班檢修的作業方式，即中夜班采煤，早班上半班檢修和準備，下半班生產的作業方式。這主要考慮了礦井產量任務、系統檢修與用電錯峰填谷、安全需求等因素確定的，以保證生產的連續性為目的。

工作面合理調配人員，重點崗位定崗定員，合理確定勞動強度和工作流程，不隨意加班、延長工作時間，疲勞生產。區長、機電區長、維護班長骨干參與檢修準備工作并嚴格把關，杜絕在生產班發生事故，實現從容有序生產。

7 強化現場安全生產管控

7.1 加強機電設備的維修管理

嚴格落實三定四檢制度，保證檢修時間和質量，強化配件的及時供應。嚴格落實維修人員設備包機制度，將工作面所有設備和線路的完好檢查、檢修任務落實到人頭，做好超前檢修和預知維修，減少事故修理；嚴格落實檢修質量包保制度，由區隊管理人員承擔，對維護人員每天的檢修情況督促檢查和考核。定期組織專業人員分析設備、系統存在的問題，并及時處理，將設備完好率，開機率作為機電考核獎懲依據。

7.2 加大隱患排查和整改的力度

區隊不斷加強隱患超前預防控，認真抓好隱患排查表和職工崗位流程卡即“一表一卡”的日常檢查，對發現的安全隱患及時督促整改，主要隱患區長親自督辦，按“誰檢查、誰驗收、誰簽字、誰負責”嚴把整改驗收關；嚴格區隊領導現場跟帶班，做好班前隱患排查工作，做到先檢查后工作，消除事故隱患，不安全不生產；重點抓好中夜班、單項零活工程管控，嚴格規程措施現場落實兌現，加大對不安全行為的治理，對查處的不安全行為嚴格按照規定進行追查處理，提高了職工規范操作、遵章作業的自覺性。

7.3 持續深入推進質量標準化創建

質量標準化是安全管理的基礎，區隊以一通三防，頂板管理、機電運輸、防治水、文明環境達標為重點，制定達標規劃和包保獎懲措施，對區隊長、班組長、驗收員、操作工層層落實分解任務，限期達標。嚴格工程質量達標驗收，嚴格上下工序交接考核，不斷強化現場管控，規范職工行為，提高質量意識，做到出手就干標準活，使工作面始終保持行業一級水平，區隊管理由精細化向精益化轉變。

7.4 強化安全技術培訓提高管控能力

（1）通過以考促學不斷強化區隊各級人員安全培訓，不斷提高全員安全意識，堅決做到不安全不生產，杜絕違章指揮、違章作業，杜絕無知無畏，盲目蠻干行為。多途徑創新安全管理理念，全力打造“懂標準、會操作”職工隊伍和“懂專業、善指揮、會落實”的區隊管理人員隊伍，提高對安全生產的管控能力。

（2）提高技術水準。下1煤工作面使用的全套全新設備，進口設備多，技術含量高，檢修工藝要求高。加強現場操作人員、維護和管理人員的技術培訓尤為重要，為此，我們和設備廠家配合，針對每臺設備使用工藝、維修要點制定菜單式作業指導書，按程序使用維修，不斷提升其操作、維修水平。引進激勵獎懲制度，學技術只要有進步都可得獎勵，通過持續培訓學習達到了鍛煉隊伍，提升維修能力，減少事故的目的。

8 優化作業循環

8.1 優化作業循環

下1煤工作面采用前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，端頭斜切進刀，雙向割煤，往返兩刀的循環方式，這有利于生產的合理組織和工人熟練操作，最大限度的減少非正常割煤時間，減少每刀煤的循環時間，增加班割煤刀數，提高工作面的日循環個數，提高產量和效益。

8.2 優化生產工序，減少作業時間

強化現場管理，狠抓工序銜接順暢。2端頭采用平行作業：煤機割在一端頭休止時，另一端頭可以聯網維護、剪網退錨、超前回料；降低待機時間：工作面正常割煤時，采煤機速度快，要求移架迅速，不得出現煤機等支架待機現象，堅持使用好電液控制支架，縮短移架推溜時間，保證快速追機作業，減少非生產時間。

9 創建過程中的問題及改進措施

9.1 創建過程出現的問題

在工作面生產初期和創建高產高效工作面的過程中也出現了一些制約環節，一度影響生產，主要有：（1）設備問題：采煤機的行走鏈輪頻繁損壞，只能用3d-4d，頻繁更換制約生產、影響安全；電液控主閥芯易堵塞，造成支架不能動作，影響生產。（2）備件供應問題：部分大型和主要配件考慮不周，儲備不足，不能及時供應，采用空運調度，影響生產。（3）人員技術力量薄弱問題：全套設備雖然事先經過培訓，但仍然有部分人員出現對進口設備不適應，一些故障判斷不清，難以下手，邊學習邊生產，邊適應邊生產現象，對產量構成影響。

9.2 改進措施

針對存在問題我們及時分析、認真對待，不斷加以改進，較好的得到解決，促進了生產：

（1）設備問題。經過認證分析認為：鏈輪損壞一方面煤機重達96t，牽引速度快，割煤阻力大，要求爬坡能力大；另一方面是工作面長、雙向割煤，磨損大。所以鏈輪要求剛度、強度大，耐磨性能好。但廠家在這方面研究不過關，反復處理效果不好，為此我們通過測繪圖紙，聘請國內在這方面有優勢廠家進行合理的設計加工，制造出滿足生產需求的鏈輪，壽命在45d-50d左右，效果良好。電液控主閥芯容易堵塞的問題。一是國產乳化油油品質量不穩定。二是乳化液的污染造成，工作人員在處理液壓系統故障、加換油時引入雜質，乳化液不清潔，造成閥芯堵塞而支架不能動作，影響生產。所以采取措施是將國產乳化油改為質量較好的福斯品牌乳化油。對加換油、處理液壓件采取全程無塵化全封閉措施，杜絕引入雜質。

（2）備件供應問題。器材供應部門認真分析易損件的型號數量，在經濟允許的情況下合理提前儲備?？紤]進口備件國產化替代，保證正常使用；對大型的設備備件可以和廠家商談進行待儲備。

（3）人員技術力量薄弱問題。一是請廠家技術服務人員駐礦服務，講課，培訓人員；二是選派優秀職工到廠家和類似條件的礦考察學習，提前掌握設備操作技術、現場管理經驗、開采工藝，做到投產即達產。

10 創建效果評價與結論

下1煤工作面從優化工作面參數設計、優化設備選型配套、強化輔助生產系統配套，大功率重裝設備的投用、嚴格的勞動生產組織管理、嚴格的機電管理、嚴格的安全管理、先進適用的采煤技術應用等具體措施使得工作面安全狀況持續好轉、質量標準化水平持續攀升、單產連年大幅度遞增，滿足了南疆經濟發展的需求。

統計表明：下1煤工作面單產從2010年的100萬t/a，逐年遞增：2011年180萬t/a，2012年245萬t/a，2013年 300萬t/a，2014年410萬t/a，2014年最高單月產量48萬t/m，最高日產21000t/d，回采效率217/t.工，創造徐礦集團綜采一次采全高工作面的日產、月產和年產最高紀錄，實現了高產高效，企業保持了較好的安全經濟效益，為南疆經濟發展做出貢獻，成為煤炭行業樣板，其創建高產高效工作面的做法值得相同條件礦井借鑒。

作者簡介：陳國強（1972-），男，畢業于中國礦業大學礦山機電專業，碩士，現為徐礦集團新疆天山礦業有限責任公司機電副總經理，高級工程師。