賈向鵬

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司伯方煤礦，山西 晉城 048000）

引言

我國薄煤層煤炭儲量約620億t，占總儲量的17.5%，但由于薄煤層開采難度大，年開采僅占全國總產(chǎn)量的10.4%［1］。隨著薄煤層綜采設(shè)備制造技術(shù)的提升，以及國家對資源回采率要求的提高，薄煤層開采日益受到重視。國內(nèi)薄煤層大多采用滾筒式采煤機(jī)裝備開采，開采方式與傳統(tǒng)綜采開采方式基本相同，但工作面更低，工人勞動強(qiáng)度更大。如何進(jìn)一步完善薄煤層工作面設(shè)備選型配套技術(shù)，提高工作面產(chǎn)量和開機(jī)率，實(shí)現(xiàn)薄煤層的高效安全生產(chǎn)，是目前需要解決的重大問題之一［2］。

1 工作面概況

常村煤礦94311為首個(gè)薄煤層工作面，開采山西組9號煤層。厚度為1.1～1.8m。工作面設(shè)計(jì)長度1 775m，傾斜長度200m；工作面貫穿老母掌向斜，整體為褶曲構(gòu)造，構(gòu)造附近伴有一些小的斷裂構(gòu)造。預(yù)計(jì)94221巷在960m左右時(shí)，可能會揭露一正斷層；在1 155m左右時(shí)，可能揭露一沖刷帶；并且在切眼位置外50m左右有一陷落柱。工作面掘進(jìn)過程中主要的充水源為上覆巖層裂隙水，掘進(jìn)過程中會有少量滲水，預(yù)計(jì)最大涌水量5m3／h，正常涌水量1.5m3／h。煤層的頂板和底板均有致密堅(jiān)硬的砂巖和灰?guī)r構(gòu)成。

2 工作面“三機(jī)”生產(chǎn)能力配套

綜采工作面采煤機(jī)的落煤能力、裝煤能力及刮板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力決定了工作面的生產(chǎn)能力。因此采煤機(jī)參數(shù)指標(biāo)主要考慮到期滾筒直徑大小和裝煤效果；刮板輸送機(jī)的參數(shù)指標(biāo)及與采煤之間的過煤空間的高低（大?。┮灿绊懼ぷ髅娈a(chǎn)量的大小；液壓支架對工作面的地質(zhì)條件的適應(yīng)性，初撐力、工作阻力的大小，與刮板輸送機(jī)的聯(lián)結(jié)配套方式等也都影響著生產(chǎn)能力的發(fā)揮。因此，綜采工作面的所需生產(chǎn)能力應(yīng)予以確定。

2.1 確定工作面所需生產(chǎn)能力

工作面生產(chǎn)能力應(yīng)考慮同類設(shè)備在生產(chǎn)中的實(shí)際生產(chǎn)能力和所選設(shè)備是否能夠完成生產(chǎn)的能力。

最終需要工作生產(chǎn)能力為：

式中；Q1為工作面需要的生產(chǎn)能力，t／h；Qd為日生產(chǎn)能力，t／d，根據(jù)《94311工作面作業(yè)規(guī)程》取Qd＝2 419t／d；K 為生產(chǎn)不均衡系數(shù)，取0.9；N為日作業(yè)班數(shù)，取4；M為日檢修班數(shù)，取1；T為每班工作時(shí)數(shù)，取6；S為時(shí)間利用系數(shù)，取0.95。

2.2 核算采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力

式中：Q2為采煤機(jī)械可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t／h；v1為采煤機(jī)械平均牽引速度，3.0m／min；H 為采煤平均割煤高度，1.6m；B 為滾筒截深，0.80m；R為煤的密度，1.51t／m3。

2.3 核算刮板輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力

式中：Q3為輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)能力，t／h；F為貨載斷面積，m2；φ為中部槽裝滿系數(shù)，一般取φ＝0.65～0.9；γ為煤的松散密度，一般γ＝0.85～1.00t／m3；v2為鏈板速度，1.02m／s。

式中：ρ為煤在溜槽中的堆積角度，靜止時(shí)間取ρ＝30°～40°；ρ′為運(yùn)動時(shí)煤在溜槽中的堆積角度，取20°～30°；B 為溜槽寬度，0.724m；h1為上槽高度，0.024m；b擋煤板至溜槽邊緣距離，0.02m。

通過基本計(jì)算，得出Q1＝127.3 t／h，Q2＝347.9 t／h，Q3＝388.6 t／h，各單機(jī)的生產(chǎn)能力應(yīng)滿足且大于工作面設(shè)計(jì)所需的生產(chǎn)能力，即有Q3＞Q2＞Q1。根據(jù)計(jì)算各機(jī)械設(shè)備應(yīng)滿足且大于工作面設(shè)計(jì)產(chǎn)量要求。

3 工作面“三機(jī)”空間尺寸配套關(guān)系

采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架之間，無論是在性能參數(shù)還是空間尺寸等方面都能相互配套，可有效提高工作面的生產(chǎn)能力［3］。結(jié)合常村煤礦所選設(shè)備和煤層條件分析綜采設(shè)備配套關(guān)系。

采煤機(jī)、輸送機(jī)和液壓支架之間的配套尺寸關(guān)系。采煤機(jī)割過煤，并移架后的工作圖（如圖1）。圖1中，A為機(jī)面高度；B為中部溜槽寬度；C為溜槽距采煤機(jī)高度；D為滾筒直徑；H 為最低采煤高度；J為采煤機(jī)截深；K為采煤機(jī)臥底量；L為最大近代頂距；R為機(jī)道寬度；X為液壓支架立柱與電覽槽之間距離；L1為空頂距；D1為液壓支架立柱直徑；d為液壓支架立柱外徑；d1為液壓支架立柱內(nèi)徑；Y為過機(jī)高度。

3.1 綜采工作面所需的最低采高的確定

由圖1可以看出綜采工作面所需的最低采煤高度：

圖1 綜采工作面“三機(jī)”空間尺寸配套關(guān)系示意圖

式中：δ為機(jī)道上方液壓支架頂梁厚度，66～106mm，取106mm；Y為過機(jī)高度，在割煤后頂板下沉?xí)r機(jī)器仍能順利通過，Y≥90mm（薄煤層）到200～250mm，在這里取最小值90mm；A為機(jī)面高度，取845mm；則 H＝δ＋Y＋A＝106＋90＋845＝1 041mm

在不考慮地質(zhì)條件變化的情況下，綜采工作面所需的最低采煤高度為1.085m。另外還要考慮采煤機(jī)要有一定的臥底量K，以適應(yīng)底板起伏不平，一般K＝100～300mm，所選用采煤機(jī)為300mm。

所以，綜采工作面所需的最低的最終采煤高度應(yīng)為1.341m。而根據(jù)實(shí)測情況工作面的采高為1.412～1.452m，與計(jì)算相差71～111mm。

3.2 綜采面的機(jī)道寬度的確定

機(jī)道寬度就是采煤機(jī)割過煤、尚未移架，從支架立柱中心線至煤壁的距離。R值即機(jī)道寬度為

式中：J為采煤機(jī)截深，取800mm；E為煤壁與鏟煤板間距，為防止輸送機(jī)在彎曲段時(shí)滾筒截割鏟煤板，取180mm；X為液壓支架立柱與電纜槽之間距離，取1 280mm；d為液壓支架立柱外徑，取250mm；W 為輸送機(jī)寬度，W＝F＋B＋G；F為鏟煤板寬度，取270mm；B為中部溜槽寬度，取764mm；G為導(dǎo)向槽寬度，取300mm；V為電纜槽寬度，取280mm。

經(jīng)計(jì)算為3.999m，實(shí)測為3.980m，符合要求。

另外該面人行道尺寸寬度應(yīng)不低于700mm，高度不低于400mm。實(shí)測寬度為1.28m，高度為1.30m，符合要求。

4 工作面配套設(shè)備的選擇

在常村煤礦進(jìn)行深入調(diào)研基礎(chǔ)上，根據(jù)煤層賦存特點(diǎn)，結(jié)合采煤機(jī)的生產(chǎn)能力和工作面板輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，確定了工作面的“三機(jī)”配套設(shè)備，采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)（如表1、表2和表3）。

表1 MG2×160／710－WD采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)

表2 ZY4000／9／19型掩護(hù)式液壓支架技術(shù)參數(shù)

表3 SGZ764／400刮板輸送機(jī)技術(shù)參數(shù)

5 應(yīng)用效果分析及可靠性評價(jià)

為驗(yàn)證工作面設(shè)備選型的合理性，工作人員在初采期間對設(shè)備故障率及工作面開機(jī)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

5.1 工作面設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)單元可靠性統(tǒng)計(jì)

工作面設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)由采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架、泵站、供電系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送機(jī)、煤流外運(yùn)系統(tǒng)、供水通風(fēng)系統(tǒng)等單元組成。對94311工作面生產(chǎn)班各單元環(huán)節(jié)故障進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。但是94311工作面煤層不穩(wěn)定，矸石多，實(shí)際煤層厚度達(dá)不到開采前估計(jì)的平均厚度1.21m，尤其是從87號支架附近處煤層殲滅，直到120號支架附近至機(jī)尾才有約0.3m的煤層。從2013年11月16日初采至2014年3月10日，工作面推進(jìn)不到100m。

在調(diào)度室建立試驗(yàn)工作面設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)單元可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)臺帳。設(shè)備及生產(chǎn)系統(tǒng)單元可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括：單元無故障時(shí)間和單元故障時(shí)間（如表4）。

表4 機(jī)電設(shè)備故障時(shí)間表

5.2 工作面開機(jī)率統(tǒng)計(jì)

將工作面開機(jī)率統(tǒng)計(jì)分為兩個(gè)階段：在工作面開始回采到工作面回采100m的區(qū)間內(nèi)為設(shè)備磨合期，選取一段時(shí)間統(tǒng)計(jì)設(shè)備開機(jī)率特點(diǎn)（如圖2）；回采100～200m區(qū)間已經(jīng)度過磨合期，設(shè)備效能得到正常發(fā)揮，再對該階段內(nèi)某一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備的開機(jī)率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

圖2 工作面開機(jī)率統(tǒng)計(jì)實(shí)例

由圖2可知：94311綜采工作面開機(jī)率變化不大，偶爾出現(xiàn)設(shè)備故障，引起工作面開機(jī)率降低，平均40%左右。

6 結(jié)語

通過初采階段工作面設(shè)備運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析得出，工作面三機(jī)配套選型合理，能夠滿足生產(chǎn)的需要。但結(jié)合現(xiàn)場出現(xiàn)的一些問題，對94311薄煤層綜采工作面提出：在保證最低采高的情況下，應(yīng)盡量少割底板或不割底板。在遇到煤層變薄、殲滅或斷層時(shí)，應(yīng)該考慮采取放炮處理；為使采煤機(jī)滾筒獲得最佳的截割力，應(yīng)降低采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)速。滾筒最好設(shè)置兩種以上轉(zhuǎn)速；建議更換高強(qiáng)度耐磨截齒；在采煤機(jī)截割部傳動系統(tǒng)中，應(yīng)按照低速要求來設(shè)計(jì)各傳動部件，以獲得更高的使用壽命；在使用中加強(qiáng)采煤機(jī)的檢修，發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決；在保證安全生產(chǎn)前提下，應(yīng)該加強(qiáng)管理，避免不必要的停機(jī)，采取措施提高采煤機(jī)開機(jī)率。

［1］ 徐亞軍，王國法.基于滾筒采煤機(jī)薄煤層自動化開采技術(shù)［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41（11）：6－9.

［2］ 季俊成.綜采工作面三機(jī)配套設(shè)備的合理選擇［J］.煤炭技術(shù)，2011，30（4）：16－17.

［3］ 張佳偉.綜采設(shè)備的配套關(guān)系及采煤機(jī)技術(shù)參數(shù)的選擇［J］.煤礦機(jī)械，2000（3）：5－7.