特厚煤層大采高綜放工作面設備安裝設計與實踐

馬喜春

(山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 033600)

0 引言

隨著我國國民經濟進入到以中高速增長、裁汰落后產能為主要特征的“新常態”，人們越來越關注經濟發展的質量與效率[1]。在煤炭生產領域逐漸推進以高煤炭資源采出率、高煤炭生產效率的采煤方法來代替過去較為粗放的房柱式、巷采式、炮采式等較為落后的采煤方法[2]。提出了以綜合機械化采煤法、綜采放頂煤等高機械化、自動化的采煤方法[3]。特別是在特厚煤層開采時，我國煤炭科研工作者提出了大采高放頂煤采煤法，并在斜溝煤礦率先使用。由于大采高放頂煤采煤法與傳統綜采放頂煤在工作面設備運輸與安裝方面有著較大差異，眾多學者針對這一問題從不同角度進行了研究。學者馬良慧[4]以山寨煤礦綜放工作面為例，從現場實踐角度，為綜放工作面設備設計了一種快速安裝的方法，并在該礦11052工作面得到了成功實踐，但這種安裝只適用于普通采高下的放頂煤工作面設備安裝，并不能直接推廣至大采高工作面的設備運輸與安裝。田華[5]在詳細分析寬溝煤礦大采高放頂煤工作面的設備安裝設備與工藝的基礎上，對安裝設備與平臺進行了研究。但該研究主要針對于安裝設備的選擇，對于設備安裝設計研究較為有限[6-7]。

但這些研究普遍未能解決當前我國大采高綜放工作面的設備安裝遇到的實際問題[8]。針對斜溝煤礦大采高放頂煤采煤法的工作面設備運輸與安裝問題，以斜溝煤礦23101工作面設備運輸與安裝為例，為大采高放頂煤工作面設備重新規劃了運輸路線，對運輸經過巷道提出了整改要求，對設備安裝進行了優化設計，提高了工作面設備安裝速度，保障了工作面的安全高效運轉，為斜溝煤礦后續工作面以及類似礦井工作面設備運輸與安裝提供借鑒。

1 工作面概況

1.1 工作面地質概況

斜溝煤礦23101大采高綜放工作面南側為21采區回風上山，東側為正在回撤的23103工作面，北側、西側均為實煤區，上部為8#煤層18111、18109采空區和原店灣煤礦(開采8#煤，已關閉)。工作面位于魏家灘鎮和黃家溝村東南側，地表北部有黃家溝，南部有石吉塔溝，地表為黃土山區，起伏較大，蓋山厚度：291～436 m。13#煤層厚度13.58～14.42 m，平均煤厚14.01 m；煤傾角9.2°～9.6°，平均9.3°。該工作面基本頂為中細粒砂巖，直接頂為泥巖，基本底為泥巖，直接底為炭質泥巖。

1.2 巷道布置情況

23101皮帶巷為矩形斷面(斷面規格5 200 mm×3 800 mm，凈斷面5 000 mm×3 450 mm，底板硬化，C25砼厚150 mm)，全長1 855 m。

23101材料巷為矩形斷面(斷面規格4 800 mm×3 600 mm，凈斷面4 600 mm×3 200 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全長1 873 m。

23101工作面開切眼和兩巷垂直，斷面為矩形(斷面規格9 300 mm×3 800 mm，凈斷面9 100 mm×3 400 mm，擴幫后斷面10 300 mm×3 400 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全長240 m(平距中-中)。

1.3 工作面主要設備

由于23101工作面為大采高綜放工作面，其工作面主要生產設備運輸尺寸較大、重量較重，故應當對工作面主要生產設備進行現場調研，調研結果見表1。

表1 23101工作面主要使用設備

2 工作面主要設備運輸路線及順序設計

2.1 工作面主要設備運輸路線設計

在設計工作面設備運輸路線時應當對礦井開拓系統、準備系統以及回采系統進行全面考察，實地測量設計運輸路線所經過巷道的斷面尺寸是否滿足設備運輸的最低尺寸，同時，應當對巷道進行一定的整修，包括巷道轉彎處的抹平處理、巷道懸掛線纜的整理、巷道底板未硬化段的整體硬化以及對巷道積水處進行排水處理。總之，必須保證工作面設備運輸路線所經巷道符合設備運輸要求，不能對設備運輸產生影響。現對23101大采高綜放工作面設備運輸落線規劃如下。

1#副斜井→1#副斜井延伸段→二水平輔運石門→21采區輔助運輸上山→23101輔助斜巷→23101材料巷→23101工作面(升井路線按原路返回)。

2.2 工作面主要設備運輸順序規劃

工作面設備運輸是必須對設備運輸順序進行規劃，應當按照該工作面設備組裝順序與組裝位置進行運輸順序規劃，防止因運輸時的順序發生錯誤，導致工作面設備在組裝時出現返工、延誤工作面生產進度。現對工作面設備運輸順序規劃如下。

皮帶機自移機尾→轉載機機頭部分→破碎機→機頭端頭架→轉載機機尾部分→機頭端頭架→后部刮板輸送機機頭→機頭過渡架→前部刮板輸送機機頭→后部運輸機過渡槽→機頭過渡架→前部運輸機過渡槽→后部運輸機中間槽→液壓支架→前部運輸機中間槽→采煤機→后部刮板輸送機機尾→機尾過渡架→前部刮板輸送機機尾→材料巷超前支架→工作面設備列車。

3 大采高綜放工作面設備安裝設計

3.1 皮帶機自移機尾、轉載機、破碎機的安裝

安裝順序：皮帶機自移機尾→機頭傳動部→鏈輪組件→架橋槽→凸槽→特殊架橋槽→架橋槽→鉸接槽→(破碎機)→推移槽→聯接槽→特殊推移槽→開口槽→破碎槽→卸載槽(7節)→機尾組件。

安裝方法：首先將轉載機、破碎機在地面進行組裝，組裝完后對其按照入井安裝順序進行編號。用FBL-55型鏟板車將皮帶自移機尾運至工作面安裝地點，后將轉載機機頭部運到安裝地點后將其爬升至皮帶機自移機尾上對位穩好(用多功能叉車和手拉葫蘆配合將其端起伸到自移機尾上使連接定位銷對準滑車連接孔慢慢落下，直至到位)，上好卡環并用方木(1 200 mm×1 200 mm的木垛)將機頭驅動架支穩，從機頭底鏈道穿入拉刮板鏈用的鋼絲繩。將轉載機頭電機減速器運到位，再將機頭架橋槽運到位，用FBL-10型多功能叉車將槽子叉起與轉載機機頭部對位安裝，上好對口螺栓，在其下方打好木垛將其支穩。用同樣的方法依次將其余槽子(凸槽、調節槽、鉸接槽、推移槽、聯接槽)和破碎機安好，同時，破碎機用FBL-55型鏟板車整體運到位對位安裝，然后依次安裝推移槽、卸料槽、機尾組件。待工作面供電、供水、供液系統形成后，將各管路連接好，用機頭張緊裝置張緊刮板鏈使其達到預張力。最后通過安設專用起吊錨索將電機減速器進行對位安裝。

3.2 后刮板輸送機的安裝

后刮板輸送機共安裝機頭驅動部，機尾驅動部，機頭過渡槽1節，標準中部槽104節，開口槽26節，特殊槽4節(機頭1節、機尾3節)。

安裝順序：機頭驅動部→機頭過渡槽→機頭特殊槽→中部槽→開口槽→中部槽→機尾特殊槽→機尾驅動部。

安裝方法：依次拆除50 m以內的內落山側單體液壓支柱。用FBL-55型鏟板車整體運輸后刮板運輸機的機頭驅動部于設計地點后，確定安裝位置。用FBL-55型鏟板車把機頭過渡槽運到位后，將其與機頭驅動部對位安裝，上好啞鈴銷。從機頭側底鏈道穿入拉底鏈的鋼絲繩。用同樣的方法安裝好其余的中部槽和機尾特殊槽、機尾驅動部。在中部槽的安裝過程中從機尾方向開始向機頭鋪設上鏈，每鋪設60 m上鏈后將頂鏈繞過機頭鏈輪轉為底鏈，最后在將底鏈繞過機尾鏈輪與上鏈連接。

3.3 前刮板輸送機的安裝

前刮板輸送機共安裝機頭驅動部，機尾驅動部，機頭過渡槽(1節，4 800 mm)，標準中部槽(99節)，開口槽(25節)，變線槽(9節，機頭3節，機尾6節)。

安裝順序：機頭驅動部→機頭過渡槽→機頭變線槽→開口槽→中部槽→機尾變線槽→機尾驅動部。

安裝方法：前刮板輸送機的機頭驅動部通過FBL-55型鏟板車運輸到安裝位置。用FBL-55型鏟板車把機頭過渡槽運到位后，將其與機頭驅動部對位安裝，上好啞鈴銷。從機頭側底鏈道穿入拉底鏈的鋼絲繩。用同樣的方法安裝好其余的中部槽和機尾特殊槽、機尾驅動部。與后刮板輸送機安裝方法相同。

3.4 液壓支架安裝

由于工作面液壓支架分為中間架、端頭架以及過渡架，故在工作面液壓支架安裝時，必須注意安裝順序。應當將一組端頭架安裝至機頭端后，安裝3架過渡液壓支架，順次安裝132架中間架后，安裝4架機尾過渡支架，最后安裝一組機尾端頭架。為保證工作面設計長度與工作面安全回采，將機頭端架安置在皮帶巷，機尾端頭架安置于材料巷，為便于管理工作面刮板輸送機，應當將過渡液壓支架的第一架與前、后刮板輸送機機頭連接。

由于工作面的主要產量影響設備為前、后刮板輸送機，必須在工作面刮板輸送機安裝完畢之后，對工作面液壓支架進行安裝與調試。將液壓支架運輸至開切眼支架安裝位置之后，由支架搬運車上卸下時，應當盡量減小被安裝液壓支架與已安裝好的支架之間的夾角，待支架搬運車開走后，接通待安裝支架的供液系統，并升架至距離開切眼頂板0.2 m處，并在工作面平行方向上對液壓支架進行調整。之后，在工作面推進方向上對通過人工操作，對液壓支架與前、后刮板運輸機的連接問題進行移架操作，待兩者完全對位連接后，升架使液壓支架頂梁與工作面頂板完全接觸，并施加初撐力，達到對工作面頂板進行支護的效果。在工作面液壓支架全部安裝完畢之后，更改工作面供液系統為永久供液泵站供液。

3.5 采煤機安裝

由于大采高綜放工作面采煤機設備整體尺寸較大，結合斜溝煤礦具體生產實際，在地面必須對采煤機進行必要的拆卸。按照工作面采煤機的安裝順序，對采煤機進行井下現場安裝。

首先采用一輛FBL-55型鏟板車將采煤機的右滾筒與右搖臂，運輸至工作面采煤機安裝點，再配合使用兩輛FBL-55型鏟板車，將采煤機主機架運輸至安裝點。此時，首先安裝采煤機主機架部分，利用單體液壓支柱與FBL-55型鏟板車將采煤機機頭與機尾滑靴放置于中部槽齒條上，保證齒條充分嚙合，使其能夠在齒條上順利移動。然后，繼續采用一輛FBL-55型鏟板車將采煤機的左滾筒與左搖臂，運輸至工作面采煤機安裝點。在工作面液壓支架安裝完畢之后，結合液壓支架與倒鏈(手拉葫蘆)，將采煤機左右搖臂安裝與采煤機主機架之上，采用油缸固定，隨之，將采煤機左右搖臂安裝到位。將各水管、油管正確連接好。參照采煤機的相關要求，依據規定的潤滑油質量與數量，向各個需油部位給油。同時，應當保持采煤機的整潔，防止因四周雜物對采煤機正常工作產生影響。

4 結語

大采高綜放工作面在我國應用較少，其工作面設備具有相當的自身特點。工作面設備結構大、自重大、對運輸以及安裝設備、運輸路線所經巷道要求高。本文依托斜溝煤礦23101大采高綜放工作面設備和運輸與安裝工程實際，利用現場調研與工程類比的方法，對工作面地質情況、巷道布置狀況、工作面預安裝設備、設備運輸預設路線所經巷道進行了實地調研與測量，按照工作面設備運轉實際狀況對工作面設備下井順序進行了設計，按照設備運輸路線對巷道斷面提出了整改要求，對于工作面主要設備安裝進行了設計，提高了工作面設備安裝速度，保障了工作面的安全高效運轉，同時，也為斜溝煤礦后續工作面的設備安裝提供了實踐基礎，為條件類似礦井提供了現場借鑒。