極薄煤層三機(jī)配套設(shè)備選型分析

刁云飛

（山西煤炭進(jìn)出口集團(tuán)左云草垛溝煤業(yè)有限公司， 山西 大同 037102）

引言

極薄煤層即厚度小于0.8 m以下的煤層，在煤礦開采工作中，由于極薄煤層平均厚度小，且存在一定斜角，部分頂為砂質(zhì)泥巖，易垮落，底板通常為炭質(zhì)泥巖，若遇水會(huì)發(fā)生膨脹，向下推移，給開采工作帶來(lái)難度。因此，在極薄煤層開采工作中，應(yīng)確保三機(jī)配套設(shè)備在實(shí)際開采中能夠適應(yīng)極薄煤層的開采環(huán)境，確保開采工作的安全進(jìn)行。

1 極薄煤層開采現(xiàn)狀

依據(jù)煤層厚度的劃分，0.8～1.3 m厚度的為薄煤層，小于0.8 m以下的為極薄煤層。我國(guó)煤炭的儲(chǔ)存量具有多樣化的特點(diǎn)，部分地區(qū)極薄煤層儲(chǔ)存量如表1所示，薄煤層與極薄煤層的可采儲(chǔ)存量極高，約占煤炭總儲(chǔ)量的20%，如何實(shí)現(xiàn)高效、安全的煤炭開采是當(dāng)前煤炭行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急[1]。

表1 部分地區(qū)極薄煤層儲(chǔ)量統(tǒng)計(jì)表

目前來(lái)看，極薄煤層的主要開采方式有三種：電牽引采煤機(jī)綜采、螺旋鉆采煤機(jī)開采與刨煤機(jī)開采。相比較來(lái)說(shuō)，極薄煤層開采的技術(shù)及設(shè)備都比較落后，部分礦區(qū)對(duì)極薄煤層沒有安全的開采技術(shù)只能放棄開采，對(duì)煤炭資源造成了極大浪費(fèi)。

2 極薄煤層開采的選型與配套設(shè)備的基本原則

2.1 采煤機(jī)

對(duì)采煤機(jī)選型的基本要求是功率大、體積小、穩(wěn)定性高、機(jī)面高度要保證在開采較薄地段時(shí)有充足的過(guò)機(jī)空間。因此，應(yīng)選用大功率的雙滾筒無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)。

2.2 液壓支架

液壓支架可選用兩柱雙伸縮掩護(hù)式支架（如圖1所示），工作阻力和支護(hù)強(qiáng)度范圍可滿足極薄煤層礦壓的要求，可實(shí)現(xiàn)采高0.9 m的需求，同時(shí)符合最小過(guò)機(jī)空間和三機(jī)配套的參數(shù)合理。

圖1 兩柱雙伸縮掩護(hù)式支架圖

2.3 輸送機(jī)

為適應(yīng)極薄煤層的開采需求，選用雙中鏈封底結(jié)構(gòu)的鑄焊中部槽，并降低中部槽的高度。為降低機(jī)頭高度和卸載高度，可選用高效減速機(jī)，確保雙速啟動(dòng)、機(jī)頭尾互換的實(shí)現(xiàn)[3]。

3 三機(jī)選型的具體參數(shù)及要求

3.1 采煤機(jī)

對(duì)采煤機(jī)的選型應(yīng)嚴(yán)格按照極薄煤層對(duì)采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)要求進(jìn)行科學(xué)選擇。其要求主要有：首先，極薄煤層的開采工作要求采煤機(jī)機(jī)身薄、短，以適應(yīng)煤層薄，工作面支護(hù)，實(shí)現(xiàn)采高在0.9 m時(shí)的三機(jī)配套的需求。其次，由于極薄煤層綜采的實(shí)際開采工作當(dāng)中存在采煤機(jī)，其在進(jìn)行切割頂?shù)装鍟r(shí)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)和沖擊，因此要求采煤機(jī)的功率、強(qiáng)度和穩(wěn)定性都要有良好的保證。最后，極薄煤層開采時(shí)，空間較小，工作人員走動(dòng)不便，這就要求采煤機(jī)可離機(jī)控制。

依據(jù)煤礦的極薄煤層情況和地質(zhì)條件，并結(jié)合極薄煤層實(shí)際開采情況，選用雙滾筒無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)。機(jī)面高度不超過(guò)850 mm，滾筒直徑取最大采高的0.65～0.75倍，工作面最大采高按2.1 m，取滾筒直徑D=Φ1150 mm。

采煤機(jī)最大牽引速度為：

式中：Kc為采煤機(jī)割煤不均勻系數(shù)，取1.3；Vcp為采煤機(jī)平均牽引速度，取4 m/min。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Vmax=5.2 m/min。

按采煤機(jī)單位能耗計(jì)算采煤機(jī)割煤功率：

式中：N為需要的采煤機(jī)功率；Kb為備用系統(tǒng)，取1.3；B為截深，取0.63 m；H為最大采高，取2.1 m；Vmax為最大牽引速度，取5.2 m/min；Hw為采煤機(jī)每個(gè)單位能耗，取0.75 kW/h。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得N=402.46 kW。

依據(jù)以上計(jì)算，并結(jié)合極薄煤層賦存條件的特點(diǎn)及采煤機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀，可選擇大功率的雙滾筒無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)，該機(jī)具有功率大、切割能力強(qiáng)、體積小的特點(diǎn)，完全符合極薄煤層對(duì)采煤機(jī)結(jié)構(gòu)的要求。

3.2 液壓支架

依據(jù)礦區(qū)地質(zhì)條件及工作面其他設(shè)備的合理匹配條件來(lái)對(duì)液壓支架進(jìn)行選擇，可選用兩柱雙伸縮掩護(hù)式支架。首先，由于支架的結(jié)構(gòu)形式采用了較大直徑的平衡千斤頂結(jié)構(gòu)，增大了支架頂梁和掩護(hù)梁之間的調(diào)節(jié)能力和強(qiáng)度，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，可滿足支架的可靠性。其次，通過(guò)優(yōu)化，合理的選用高強(qiáng)度材板可有效減輕支架重量，在確保支架可靠性的前提下，滿足體積小、自身重量輕的要求。最后，兩架間可采用調(diào)底裝置來(lái)減小對(duì)底板的比壓，以適應(yīng)傾角工作面的極薄煤開采，并可以采用電液操作系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)支護(hù)自動(dòng)化[2]。

用垮落帶巖重法估算兩柱雙伸縮掩護(hù)式支架的支護(hù)強(qiáng)度P：

式中：K1為來(lái)壓動(dòng)載系數(shù)，1.5M為最大采高，2.1 m；φ為直接垮落后未經(jīng)壓實(shí)的碎脹系數(shù)，1.2；ρ為巖石密度，2500 kg/m3；g 為重力加速度，10 kg/m3。

代入數(shù)據(jù)計(jì)算得P=0.40 MPa。

根據(jù)煤層地質(zhì)條件及液壓支架的綜合條件分析，工作面的支護(hù)強(qiáng)度取0.4 MPa；支架工作阻力依據(jù)計(jì)算結(jié)果及支架的伸縮比來(lái)確定，為4000 kN；支架高度結(jié)合當(dāng)前成熟型和煤炭回收率的要求，最大高度為2300 mm，最低高度為900 mm。

3.3 運(yùn)輸機(jī)

結(jié)合極薄煤層開采的特點(diǎn)，選用SGZ-630/220型刮板輸送機(jī)并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在確保可靠性的前提下降低整體高度、降低輸送機(jī)機(jī)頭的卸載高度，實(shí)現(xiàn)采高0.9 m的整體配套要求。

刮板輸送機(jī)能力的核算原則是運(yùn)輸能力不小于采煤機(jī)落煤能力，即：

式中：Qg為刮板輸送機(jī)運(yùn)輸能力；Ky為運(yùn)輸機(jī)的裝載不均勻系數(shù)，1.3；Qm為采煤機(jī)的落煤能力，382 t/h。代入數(shù)據(jù)計(jì)算得Qg≥496.6 t/h。依據(jù)能力核算及采煤機(jī)配套情況，選用SGZ-630/220型刮板輸送機(jī)，可滿足極薄煤綜采的配套要求，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了設(shè)備的綜合性能。

4 極薄煤層三機(jī)配套設(shè)備的選型確定及特點(diǎn)

依據(jù)極薄煤層的開采條件及設(shè)備選型并結(jié)合配套要求，對(duì)三機(jī)配套的設(shè)備選型如表2所示。

表2 三機(jī)配套的選型統(tǒng)計(jì)表

根據(jù)極薄煤層的地質(zhì)條件，對(duì)三機(jī)配套設(shè)備的科學(xué)選型及優(yōu)化改進(jìn)，配套參數(shù)如下：

支架高度為0.7～1.3 m；支架寬度為1.35 m；支架中心距為1.5 m；推移步距為620 mm；輸送機(jī)中部槽高度為228 mm；過(guò)煤高度為218 mm；滾筒直徑為950 mm；機(jī)面高度為707 mm。

優(yōu)化改進(jìn)后三機(jī)配套的特點(diǎn)：首先，選用了雙滾筒無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)，機(jī)身厚度薄，降低至707 mm，滿足了極薄煤層對(duì)采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。其次，對(duì)刮板輸送機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)其中部槽和機(jī)頭機(jī)尾進(jìn)行了改進(jìn)，確保高強(qiáng)度運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，最大程度的降低了中部槽的高度，使中部槽高度達(dá)到了228 mm，卸載高度445 mm，機(jī)頭機(jī)尾的高度降低到了690 mm。最后，過(guò)煤高度滿足了218 mm，完全符合了生產(chǎn)過(guò)程中的基本要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)極薄煤層三機(jī)配套設(shè)備的合理選型和科學(xué)優(yōu)化，使三機(jī)配套設(shè)備能夠更好地適應(yīng)極薄煤層的開采工作，從而提高了對(duì)極薄煤層的開采效率，保證了開采工作的安全進(jìn)行。

[1]鄭軍.大傾角薄煤層保護(hù)層綜采實(shí)踐與探討[J].江西煤炭科技，2017（3）：5-8.

[2]魏秋玉.薄煤層綜采可行性分析及支護(hù)強(qiáng)度研究[J].山東煤炭科技，2017（8）：67-69.

[3]姜輝，姚永，劉道龍.薄煤層綜采遠(yuǎn)程可視智能化三機(jī)配套設(shè)備的研究與應(yīng)用[J].山東工業(yè)技術(shù)，2017（12）：79.