金 強(qiáng)

（太原東山煤電集團(tuán)有限公司， 山西 太原 030013）

引言

在現(xiàn)階段全國(guó)煤炭總可采量中，厚及特厚煤層大約占43%，平均每年的煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量的40%左右。大采高綜放技術(shù)因具有效率高、產(chǎn)煤量高、機(jī)械化水平高且耗能較低的特點(diǎn)，成為了中國(guó)現(xiàn)階段特厚煤層開(kāi)采技術(shù)的主要發(fā)展方向，其“三機(jī)”配套裝備及其可靠性能對(duì)提高煤炭開(kāi)采的安全與高效以及高采出率發(fā)揮著重要的作用[1]。

1 工程概況

1.1 某大采高綜放工作面概述

本文以某大采高綜放工作面為研究對(duì)象，其全長(zhǎng)為207 m，且有2965.9 m的推進(jìn)長(zhǎng)度，工作面所開(kāi)采的煤層厚度平均為17 m，最大厚度為20 m，且煤層的單軸抗壓強(qiáng)度為15 MPa左右，最大抗壓強(qiáng)度為25 MPa。整個(gè)礦區(qū)沒(méi)有高溫?zé)徇€區(qū)，每百米的低溫梯度是2.41℃左右。由于該礦井是瓦斯礦井，煤層中儲(chǔ)存了平均每噸1.95 m3的瓦斯相對(duì)涌出儲(chǔ)量，且礦井中的瓦斯絕對(duì)涌出量能夠達(dá)到50 m3/min。另外，該工作面綜放實(shí)驗(yàn)礦區(qū)的煤塵存在37%的爆炸指數(shù)，且有著68 d的自然發(fā)火期，存在爆炸的可能性。

1.2 煤礦3號(hào)—5號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性

煤礦3號(hào)—5號(hào)煤層偽頂為灰黑色炭質(zhì)泥巖，局部為0.33 m，且不穩(wěn)定；直接頂厚度為2.50～6.43 m，下部由高嶺巖、巖漿巖以及灰黑色炭質(zhì)泥巖組成，上部主要由巖漿巖、2號(hào)煤層以及深灰色的高嶺質(zhì)泥巖組成，中部主要由發(fā)生了硅化的煤以及煤線組成。煤礦的基本頂厚度為11.30～27.35 m，由上到下分別由山4號(hào)煤層、巖漿巖、硅化煤、粉砂巖、細(xì)砂巖、高嶺質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖等多種煤質(zhì)組成。煤礦的直接底處煤層煤質(zhì)較為松脆，且極容易破碎，煤層的厚度為1.50～9.17 m，分布著砂質(zhì)泥巖、灰褐色高嶺質(zhì)泥巖，并夾雜煤屑。而煤礦的基本底大體上是外表呈深灰色的粉砂巖，并伴有少量的細(xì)砂巖分布，最底部含有呈灰白色的含礫中以及粗砂巖，部分區(qū)域存在少量的細(xì)粉砂巖。

1.3 實(shí)驗(yàn)工作面煤層條件

3號(hào)—5號(hào)煤層在火成巖侵入的影響下開(kāi)始硅化，形成了復(fù)雜的煤層結(jié)構(gòu)。硅化由煤層的上部開(kāi)始，導(dǎo)致煤層最上方的煤質(zhì)較為松散，但質(zhì)地較硬，而中部煤層的結(jié)構(gòu)卻極為細(xì)碎蓬松，且性脆容易破碎，最下部的煤質(zhì)與上部以及中部的煤質(zhì)相比更為穩(wěn)定，且較為堅(jiān)硬，這樣的上中下三種完全不同的煤質(zhì)狀態(tài)形成了某工作面特殊的煤層結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 3號(hào)—5號(hào)煤層結(jié)構(gòu)圖

3號(hào)—5號(hào)煤層特性使放煤工作提高了難度。若將割煤高度提升至4.5 m左右，很可能引發(fā)頂煤從梁端前冒落或因壓力作用導(dǎo)致礦區(qū)的煤壁變形、破損以及塌落的現(xiàn)象。除此之外，如果一次放頂煤高度達(dá)到15 m，也會(huì)加大工作面頂板壓力對(duì)液壓支架的沖擊，產(chǎn)生不可估量的后果。

2 大采高綜合工作面裝備

2.1 大采高綜放液壓支架

在特厚煤層大采高綜放開(kāi)采的過(guò)程中，由于頂部煤層較厚，并且具有極大的冒放空間，一定程度上增加了頂板的移動(dòng)范圍。當(dāng)支架與頂板相互作用時(shí)，雙方之間的合力作用點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)較大的變動(dòng)。通過(guò)對(duì)工作面進(jìn)行礦壓的觀測(cè)，明顯發(fā)現(xiàn)了頂板周期來(lái)壓時(shí)產(chǎn)生了立柱與前立柱進(jìn)行交替增阻，因此，根據(jù)煤層情況分析可知，在工作面中應(yīng)用四柱正、四連桿式的放頂煤支架更為合適[1-2]。

按照割煤高度要求以及支架圍巖耦合參數(shù)優(yōu)化，可得出工作面支架主要技術(shù)特征參數(shù)為：支架高度為2800～5200 mm，頂梁長(zhǎng)度為5614 mm，支架的中心距為1750 mm，底座柱窩中心和頂梁柱冒之間的水平距離為401 mm，支架的作業(yè)阻力為15000 kN。圖2是根據(jù)工作面支架主要技術(shù)特征參數(shù)研制出的液壓支架。

圖2 液壓支架

大采高綜放開(kāi)采對(duì)液壓支架的抗沖擊性能要求更嚴(yán)格，需要大缸徑雙伸縮抗沖擊立柱。為了滿足立柱受沖擊時(shí)的流量要求，研制了每分鐘1000 L的大流量安全閥快速卸載裝置，使液壓支架抗沖擊性得到有效提高。

2.2 電牽引采煤機(jī)

電牽引采煤機(jī)的總裝機(jī)功率為1945 kW，其截割功率為750 kW，且截割高度最低為2.9 m，最高為5.5 m，電牽引采煤機(jī)的最大牽引力和牽引的速度分別為2×570 kN與15～25 m/min。該參數(shù)下的電牽引采煤機(jī)符合綜放工作面的需求，其關(guān)鍵技術(shù)主要有在研究不同型號(hào)采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)、功能、可靠性、防爆性、優(yōu)化組合等方面上，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)機(jī)電一體化。對(duì)采煤機(jī)牽引行走系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)節(jié)與優(yōu)化，使?fàn)恳凶呦到y(tǒng)的可靠程度得到提升。開(kāi)發(fā)了具備全循環(huán)采煤工藝過(guò)程自學(xué)功能的采煤機(jī)自動(dòng)操縱控制系統(tǒng)，使采煤機(jī)操縱者工作強(qiáng)度降低。將可靠性分析軟件RelexStudio與采煤機(jī)相結(jié)合，進(jìn)一步提升了采煤機(jī)的可靠程度。構(gòu)建了相關(guān)的點(diǎn)牽引采煤機(jī)壽命周期內(nèi)可靠性分析方法對(duì)關(guān)鍵零件的故障樹(shù)進(jìn)行分析，使采煤機(jī)可靠性的預(yù)估精度得到了提升。

2.3 后部刮板輸送機(jī)

為了保證后部刮板輸送機(jī)有足夠的裕量，滿足工作面煤礦年產(chǎn)值的要求，研制了輸送能力為每小時(shí)3000 t，槽寬為1200 mm的后部刮板輸送機(jī)，如圖3所示。

圖3 后部刮板輸送機(jī)運(yùn)煤斷面

為了滿足煤礦特厚煤層大采高綜放工作面的輸送需求，所使用的大運(yùn)量SGZ1200/2×1000型后部刮板輸送機(jī)具備以下特點(diǎn)：具有大功率閥控液力偶合器。配備了綜合控制集成傳輸系統(tǒng)，能夠在對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控，并進(jìn)行集中監(jiān)控。具有可靠程度高、壽命長(zhǎng)的中部槽。采用了高承載、高強(qiáng)度的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)。安裝了礦用1000 kW減速器和伸縮機(jī)尾架結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)伸縮機(jī)尾電液控制系統(tǒng)，以及緊湊型、高強(qiáng)度的端卸機(jī)頭架。

3 井下應(yīng)用效果

工作面設(shè)備配套有：ZF15000/25/52支撐掩護(hù)式液壓支架、MG750/1915-GWD采煤機(jī)、SGZ1200/2000后部刮板輸送機(jī)。試驗(yàn)期間，液壓支架事故影響生產(chǎn)時(shí)間0；采煤機(jī)事故影響生產(chǎn)時(shí)間共31 h 5 min，開(kāi)機(jī)率98.45%；刮板輸送機(jī)事故影響時(shí)間共17 h 15 min，開(kāi)機(jī)率98.95%，取得了良好的效果。

4 結(jié)語(yǔ)

“三機(jī)”成套裝備的參數(shù)選擇是大采高綜放特厚煤層開(kāi)采工作面安全高效開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)。在大采高綜放工作面中，大流量安全閥快速卸載裝置與大缸徑雙伸縮抗沖擊立柱的開(kāi)發(fā)提高了液壓支架的抗沖擊性。高效可靠的電牽引采煤機(jī)與可靠性分析方法提高了采煤機(jī)的可靠程度。大運(yùn)量后部刮板輸送機(jī)滿足了工作面的需求?？梢?jiàn)合理的“三機(jī)”配套裝備大大提高了產(chǎn)煤量。

[1]馬沛林.特厚煤層大采高綜放開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)探析[J].機(jī)械管理開(kāi)發(fā)，2016（5）：148-150.

[2]肖剛.特厚煤層大采高綜放開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)論述[J].工程技術(shù)，2016（5）：118.

[3]匡鐵軍.特厚煤層大采高綜放工作面端部覆巖活動(dòng)規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（6）：188-193.

（編輯：趙婧）