牛上鋒

（山西沁和能源集團南凹寺煤業(yè)有限公司，山西　晉城　048205）

1　煤礦復(fù)雜地質(zhì)條件分析

我國復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域的礦區(qū)眾多，地質(zhì)上多屬于薄基巖、厚松散覆蓋層中淺埋煤層，礦井的開發(fā)開采易引起對上覆巖層的移動變形，變形破壞若發(fā)生在煤層頂板巖層則易形成臺階下沉、裂縫破壞、切落破壞、一定情況下可能引發(fā)潰砂、煤礦突水等地質(zhì)危害[1]。

當(dāng)采煤機連續(xù)施工中遇到地質(zhì)條件復(fù)雜區(qū)域時，若不采取相關(guān)安全有效安全管理手段，容易影響采煤工作效率，有的甚至產(chǎn)生安全性事故，導(dǎo)致煤礦企業(yè)人員和財產(chǎn)帶來雙重損失。工程技術(shù)人員對于在復(fù)雜地質(zhì)條件區(qū)域施工必須時刻小心。

復(fù)雜地質(zhì)條件不同區(qū)域歸類如下：煤層頂板是復(fù)合頂板，這種煤層中有泥巖、頁巖夾矸層、泥質(zhì)；基巖層的厚度小于30m的煤礦區(qū)域；掘進性揭露斷層區(qū)域，煤厚小于3m所在煤層變薄區(qū)域，頂板及煤層破碎區(qū)域；燒區(qū)邊界掘進區(qū)域，頂?shù)装逅绍浺酌奥溆嘘P(guān)區(qū)域；頂板及煤層含水性強的區(qū)域，錨索、錨桿孔滴淋水影響到的區(qū)域；受到二次采動影響的巷道。

2　復(fù)雜地質(zhì)條件下采煤機問題探索

采煤機技術(shù)的較快發(fā)展，導(dǎo)致煤礦企業(yè)對采煤機生產(chǎn)效率的提出越來越高的要求，大中型采煤機對于煤層開采中應(yīng)用逐漸增多。在研究采煤機行走原理后，發(fā)現(xiàn)大中型采煤機系統(tǒng)中動力沿工作面的牽引行走力，由其行走箱和牽引箱啟動產(chǎn)生，動力由牽引電機傳遞給傳動系統(tǒng)中的牽引箱，再傳遞給花鍵軸（牽引箱間和行走箱之間），其中動力又到傳動系統(tǒng)中行走箱，最后帶動行走齒輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動效應(yīng)，最終帶動采煤機行走，最后通過改變牽引電機的轉(zhuǎn)向角度，使采煤機各功能部件協(xié)調(diào)運作，以此改變能夠采煤機行走方向的機理[2]。

復(fù)雜地質(zhì)條件煤層區(qū)域，存在影響開采工作的工作面傾向、傾角、走向等難處理情況，對于設(shè)計結(jié)構(gòu)為近水平煤層的普通采煤機中行走系統(tǒng)，難適應(yīng)這類復(fù)雜工作面的區(qū)域煤層開采任務(wù)，常見故障有：行走中輪齒結(jié)合面有壓潰現(xiàn)象、存在磨損較快較嚴重；支撐滑靴底面相關(guān)部位磨損較快；導(dǎo)向滑靴常有斷裂、接觸面磨損較嚴重。

以梅花井煤礦為例，綜采設(shè)備所采2-2型工作面，煤層厚度平均為3.5m，工作面為4 200m走向長，傾斜均長223m，煤層平均傾角在9°～20°之間。工作面受背斜影響，煤巖層較為平常巖層破碎，裂隙存在發(fā)育情況，易造成冒頂、漏頂事故。工作面走向長，走向起伏大，底板頂板屬粉砂巖，構(gòu)成復(fù)雜地質(zhì)條件。梅花井煤礦綜采工作面考慮選用交流變頻電牽引采煤機MG650/1710-WD割煤和運煤工作系統(tǒng)。工作面設(shè)置有頂板131架支架控制，其中過渡架有7架，設(shè)置型號為ZYG10000/18/37AD、ZYG10000/19/40BD、ZYG10000/19/40B1D；端頭架設(shè)置為2 架，為ZYT10000/21/42D型號；基本支架122架[3]。

3　采煤機生產(chǎn)工藝的優(yōu)化

3.1　采煤機跟機自動化提高采煤效率

調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，在采煤機復(fù)雜地質(zhì)條件下若使用SAC電液控制自動化系統(tǒng)可以提高采煤效率。該系統(tǒng)主要由紅外線采煤機位置檢測傳感器行程傳感器、支架控制器、隔離耦合器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、角度傳感器、網(wǎng)絡(luò)變換器、壓力傳感器、等設(shè)備組成。支架控制器可以實時采集傳感器數(shù)據(jù)，通過總線匯總到監(jiān)控中心布置的主控計算機內(nèi)，不同位置傳感器采集不同位置支架的行程、工作阻力等數(shù)據(jù)信息，其作用是實現(xiàn)液壓支架閉環(huán)控制量的監(jiān)測并及時反饋給主機，使采煤機液壓支架跟機自動化順利有序進行。

3.2　采煤機網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)化采煤工藝

創(chuàng)新引領(lǐng)新發(fā)展，市場中新推出的采煤機依據(jù)支架控制器檢測器獲得采煤機相關(guān)信號傳給集成的網(wǎng)絡(luò)變化器位置識別，根據(jù)綜采工作面作業(yè)的流程規(guī)程，確定采煤機運行到何位置時采煤機支架做出相應(yīng)動作，被編成程序存入主控計算機中再發(fā)散到網(wǎng)絡(luò)變換器中，主控計算機或網(wǎng)絡(luò)變化器依據(jù)采煤機位置信息自動發(fā)出相關(guān)命令，指揮該支架控制器來完成規(guī)范工作，實現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件與跟機自動化對應(yīng)割煤工藝要求之間配合適應(yīng)，以此提高生產(chǎn)效率、可以解放勞動力，增加企業(yè)利潤。

3.3　優(yōu)化過斷層的方式

梅花井煤礦生產(chǎn)中工作面地質(zhì)復(fù)雜，掘進過程導(dǎo)致21條不同巖層發(fā)生斷層現(xiàn)象，以F11斷層落差最大，竟然達到3m。之前調(diào)查試驗開采中，就存在過全巖段45m難處理情況。為了最快最有效通過該段，企業(yè)制定了詳細施工流程、相關(guān)安全措施，班組教育對施工步驟、具體順序、應(yīng)該注意安全事項進行培訓(xùn)。對煤層變薄處采用起底打眼挑頂、爆破并逐步抬高輸送機相關(guān)安全措施，使其支架頂梁設(shè)置能夠抬起前頭，并抬高輸送機高度使其達到要求，使采煤機順利過渡其復(fù)雜地質(zhì)段。

3.4　防塵水管電纜、拖拉優(yōu)化采煤系統(tǒng)

在薄煤層復(fù)雜地質(zhì)區(qū)域選擇工作面時，常受采高限制，電纜、水管槽較小因素影響，若設(shè)計方案中采用相關(guān)設(shè)備隨采煤機一同移動的方法，用U形卡固定不移動電纜以及防塵管路在電纜槽外側(cè)，可以解決上述問題，調(diào)查中發(fā)現(xiàn)防塵管路中若能每隔15m設(shè)三通類建材，能便于插接機組設(shè)置防塵管，使得采煤機只對20m防塵管以及移動的電纜進行拖拉，以此成功加快采煤機運行速度，提高了工作面采煤產(chǎn)量。

3.5　優(yōu)化對過斷層爆破布置方法

采煤生產(chǎn)中多采用多個循環(huán)一次爆破方式，用來處理全巖段斷層，一次打眼深度設(shè)置為1.4m，以0.3 kg裝藥量為標(biāo)準(zhǔn)量，炮眼進行五花形式，炮后及時拉超前架支護頂板等安全設(shè)施，使正常每班割煤量達到2個循環(huán)。為安全保護支架，立柱爆破前將PVC板放置在支架頂梁下進行吊掛，并設(shè)置空氣卸壓孔，來降低爆破沖擊能量破壞，防止由于爆破產(chǎn)生飛矸等雜物，對支架立柱擊傷影響其使用性能，來保護采煤設(shè)備設(shè)施。再者，由于PVC防護板質(zhì)量較輕，人員進行移動吊掛較為方便，可以加快放炮程序，減輕了不良地質(zhì)構(gòu)造影響對工作面生產(chǎn)的破壞。

3.6　優(yōu)化處理采煤機滾筒過煤高度

對MG240/300-WB型采煤機跟蹤研究為參考，原過煤高度設(shè)計為21 cm，但是實際工作中發(fā)現(xiàn)機組所割的煤料不能及時經(jīng)機身下轉(zhuǎn)而由輸送機傳輸至相關(guān)位置，導(dǎo)致浮煤過剩，制約了采煤機移架相關(guān)工序，降低采煤機械采出率，制約了生產(chǎn)效率。筆者從實際情況出發(fā)提出改造創(chuàng)新的方案，改造的高度對機組滑靴部位進行加高處理，另行制作加高型機組行走輪，以此使過煤高度增加到35 cm以上，達到運轉(zhuǎn)要求并保證了工作面的安全生產(chǎn)[4]。

4　結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦采煤機的快速、安全掘進技術(shù)，對保證煤礦井下開采人員安全、工作面能夠正常接續(xù)運行具有重要意義。在復(fù)雜地質(zhì)條件下針對采煤機的應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀，對采煤機進行創(chuàng)新和改進是采煤業(yè)發(fā)展的不竭動力。

[1]馬添虎.連續(xù)采煤機在復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進和支護技術(shù)管理[J].科技視界，2014（7）：35.

[2]王曉東.復(fù)雜條件下綜放工作面快速安裝技術(shù)[J].煤炭工程，2016（5）：68.

[3]聶偉雄，付龍.復(fù)雜地質(zhì)條件下連續(xù)采煤機快速掘進的實踐[J].陜西煤炭，2007（4）：145.

[4]樊志超.連續(xù)采煤機在富水區(qū)下安全掘進技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟，2015（6）：231.