大傾角“三軟”煤層工作面三機裝備配套研究與實踐

劉景成

（肥城礦業(yè)集團公司，山東 肥城 271608）

1 概況

單縣能源公司陳蠻莊礦井田位于山東省西南部，主采（3上）煤層埋藏深（-600～ -1200m之間），地溫高（大部位于二級高溫區(qū)），傾角大，頂?shù)装遘浨移扑椋簩榆洝５V井開采時地壓大，支護相對困難，成本高。建井以來，針對工作面的三機裝備配套優(yōu)化，實現(xiàn)高產(chǎn)高效，開展了研究與實踐。

2 主要開采條件

2.1 煤層產(chǎn)狀

本井田內(nèi)的總體構造形態(tài)為向北北西傾斜的單斜構造，伴有部分斷層和寬緩褶曲，地層傾角一般在 18°～31°之間。

2.2 各煤層頂?shù)装鍘r性特征

（1） 3（3上）煤層直接頂板為細砂巖、粉砂巖和泥巖，厚1.35～17.32m，一般在2～8m之間。粉砂巖抗壓強度為17.0～35.1MPa，細砂巖抗壓強度為67.6～173.9MPa，屬較穩(wěn)定～極穩(wěn)定頂板；泥巖則屬于不穩(wěn)定頂板。

（2） 3（3上）煤層底板為泥巖、粉砂巖或砂質(zhì)泥巖，厚度一般1～3m。據(jù)鄰區(qū)張集井田資料，其抗壓強度為7.80～51.2MPa，屬不堅固～堅固底板。

（3） 3下煤層直接頂板為細砂巖和泥巖，厚0.43～3.48m，一般在2m左右。細砂巖抗壓強度為67.6～173.9MPa，屬較穩(wěn)定～極穩(wěn)定頂板；泥巖則屬于不穩(wěn)定頂板。

（4） 3下煤層底板為泥巖或粉砂巖，厚度3.01～5.49m，其抗壓強度為7.80～51.2MPa，屬不堅固～堅固底板。

2.3 首采面煤層特征

首采面3206煤層基本情況（實際揭露）：煤層總厚1.6～5.5m，平均3.5m；煤層結(jié)構簡單，煤層傾角23～39°，平均31°；可采指數(shù)3.5；變異系數(shù)46.02%；穩(wěn)定程度為穩(wěn)定；該面3上煤為焦煤，煤質(zhì)硬度f=0.15，可采儲量998831t；走向長度1182～1199m，平均 1190m；傾向長度 182～196m，平均191m；面積222519m2。

3 首采區(qū)工作面“三機”設備配套

3.1 初次研究論證配套方案

對陳蠻莊礦首采面采煤機械的配備，進行了類似條件的礦井外部調(diào)研。聯(lián)合研究院所，采煤機、刮板運輸機、綜采支架生產(chǎn)廠家進行研究論證，結(jié)合陳蠻莊礦礦井勘探及實際揭露的現(xiàn)場地質(zhì)情況，根據(jù)礦井煤層開采條件及礦井生產(chǎn)規(guī)模，設計一個綜采面達到設計生產(chǎn)能力。首采工作面布置在3200上山采區(qū)的北部第一個工作面，即3206工作面。投產(chǎn)工作面長度為191m，推采長度1190m。借鑒周邊礦井經(jīng)驗，結(jié)合本礦井初期采區(qū)的開采條件和調(diào)研的礦井三機配套裝備狀況，研究確定了三機配套方案。表1為配套設備參數(shù)，圖1為三機配套中部圖。

表1 配套設備

3.2 配套設備主要技術特征

(1) SGZ800/500型刮板輸送機頭、尾各變線3節(jié)，總變線量75mm，輸送機與采煤機配套銷軌采用鍛造銷軌，確保采煤機大坡度爬坡強度，銷軌節(jié)距為126mm。

（2）輸送機采用端卸，機頭卸載高度850mm，確保大傾角的搭接。機尾鏈輪中心高度650mm。

（3）輸送機與支架連接耳為雙耳結(jié)構，耳厚70mm，間距120mm，銷孔尺寸Φ62mm。

（4）采煤機機面高度為1584mm，滾筒直徑為Φ2000mm，截深為800mm。

（5）中部支架、過渡支架整體頂梁（含行程800mm伸縮）、護幫板采用及時支護方式，支架采用雙側(cè)活動側(cè)護板，活動行程200mm，伸縮。

（6）側(cè)護板配側(cè)推千斤頂，普通雙作用，4個，缸徑/桿徑80/60mm，行程170mm，推力/拉力158/69kN。

圖1 三機配套中部圖

3.3 首次“三機”配套應用

首次配套“三機”設備安裝應用在3200采區(qū)的3206工作面，自2013年7月份投產(chǎn)，2016年6月結(jié)束，始終未能達到預期的產(chǎn)能。主要問題：

（1）該支架在適應大傾角軟煤、破碎頂板的護頂、護幫方面效果不好。割煤后護幫板不能有效地防止煤壁溜幫；支架的整體頂梁對不平整頂板的適應性差，接頂不嚴，極易造成頂板斷裂破碎惡化；支架頂梁前端伸縮梁伸出后，梁間的間隙極易使破碎的碎狀頂板巖粉塊持續(xù)漏出，導致頂梁上部漏空支架失穩(wěn)；支架出現(xiàn)下傾斜、歪架、擠架、咬架、倒架，架間可調(diào)間隙小，扶架極其困難。

（2）所選刮板運輸機適應大傾角工作面的能力不足。主要表現(xiàn)在工作面刮板機道停機后，往往因溜幫壓機、溜槽底槽水沖淤積物料，重新開機啟動困難；鏈條易損壞。

（3）采煤機截割功率偏小，對煤層條件變化適應性差；采煤機在推采過程中遇到仰采角度稍大時臥底不足，出現(xiàn)運輸機上飄。

（4）工作面布置面長191m，面長過大不利于管理；沿走向長度內(nèi)設計中有一個5°調(diào)向，也短期影響推采；推采過程中實際揭露6個煤層異常區(qū)、17條斷層，3次頂板灰?guī)r少量出水，水量分別約為20m3/h、33m3/h、42m3/h，一度影響生產(chǎn)。

（5）管理與操作缺乏經(jīng)驗和方法，不熟練，用人多。

4 “三機”設備配套的改進優(yōu)化

4.1 研究“三機”優(yōu)化改進配套方案

（1）通過3206首采面“三機”配套設備的使用，首次的配套方案主要參數(shù)，如支架工作阻力及支撐高度、采煤機牽引爬坡能力及制動、刮板機運輸能力能夠滿足現(xiàn)場基本的要求，但是對現(xiàn)場大傾角“三軟”煤層適應性存在護幫護頂效果不好、支架間隙較小不便于調(diào)整、采煤機割煤時對面前頂板擾動大等問題，還需要優(yōu)化改進。通過與科研院所、設備生產(chǎn)廠家深入探討研究協(xié)商，形成改進優(yōu)化方案。

（2）對支架的改進。ZY8000/20/43支架的頂梁由整體頂梁改為前后段鉸接頂梁，兩段頂梁分別設置側(cè)護板，前梁帶護幫板，便于前梁及時護頂護幫，前梁段側(cè)護板千斤頂可以配合側(cè)推、底調(diào)千斤頂起到調(diào)架作用；減少底座前端比壓，選用整體剛性半開襠底座，底座中后部底板敞開，便于浮煤碎石排出，減少支架前傾扎底。乳化液泵站采用膜分離反滲透軟化水設備供水，支架的供液進口設置反沖洗過濾器，采用電液閥操控，改善液壓系統(tǒng)的工作條件。

（3）刮板運輸機。提高電機功率，選用SGZ800/800刮板運輸機，中部槽采用整體鑄焊封底結(jié)構，同時提高鏈條的強度，選用優(yōu)質(zhì)鏈條和連接環(huán)，改進鏟板角度，改善裝煤效果，平衡采煤機身的走向適當傾斜角度。嘗試穿插異型中部槽，機身采用普通中部槽+異形溜槽（1.625m）配置（即每2節(jié)普通中部槽加1節(jié)異形溜槽），增加中部支架的架間空間，方便調(diào)架。

（4）采煤機。加大截割功率，提高對煤層硬度及夾矸變化的適應性。加強制動器性能，保證采煤機制動。改造滾筒為截深600mm，減弱對頂板的擾動破壞，增大滾筒直徑，適當加大了臥底量。

（5）優(yōu)化工作面設計參數(shù)。減少工作面長度，工作面面長控制在80～150m，便于管理。

（6）完善管理規(guī)定，加強培訓，提高操作技能。通過前期的回采，針對大傾角工作面回采取得的教訓和經(jīng)驗，到工作面現(xiàn)場重點檢查支架移架質(zhì)量，支架的上竄、下滑、失穩(wěn)、垂直刮板機的控制狀況、刮板運輸機下滑上竄、防飛矸設施等，固化完善制度，針對操作員工加強培訓，加強對割煤速度控制、移架、移機質(zhì)量控制關鍵操作的訓練，提高操作技能。

中部支架改造后重新配套三機斷面，如圖2所示。

圖2 中部支架改造后重新配套三機斷面

4.2 “三機”優(yōu)化應用效果檢驗

優(yōu)化后的三機設備，協(xié)作單位加工完成運至礦后，2018年8月份在3408工作面安裝完成。煤層條件相似，工作面走向長956m，面傾斜長136m。9月份產(chǎn)量4.536萬t，10月份產(chǎn)量6.77萬t，11月份月產(chǎn)達到了7.76萬t，生產(chǎn)能力提升，優(yōu)化后的設備在現(xiàn)場的適應性上有較好的體現(xiàn)。設備的操控性能明顯提高，操作便捷，工作面上僅需6人，減少人員15人。

5 結(jié) 語

（1）結(jié)合單縣能源公司陳蠻莊礦井開采煤層的特點，通過對綜采工作面“三機”配套設備的三機配套參數(shù)研究改造，提高了設備的操控性、適應性，對相似條件下的礦井具有一定的借鑒意義。

（2）針對埋藏深、大傾角、“三軟”煤層工作面實際情況，研究裝備智能化無人工作面，繼續(xù)深入開展“三機”配套適應性研究和實踐，進一步提高裝備水平。