煤礦綜采工作面采煤機(jī)選型研究

張海濤

【摘 ?要】隨著開采技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)大部分礦井實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化生產(chǎn)，但由于各礦井地質(zhì)條件通常具有較大差異，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選擇合適的采煤機(jī)，并實(shí)現(xiàn)綜采工作面三級(jí)配套，對(duì)保證礦井的正常回采具有重要意義。

【關(guān)鍵詞】煤炭;采煤機(jī);選型研究

中圖分類號(hào)：TD407 ????????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1采煤機(jī)選型原則

礦井的地質(zhì)條件、煤層的傾角、厚度、礦井的設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力、工作面采高、巷道斷面尺寸、工作面長(zhǎng)度、礦井系統(tǒng)配置能力等都會(huì)影響采煤機(jī)選型。在進(jìn)行采煤機(jī)選型時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：（1）根據(jù)煤層硬度選擇采煤機(jī)型號(hào)，保證采煤機(jī)最大截割硬度高于煤層及夾矸的硬度系數(shù) f，同時(shí)還應(yīng)留有一定的功率富余系數(shù)，通常取 1.2，防止采煤機(jī)因長(zhǎng)時(shí)間高頻率工作，降低電機(jī)使用壽命。（2）綜采工作面“三機(jī)”配套是指采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及液壓支架要有合理的空間配套關(guān)系，在采煤機(jī)選型時(shí)，最小采高應(yīng)大于液壓支架支撐高度 300mm ～ 400mm，最大采高應(yīng)低于液壓支架最大支撐高度 300mm ～ 400mm。（3）當(dāng)工作面傾角大于 15°或工作面潮濕且傾角大于 8°時(shí)，采煤機(jī)應(yīng)配備防滑措施，最好采用無鏈牽引的采煤機(jī)搭配制動(dòng)閘，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)緊急制動(dòng)。（4）井下使用雙滾筒采煤機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)煤層厚度變化情況確定滾筒直徑。（5）根據(jù)礦井的實(shí)際生產(chǎn)能力及接替工作面情況，選擇相匹配的采煤機(jī)。

2薄煤層開采設(shè)備選用

我國(guó)煤炭可采儲(chǔ)量中，大約20%埋藏在薄煤層。這個(gè)比例在一些重要產(chǎn)煤地區(qū)還要高出很多，如山東薄煤層儲(chǔ)量占41%、四川則高達(dá)55%。有些礦區(qū)的優(yōu)質(zhì)煤層埋藏在薄煤層下面，礦井生產(chǎn)能力的開發(fā)取決于薄煤層的開采。因此，薄煤層開采是影響煤炭工業(yè)全局的大問題。薄煤層的作業(yè)條件特別艱苦，而可供選用的高效采掘機(jī)械設(shè)備又相對(duì)較少，所以，薄煤層開采機(jī)械化是個(gè)緊迫的“老、大、難”問題。上世紀(jì)40年代出現(xiàn)的刨煤機(jī)，曾在歐洲為主的一些國(guó)家推廣應(yīng)用，可惜如今已風(fēng)光不再。我國(guó)從上世紀(jì)50年代起，研制和引進(jìn)了各式刨煤機(jī)累計(jì)近200臺(tái)套，投入過不少人力、物力。刨煤機(jī)的一些特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，曾展現(xiàn)出一條解決薄煤層開采的途徑[2、3]。但刨煤機(jī)的推廣應(yīng)用一直不能令人滿意刨煤機(jī)適用的工作面地質(zhì)條件是：煤質(zhì)比較松軟，頂板和底板起伏少，沒有斷層等地質(zhì)構(gòu)造。刨煤機(jī)可采較薄的煤層，但在沒有配備自動(dòng)化液壓支架的條件下，生產(chǎn)效率是比較低的。目前我國(guó)還不能制造自動(dòng)化的成套刨煤機(jī)設(shè)備，而從國(guó)外購(gòu)置和維修的費(fèi)用都比較昂貴。這些都嚴(yán)重制約了刨煤機(jī)的推廣應(yīng)用。因受液壓支架最低支撐高度的限制，目前刨煤機(jī)綜采的實(shí)際采高可達(dá)1.0～ 1.6m。滾筒采煤機(jī)也可以達(dá)到這個(gè)采高范圍，而螺旋鉆采煤機(jī)的采高則可降低到0.6m左右，但螺旋鉆采煤機(jī)要求采用特殊的采煤工藝和設(shè)備配置，而其工作面產(chǎn)量和效率卻不能與長(zhǎng)壁綜采相比，因而不宜作為首選。薄煤層滾筒采煤機(jī)有爬底板和騎溜槽兩種結(jié)構(gòu)型式。爬底板采煤機(jī)在工作面輸送機(jī)和煤壁之間的機(jī)道上運(yùn)行，機(jī)身較低，最小采高可降到1.0m。把牽引傳動(dòng)部設(shè)置在工作面端頭，截割滾筒在工作面上穿梭運(yùn)行，最小采高還可以進(jìn)一步降低。但是，爬底板采煤機(jī)對(duì)底板起伏的適應(yīng)性比騎溜槽采煤機(jī)差，容易發(fā)生歪斜、偏轉(zhuǎn)、啃低、飄底等故障。這些情況也是刨煤機(jī)經(jīng)常發(fā)生和需要處理的故障。騎溜槽采煤機(jī)沒有這些問題，但最小采高一般很難降到1.1m以下。因?yàn)槎际艿揭簤褐Ъ茏钚≈胃叨鹊南拗疲瑑煞N滾筒采煤機(jī)的實(shí)際采高范圍可說是差不多少。所以，騎溜槽滾筒采煤機(jī)的品種和使用臺(tái)數(shù)比爬底板滾筒采煤機(jī)多得多。

3厚煤層開采設(shè)備選用

想盡量采用技術(shù)成熟的中厚煤層采煤設(shè)備開采厚度大于3.5m的煤層，于是出現(xiàn)了分層開采的采煤工藝。根據(jù)煤層厚度和頂板條件確定的分層開采采高，一般是2.5m左右。這是工人作業(yè)較方便的高度，也可按一般的要求選用中厚煤層采煤機(jī)。當(dāng)煤層厚度比3.5m高得不很多，比如< 5m，尤其當(dāng)分層開采有困難時(shí)，就可以考慮一次采全高。這樣，工作面的產(chǎn)量和效率可以提高，而巷道掘進(jìn)量可以大大減少。一次采全高時(shí)，工作面顯現(xiàn)的礦壓較強(qiáng)烈，煤壁會(huì)片幫大塊煤。必須選用大功率采煤機(jī)和輸送機(jī)，液壓支架的支撐能力也要相應(yīng)增強(qiáng)。我國(guó)大功率采煤機(jī)的研制比較薄弱，不能充分滿足煤礦生產(chǎn)的需要。上世紀(jì)90年代以來，一些局礦引進(jìn)6LS3、6LS5、7LS6、SL500和EL300等型大功率電牽引采煤機(jī)，最大采高可達(dá)5.5m，最大裝機(jī)功率達(dá)1860kW。我國(guó)MG系列目前已經(jīng)開發(fā)出幾個(gè)大功率采煤機(jī)品種，MG 750/1815-GWD型具有代表性，其最大采高可達(dá)5.2m，裝機(jī)功率1815kW，整體技術(shù)水平也有很大提高，明顯縮短了與國(guó)外先進(jìn)水平的差距。厚煤層采煤機(jī)應(yīng)該具備處理大塊片幫煤的特殊功能。一次采全高厚煤層工作面，一般要在工作面輸送機(jī)向順槽輸送機(jī)轉(zhuǎn)載處設(shè)置破碎機(jī)。考慮到大塊煤在采煤機(jī)機(jī)身下難以通過，會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，需要在采煤機(jī)朝回風(fēng)順槽的一端加設(shè)破碎機(jī)構(gòu)。現(xiàn)在常用的破碎機(jī)構(gòu)是裝在搖臂上的滾筒，不帶螺旋葉片，滾筒的位置可以升降調(diào)節(jié)。早期的產(chǎn)品，破碎機(jī)構(gòu)由采煤機(jī)主電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，故障點(diǎn)較多，可靠性較差。現(xiàn)在破碎機(jī)構(gòu)多由專設(shè)的電動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。為了避免干擾采煤機(jī)的正常作業(yè)，破碎機(jī)構(gòu)應(yīng)該盡量緊湊，傳動(dòng)系統(tǒng)中常采用行星齒輪傳動(dòng)。厚煤層采煤機(jī)功率強(qiáng)大，操作難度也大，因此在操縱控制的自動(dòng)化和故障預(yù)報(bào)等方面，技術(shù)要求都比較高。選用時(shí)應(yīng)在這些方面予以關(guān)注。“綜放”開采是我國(guó)厚煤層機(jī)械化開采的一大特色。“綜放”即“綜采放頂煤”工藝，就是用綜采的方法回采厚煤層底部分層，而液壓支架上面的頂煤則經(jīng)支架窗口排放回收。如果煤層中硬或軟，容易冒落，而頂板的巖性又屬于Ⅰ、Ⅱ級(jí)，不易冒落，就可以考慮采用“綜放”，緩傾斜煤層較適于“綜放”的厚度是6～ 12m。用中厚煤層設(shè)備開采厚煤層，減少設(shè)備投資。“綜放”工作面要使用特殊架型的液壓支架，對(duì)采煤機(jī)的選型有影響。這種支架有排放頂煤的窗口，支架內(nèi)設(shè)兩臺(tái)刮板輸送機(jī)。靠近采空區(qū)的后部輸送機(jī)承接放落的頂煤，其運(yùn)輸能力應(yīng)滿足放頂煤的要求;靠近煤壁的前部輸送機(jī)，承接采煤機(jī)采出來的煤，兩者生產(chǎn)能力要相匹配，結(jié)構(gòu)上有配合導(dǎo)向的要求，相關(guān)尺寸要相互適宜。放頂煤支架應(yīng)根據(jù)煤層的地質(zhì)條件和煤質(zhì)選型，對(duì)“綜放”的產(chǎn)量、效率、作業(yè)安全有決定性影響，應(yīng)慎重處理。

4傾斜煤層綜采設(shè)備

如果采用水平分層的工藝開采，傾斜煤層，設(shè)備選型就跟緩傾斜煤層一樣，沒有太多的特殊要求。但是，受許多條件的限制水平分層開采工藝不能普遍采用。傾斜煤層中，設(shè)備防倒、防滑是個(gè)特殊的問題。傾斜煤層工作面的上順槽應(yīng)按設(shè)防滑絞車，供設(shè)備裝拆和設(shè)備防滑之用;液壓支架應(yīng)具備防倒、防滑裝置。通常采用單向截煤工藝，采煤機(jī)只在向下行程中截煤，利用煤壁阻擋采煤機(jī)下滑;采煤機(jī)在向上行程中“空刀”返回，以確保生產(chǎn)安全。傾斜煤層采煤機(jī)在潤(rùn)滑、防滑等方面都有特殊的技術(shù)要求，也是選型時(shí)應(yīng)該特別關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)。傾斜煤層采煤機(jī)應(yīng)有較強(qiáng)的爬坡能力，所以牽引力要大，應(yīng)設(shè)置防滑制動(dòng)裝置。煤層傾角略大于25°時(shí)，有的礦上仍然使用緩傾斜煤層采煤機(jī)，或者只經(jīng)簡(jiǎn)單改裝。顯然安全性較差，而且勢(shì)必降低采煤機(jī)的生產(chǎn)能力。MG系列中已有適用于傾斜煤層的采煤機(jī)品種，MG 200/500-QWD型采煤機(jī)是功能較強(qiáng)的品種，已銷往俄羅斯，可以適應(yīng)傾角達(dá)45°的煤層。

結(jié)束語

在進(jìn)行采煤機(jī)選型時(shí)，不僅要考慮設(shè)備自身的能力，更應(yīng)該從礦井實(shí)際條件出發(fā)，從生產(chǎn)能力、牽引速度、裝機(jī)功率、滾筒直徑等幾個(gè)方面進(jìn)行選型分析。

參考文獻(xiàn)：

[1]雷奇，等. 大傾角長(zhǎng)壁綜采“三機(jī)”選型配套關(guān)鍵技術(shù)[J]. 煤礦開采，2017，22（1）：36 - 40，97.

[2]閆亞鵬. 中厚煤層與薄煤層聯(lián)合布置工作面采煤機(jī)選型技術(shù)研究[J]. 中國(guó)煤炭工業(yè)，2016，（10）：51 - 53.

（作者單位：山東能源棗礦集團(tuán)付村煤業(yè)有限公司）