郭 強(qiáng)

（1.太原理工大學(xué)，山西 太原 030024；2.太原市明仕達(dá)煤炭設(shè)計(jì)有限公司，山西 太原 030001）

引言

綜采機(jī)械化是煤礦生產(chǎn)的發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化的重點(diǎn)在于解決“三機(jī)”裝備配套的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。裝備配套的合理性以及科學(xué)性，直接影響到采煤作業(yè)生產(chǎn)的安全和效率。因此，需要在采煤作業(yè)中，根據(jù)煤礦生產(chǎn)實(shí)際合理實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，推動(dòng)煤礦生產(chǎn)發(fā)展。

1 薄煤層開(kāi)采特點(diǎn)

薄煤層在我國(guó)分布較為廣泛，賦存總量也較為可觀。薄煤層的煤層厚度較薄，一般在0.4～1.5m之間，開(kāi)采過(guò)程中形成的采空區(qū)較小，對(duì)地面造成的影響較小，地面沉降等問(wèn)題發(fā)生范圍較窄。相對(duì)于厚煤層而言，薄煤層在生產(chǎn)作業(yè)中具有一定優(yōu)勢(shì)，即開(kāi)采方便、維護(hù)工作容易、環(huán)境影響小等［1］。在薄煤層的實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，表現(xiàn)出了幾個(gè)基本特點(diǎn)。

首先，薄煤層厚度很薄，生產(chǎn)作業(yè)的速率相對(duì)于厚煤層而言大幅提升。作業(yè)速率提升，工作頻率相應(yīng)升高，致使采煤作業(yè)的進(jìn)度不斷加快。采煤作業(yè)進(jìn)度加快在一定程度上可以提升煤礦生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，但是也會(huì)導(dǎo)致作業(yè)設(shè)備的檢修養(yǎng)護(hù)工作落實(shí)不到位，可能在后期工作中出現(xiàn)設(shè)備故障等問(wèn)題。此外，也有可能導(dǎo)致通風(fēng)、防瓦斯、防塵等工作落實(shí)不到位，從而增加采煤作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

其次，相對(duì)于厚煤層而言，薄煤層在開(kāi)采過(guò)程中的單位采煤資金投入是高于厚煤層的，直接導(dǎo)致采煤作業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益出現(xiàn)下降。雖然資金投入相對(duì)較多，但薄煤層在開(kāi)采過(guò)程中的安全優(yōu)勢(shì)也比較明顯。比如頂板位移小，在采煤作業(yè)中可以實(shí)現(xiàn)有效控制，大面積塌方的情況基本不會(huì)出現(xiàn)［2］?？傮w來(lái)說(shuō)，薄煤層開(kāi)采在經(jīng)濟(jì)效益上會(huì)受損，但是對(duì)于環(huán)境的影響最小，安全工作也可以得到一定保障。

最后，薄煤層的產(chǎn)出量很低，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料顯示，薄煤層的平均產(chǎn)出量只有厚煤層產(chǎn)出量的三分之一左右。導(dǎo)致薄煤層產(chǎn)出量低的一個(gè)根本原因就是采煤不完全。采煤不完全的原因在于采煤作業(yè)的機(jī)械化程度不高，難以實(shí)現(xiàn)完全采掘。從另一個(gè)方面來(lái)說(shuō)，煤層環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件多變也會(huì)導(dǎo)致采煤不完全。采煤不完全是薄煤層生產(chǎn)的基本現(xiàn)狀，需要不斷加快薄煤層綜采機(jī)械化建設(shè)，才能有效解決這一問(wèn)題。

2 綜采機(jī)械化

所謂綜采機(jī)械化，也就是在煤層生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化的綜合采掘作業(yè)，這需要多種生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備協(xié)同作業(yè)才能實(shí)現(xiàn)。對(duì)于綜采機(jī)械化而言，裝備配套是最主要的問(wèn)題。裝備配套主要是指綜采機(jī)械化的各項(xiàng)機(jī)械設(shè)備能夠最大程度符合實(shí)際生產(chǎn)需求，形成機(jī)械設(shè)備能力和生產(chǎn)實(shí)際配套。不僅如此，在各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備之間，也應(yīng)在性能、效率等方面實(shí)現(xiàn)配套，以便各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)順利銜接，強(qiáng)化采煤作業(yè)的效率和安全。綜采機(jī)械化的意義重大，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

第一個(gè)方面，綜采機(jī)械化可以強(qiáng)化薄煤層生產(chǎn)作業(yè)的能力，提升作業(yè)效率和作業(yè)安全。從薄煤層生產(chǎn)實(shí)際來(lái)看，綜合機(jī)械化的程度相對(duì)較低，導(dǎo)致許多生產(chǎn)環(huán)節(jié)的具體工作都無(wú)法滿足安全要求。比如通風(fēng)系統(tǒng)的構(gòu)建、防瓦斯粉塵措施的制定等，由于綜合機(jī)械化程度較低，人為因素在采煤作業(yè)中的影響十分明顯，進(jìn)而導(dǎo)致各類安全事故的風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，可以最大程度減少人為因素對(duì)采煤作業(yè)的影響，強(qiáng)化生產(chǎn)安全。不僅如此，實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，可以有效執(zhí)行作業(yè)方案，提升作業(yè)效率。

第二個(gè)方面，綜采機(jī)械化可以推動(dòng)企業(yè)發(fā)展。實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，可以有效提升生產(chǎn)安全，這就確保企業(yè)具備了第一個(gè)發(fā)展要素——安全。實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，可以有效提升生產(chǎn)效率，同時(shí)可以降低人力投入，有效減少各類生產(chǎn)問(wèn)題造成的經(jīng)濟(jì)損失，顯著提升企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，這就確保企業(yè)具備了第二個(gè)發(fā)展要素——資本。實(shí)現(xiàn)綜采機(jī)械化，可以不斷提升企業(yè)生產(chǎn)能力和水平，推動(dòng)核心技術(shù)不斷進(jìn)步，這就使企業(yè)具備了第三個(gè)發(fā)展要素——技術(shù)。

3 薄煤層綜采機(jī)械化裝備配套的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

3.1 液壓支架

液壓支架是采煤作業(yè)中的重要環(huán)節(jié)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)當(dāng)充分考慮薄煤層作業(yè)空間較小的特點(diǎn)，最大程度降低液壓支架的整體高度，確保具有良好的支護(hù)性能。圖1為某型適用于薄煤層開(kāi)采的液壓支架。

圖1 液壓支架

液壓支架一般具有六個(gè)方面的技術(shù)要求。第一，底座、推移桿在設(shè)計(jì)上應(yīng)該預(yù)留合適的距離確保其他動(dòng)作，主要是滿足吊掛電纜溝和底座拉移后能夠保持5cm以上的距離。第二，在強(qiáng)度得到滿足的情況下，應(yīng)該盡量減小連桿的厚度，最好控制在龍門洞一半高度，避免在采上區(qū)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)壓推移連桿的情況［3］。第三，需要安裝防塵水幕裝置對(duì)支架主梁形成保護(hù)，同時(shí)要確保安裝位置便于維修和拆卸。第四，操縱閥應(yīng)該盡量減小尺寸，便于操作，能夠有效增加采煤區(qū)域的行走空間。第五，使用雙伸縮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)立柱，保證在采高較低的時(shí)候，能夠?qū)p壞的立柱進(jìn)行更換。第六，利用電液自動(dòng)控制技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化作業(yè)。

3.2 輸送機(jī)

輸送機(jī)的主要功能就是輸送物體，尤以煤塊、矸石為主。在輸送機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，底板和刮板鏈會(huì)受到較大的摩擦阻力，導(dǎo)致拉回煤現(xiàn)象增加，運(yùn)輸效率降低。因此，需要解決運(yùn)輸機(jī)的裝備配套問(wèn)題，消除這些負(fù)面影響。第一，提升機(jī)組過(guò)煤高度，使中部槽的高度有效降低，機(jī)身高度必須高于溜槽擋煤板的高度。第二，應(yīng)該降低卸載高度，盡量縮減輸送機(jī)連接罩的基本尺寸。第三，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)的頭尾交換基本功能，同時(shí)利用性能較高的減速機(jī)確保輸送機(jī)可以進(jìn)行雙速啟動(dòng)。第四，冷卻管和電纜的高度應(yīng)該保持在底座10cm以上，避免拉移支架對(duì)冷卻管和電纜造成損壞。第五，需要在輸送機(jī)的頭尾下方設(shè)計(jì)伸縮缸，以此調(diào)整輸送機(jī)頭尾高度，最大程度貼合實(shí)際采煤需求。

3.3 采煤機(jī)

采煤機(jī)是薄煤層綜采機(jī)械化的關(guān)鍵，目前用于薄煤層作業(yè)的采煤機(jī)械較多，根據(jù)薄煤層的基本特點(diǎn)，應(yīng)該選用適當(dāng)采煤機(jī)。圖2為 MG400／930－WD型采煤機(jī)示意圖。

圖2 MG400／930－WD型采煤機(jī)

實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化，采煤機(jī)需解決三個(gè)方面的基本問(wèn)題。

第一，滾筒直徑減小后，會(huì)導(dǎo)致臥底量小、過(guò)煤高度低，一級(jí)裝煤效果差。要解決這一問(wèn)題，可以從三個(gè)方面入手：第一是保持滾筒直徑不變，適當(dāng)增大葉片高度；第二是優(yōu)化截齒座和葉片的安裝方法；第三是特殊設(shè)計(jì)搖臂結(jié)構(gòu)，確保滾筒下落時(shí)，輸送機(jī)槽沿和搖臂底面保持良好的過(guò)煤空間。

第二，滾筒轉(zhuǎn)速越高，裝煤效果越差；滾筒轉(zhuǎn)速越小，裝煤效果也越差。不僅如此，螺旋角過(guò)大或過(guò)小也會(huì)導(dǎo)致裝煤效果較差。因此，就需要對(duì)滾筒的轉(zhuǎn)速和螺旋角進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，使之達(dá)到最佳狀態(tài)。通常情況下是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速和螺旋角最優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行確定的。

第三，滾筒結(jié)構(gòu)也對(duì)裝煤效果起到了十分明顯的影響作用。因此，需要對(duì)葉片螺旋角、尾翼外張角、葉片高度等進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，確保裝煤效果最佳。

4 結(jié)語(yǔ)

綜采機(jī)械化的裝備配套問(wèn)題是薄煤層的關(guān)鍵問(wèn)題，只有認(rèn)清薄煤層的基本特點(diǎn)，明確綜采機(jī)械化的重要作用，結(jié)合實(shí)際對(duì)綜采機(jī)械化裝備配套存在的技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化完善，才能提高薄煤層的采煤工作。

［1］ 蘭永磊.薄煤層綜采機(jī)械化裝備配套及關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題的研究［J］.河南科技，2013（2）：12－14.

［2］ 劉錦榮.大同礦區(qū)薄煤層綜采設(shè)備配套與開(kāi)采實(shí)踐［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2011（5）：56－58.

［3］ 胡美紅.薄煤層綜采“三機(jī)”設(shè)備配套技術(shù)研究［J］.煤礦機(jī)械，2009（3）：37－39.