極薄煤層三機配套設備選型分析

刁云飛

（山西煤炭進出口集團左云草垛溝煤業有限公司， 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，部分頂為砂質泥巖，易垮落，底板通常為炭質泥巖，若遇水會發生膨脹，向下推移，給開采工作帶來難度。因此，在極薄煤層開采工作中，應確保三機配套設備在實際開采中能夠適應極薄煤層的開采環境，確保開采工作的安全進行。

1 極薄煤層開采現狀

依據煤層厚度的劃分，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。我國煤炭的儲存量具有多樣化的特點，部分地區極薄煤層儲存量如表1所示，薄煤層與極薄煤層的可采儲存量極高，約占煤炭總儲量的20%，如何實現高效、安全的煤炭開采是當前煤炭行業的當務之急[1]。

表1 部分地區極薄煤層儲量統計表

目前來看，極薄煤層的主要開采方式有三種：電牽引采煤機綜采、螺旋鉆采煤機開采與刨煤機開采。相比較來說，極薄煤層開采的技術及設備都比較落后，部分礦區對極薄煤層沒有安全的開采技術只能放棄開采，對煤炭資源造成了極大浪費。

2 極薄煤層開采的選型與配套設備的基本原則

2.1 采煤機

對采煤機選型的基本要求是功率大、體積小、穩定性高、機面高度要保證在開采較薄地段時有充足的過機空間。因此，應選用大功率的雙滾筒無鏈電牽引采煤機。

2.2 液壓支架

液壓支架可選用兩柱雙伸縮掩護式支架（如圖1所示），工作阻力和支護強度范圍可滿足極薄煤層礦壓的要求，可實現采高0.9 m的需求，同時符合最小過機空間和三機配套的參數合理。

圖1 兩柱雙伸縮掩護式支架圖

2.3 輸送機

為適應極薄煤層的開采需求，選用雙中鏈封底結構的鑄焊中部槽，并降低中部槽的高度。為降低機頭高度和卸載高度，可選用高效減速機，確保雙速啟動、機頭尾互換的實現[3]。

3 三機選型的具體參數及要求

3.1 采煤機

對采煤機的選型應嚴格按照極薄煤層對采煤機的結構要求進行科學選擇。其要求主要有：首先，極薄煤層的開采工作要求采煤機機身薄、短，以適應煤層薄，工作面支護，實現采高在0.9 m時的三機配套的需求。其次，由于極薄煤層綜采的實際開采工作當中存在采煤機，其在進行切割頂底板時會產生震動和沖擊，因此要求采煤機的功率、強度和穩定性都要有良好的保證。最后，極薄煤層開采時，空間較小，工作人員走動不便，這就要求采煤機可離機控制。

依據煤礦的極薄煤層情況和地質條件，并結合極薄煤層實際開采情況，選用雙滾筒無鏈電牽引采煤機。機面高度不超過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。

采煤機最大牽引速度為：

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

代入數據計算得Vmax=5.2 m/min。

按采煤機單位能耗計算采煤機割煤功率：

式中：N為需要的采煤機功率；Kb為備用系統，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為采煤機每個單位能耗，取0.75 kW/h。

代入數據計算得N=402.46 kW。

依據以上計算，并結合極薄煤層賦存條件的特點及采煤機發展現狀，可選擇大功率的雙滾筒無鏈電牽引采煤機，該機具有功率大、切割能力強、體積小的特點，完全符合極薄煤層對采煤機結構的要求。

3.2 液壓支架

依據礦區地質條件及工作面其他設備的合理匹配條件來對液壓支架進行選擇，可選用兩柱雙伸縮掩護式支架。首先，由于支架的結構形式采用了較大直徑的平衡千斤頂結構，增大了支架頂梁和掩護梁之間的調節能力和強度，利用計算機技術對其進行設計優化，可滿足支架的可靠性。其次，通過優化，合理的選用高強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，兩架間可采用調底裝置來減小對底板的比壓，以適應傾角工作面的極薄煤開采，并可以采用電液操作系統，來實現支護自動化[2]。

用垮落帶巖重法估算兩柱雙伸縮掩護式支架的支護強度P：

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

代入數據計算得P=0.40 MPa。

根據煤層地質條件及液壓支架的綜合條件分析，工作面的支護強度取0.4 MPa；支架工作阻力依據計算結果及支架的伸縮比來確定，為4000 kN；支架高度結合當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 運輸機

結合極薄煤層開采的特點，選用SGZ-630/220型刮板輸送機并對其結構進行優化設計。在確保可靠性的前提下降低整體高度、降低輸送機機頭的卸載高度，實現采高0.9 m的整體配套要求。

刮板輸送機能力的核算原則是運輸能力不小于采煤機落煤能力，即：

式中：Qg為刮板輸送機運輸能力；Ky為運輸機的裝載不均勻系數，1.3；Qm為采煤機的落煤能力，382 t/h。代入數據計算得Qg≥496.6 t/h。依據能力核算及采煤機配套情況，選用SGZ-630/220型刮板輸送機，可滿足極薄煤綜采的配套要求，通過優化設計，提高了設備的綜合性能。

4 極薄煤層三機配套設備的選型確定及特點

依據極薄煤層的開采條件及設備選型并結合配套要求，對三機配套的設備選型如表2所示。

表2 三機配套的選型統計表

根據極薄煤層的地質條件，對三機配套設備的科學選型及優化改進，配套參數如下：

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；輸送機中部槽高度為228 mm；過煤高度為218 mm；滾筒直徑為950 mm；機面高度為707 mm。

優化改進后三機配套的特點：首先，選用了雙滾筒無鏈電牽引采煤機，機身厚度薄，降低至707 mm，滿足了極薄煤層對采煤機的結構要求。其次，對刮板輸送機的設計優化，對其中部槽和機頭機尾進行了改進，確保高強度運轉的前提下，最大程度的降低了中部槽的高度，使中部槽高度達到了228 mm，卸載高度445 mm，機頭機尾的高度降低到了690 mm。最后，過煤高度滿足了218 mm，完全符合了生產過程中的基本要求。

5 結語

通過對極薄煤層三機配套設備的合理選型和科學優化，使三機配套設備能夠更好地適應極薄煤層的開采工作，從而提高了對極薄煤層的開采效率，保證了開采工作的安全進行。

[1]鄭軍.大傾角薄煤層保護層綜采實踐與探討[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強度研究[J].山東煤炭科技，2017（8）：67-69.

[3]姜輝，姚永，劉道龍.薄煤層綜采遠程可視智能化三機配套設備的研究與應用[J].山東工業技術，2017（12）：79.