張鵬亮

（山西煤炭運銷集團晉城有限公司， 山西 晉城 048000）

引言

近年來，不論是煤炭開采理論還是相關(guān)設備的研發(fā)生產(chǎn)，都取得了較大進步。先進開采設備的運用不僅增強了煤炭開采工作的安全性，還提升了企業(yè)的開采效率。但是單個采煤機械設備并不能顯著地提高生產(chǎn)效率，必須從整體角度出發(fā)更新?lián)Q代開采設備，其中“三機”設備的選型配套最為典型[1]。只有根據(jù)具體工作面的生產(chǎn)地質(zhì)條件選用不同型號的“三機”設備，才能有效發(fā)揮先進設備的優(yōu)良性能和提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 綜放面生產(chǎn)系統(tǒng)及厚煤層開采技術(shù)研究

1.1 綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)研究

綜放面生產(chǎn)體系通常由采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備組成，為了維護該體系的正常運轉(zhuǎn)，應根據(jù)綜放工作面生產(chǎn)系統(tǒng)的特點，在整合各機械設備的基礎(chǔ)上對其運行情況進行分析，并作為一個可維修的系統(tǒng)。根據(jù)綜放工藝情況可以將其分為平行作業(yè)與單行作業(yè)兩種方式，這兩種作業(yè)方式的差異是運輸帶布置所造成的。對山西潞安集團部分礦井進行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，割煤工藝系數(shù)為0.53，而放煤工藝系數(shù)則為0.58，綜放工作面的產(chǎn)量主要由割煤工藝系統(tǒng)及放煤工藝這兩方面構(gòu)成，在進行開采作業(yè)時具有較高的可行性，割煤、放煤與運輸互相影響程度不大，通過有序操作可將這些工序進行有機整合。

綜放開采系統(tǒng)中各設備的獨立性較低，易受多方面因素影響。雖然機械設備、工作環(huán)境與作業(yè)人員彼此相互獨立，但通過煤炭生產(chǎn)企業(yè)這一平臺進行有機結(jié)合，可逐步完善綜放開采理論和提高開采系統(tǒng)的可靠性[2]。

隨著現(xiàn)代開采技術(shù)的不斷發(fā)展，可以通過計算機軟件對綜放開采進行全面模擬，對該過程中可能出現(xiàn)的問題進行系統(tǒng)分析，并對相關(guān)問題給出針對性改善方案。但計算機畢竟具有一定程度的局限性，而且計算機受輸入數(shù)據(jù)的影響，如果數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差異將會導致模擬結(jié)果出現(xiàn)錯誤，所以必須對輸入進行嚴格分析管理，從而方便企業(yè)對工作管理體系進行完善，挖掘整個生產(chǎn)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)潛力，全面考慮各方面影響因素。

1.2 厚煤層開采技術(shù)研究

我國煤炭行業(yè)運用厚煤層綜放開采技術(shù)的過程可以分為兩階段。第一階段起源于20世紀末期，當時我國的煤炭開采行業(yè)正處于世紀變革當中，大量引進了國外先進管理方式與生產(chǎn)技術(shù)。沈陽蒲河礦首先對綜放技術(shù)進行研究，并將該技術(shù)運用于烏魯木齊六道灣礦，經(jīng)過初期探索我國煤炭生產(chǎn)企業(yè)積累了大量經(jīng)驗。第二階段則是20世紀末至21世紀初，隨著經(jīng)濟快速發(fā)展對煤炭資源需求量迅猛增加，刺激了相關(guān)技術(shù)的研究與發(fā)展，綜放開采技術(shù)從1992年進入了成熟階段。該階段所使用的設備已經(jīng)完成了國產(chǎn)化，并且部分關(guān)鍵設備達到了國際標準水平，尤其是放頂煤液壓支架技術(shù)已經(jīng)達到國際領(lǐng)先，煤炭行業(yè)進入了高速發(fā)展時期。

我國厚煤層綜放開采技術(shù)的典范是陽泉一礦與潞安王莊礦。陽泉一礦通過使用中位后開天窗液壓支架技術(shù)有效提升了資源開采效率，僅在8603面就取得了月產(chǎn)13萬t的成績，而潞安王莊礦則通過高位開天窗液壓支架取得了年開采100萬t的業(yè)績。這些數(shù)據(jù)表明我國厚煤層綜放開采技術(shù)已經(jīng)取得了較大成功，而且具有較高的可行性與安全性。潞安礦區(qū)在1992年完善了低位放煤工藝，在后部刮板輸送機的推移裝置上設置液壓支架，在4402工作面進行試驗開采，日產(chǎn)量增幅達150%。綜放開采技術(shù)在煤炭開采領(lǐng)域已經(jīng)得到了較為普遍的運用，為我國煤炭開采行業(yè)改良自身生產(chǎn)方式提供了可靠的發(fā)展方向。

2 綜放工作面設備性能參數(shù)基本要求

2.1 采煤機性能參數(shù)基本要求

正確選擇和使用采煤機對工作面生產(chǎn)能力有很大影響，采煤機型號一般涉及多方面問題，選型時除與煤層厚度、傾角、地質(zhì)條件等因素有關(guān)外，還應考慮與運輸機械和液壓支架的協(xié)調(diào)匹配[4]。因此，選擇采煤機型號時應統(tǒng)籌規(guī)劃，綜合考慮多種因素。

一般采煤機的滾筒直徑應大于工作面切割煤體高度的一半，截深為采煤機工作時滾筒可完全截入煤壁的深度。在實作過程中，對于厚煤層綜放工作面，應加大采煤機滾筒的工作截深，目前常用截深0.8 m。

采煤機滾筒轉(zhuǎn)速可直接對單位能耗、粉煤量及裝載能力產(chǎn)生重大影響[5]。當同一型號采煤機的牽引速度和截齒數(shù)一定時，轉(zhuǎn)速越高，單位能耗越大，粉煤量占比越多，裝載速度也越快。實際生產(chǎn)過程中，采煤機的滾筒轉(zhuǎn)速一般控制在30～50 r/min比較經(jīng)濟合理[3]。

牽引速度是指滾筒正常切割煤體時采煤機沿工作面滑行的速度。采煤機的電動機功率、液壓支架移架速度和刮板輸送機輸送能力是影響牽引速度的外在可控制因素。實際生產(chǎn)過程中，電牽引采煤機工作時的牽引速度選擇10～12 m/min、不工作時的牽引速度選擇15～36 r/min比較經(jīng)濟合理。

2.2 刮板輸送機性能參數(shù)基本要求

中雙鏈刮板輸送機的工作原理如圖1所示，啟動傳動電機后，鏈輪組件會在減速器和液力耦合器的帶動下旋轉(zhuǎn)，循環(huán)運動的刮板鏈帶動煤體沿溜槽移動至機頭部并卸載。刮板輸送機的運行速度及單位長度上的貨載重量直接決定其運輸能力大小。

圖1 中雙鏈刮板輸送機工作原理示意圖

綜放工作面“三機”選型配套時，液壓支架前部刮板機的輸送能力應滿足采煤機的割煤速度的要求，保證能夠及時把采煤機割落的煤體運出工作面；后部輸送機應滿足放煤要求，必須將支架放煤口放落煤體在放煤時間內(nèi)運出采空區(qū)，對提高厚煤層綜采放頂煤工作面的采出率發(fā)揮關(guān)鍵作用[4]。

2.3 液壓支架性能參數(shù)基本要求

在設計和制造放頂煤液壓支架時，其具體的“三機”配套要求如下：支架在封閉工作空間的同時，還應具有較高的工作阻力和可靠的穩(wěn)定性；為促進頂煤冒落和加快放煤速度，應盡量縮短掩護梁的長度；為運輸方便，支架高度可調(diào)，配置伸縮前探梁縮短空頂面積，增強護幫護頂能力；支架底座設置抬底機構(gòu)和較大的移架力，可在底板破碎不平整的條件下快速順利移動[6]；支架前、后安裝噴霧降塵系統(tǒng)。

從巖層控制角度考慮，綜放開采要取得理想的效果，就需要控制頂煤在支架上和架前保持完整性，而在支架后方破碎并及時冒落放出。因此，厚煤層綜采放頂煤工作面選用的液壓支架在具有一般支架功能的基礎(chǔ)上，還應具備可控的破煤功能。在破碎頂煤時，需要煤層頂板和液壓支架相互配合，使頂煤在有時間限制的情況下沿切頂線冒落。綜放支架需要承受的靜載主要由控頂區(qū)冒落帶的頂板巖塊重量、頂煤重量、掩護梁上松散煤體壓力以及頂板變形壓力四部分組成。綜放采場結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。

圖2 綜放采場結(jié)構(gòu)剖面圖

3 綜放工作面設備選型配套研究及應用

基于設備尺寸的綜采放頂煤工作面采煤機、刮板輸送機和液壓支架配套原則是[5]：采煤機要適應煤層地質(zhì)條件變化，滿足工作面生產(chǎn)能力要求；“三機”設備幾何尺寸、性能、生產(chǎn)能力和壽命相互匹配；“三機”都具有良好的技術(shù)性能和保護功能，工作可靠，使用和維護過程便捷。

基于生產(chǎn)能力要求的“三機”配套原則是：采煤機要達到工作面對回采生產(chǎn)能力的要求標準，生產(chǎn)能力必須超過綜放工作面的割煤任務；液壓支架前部刮板輸送機的輸送能力一定要大于采煤機的生產(chǎn)能力，而后部刮板輸送機的輸送能力和頂煤的放煤能力相協(xié)調(diào)；液壓支架的移架速度和刮板輸送機的推溜速度與采煤機和放頂煤的工作速度互相匹配。

設備選型配套一定要注重各單機之間能力與性能相適應，“三機”選型配套一般指空間幾何關(guān)系配套，使三種機器設備的尺寸相互匹配協(xié)調(diào)，確保在工作過程中互不影響。配套設備應滿足的尺寸要求為：過煤空間充足，確保采煤機具有合適的機面高度；采煤機與刮板輸送機之間具有一定的安全距離；采煤機滾筒與液壓支架頂梁間具有一定的距離，且刮板機的電纜槽要與液壓支架底座及立柱保持安全距離；刮板輸送機的鏟板、槽幫與采煤機的支撐滑靴之間也應保持適當?shù)拈g距[6]。

根據(jù)上述設備配套原則，針對某綜放工作面走向長（推進長度）為1 300 m、傾向長（切割長度）為180 m、礦井生產(chǎn)能力為400萬t/a、綜采放頂煤工藝回采厚度為5.6 m的8號煤，該煤層埋深約350 m，傾角小于8°，頂?shù)装鍘r層情況如下頁表1所示。

表1 8號煤頂?shù)装鍘r層情況

根據(jù)前文所述“三機”設備選型配套原則，針對該工作面8號煤層賦存條件及礦井生產(chǎn)能力，確保工作面配套設備基本性能及生產(chǎn)能力要求，確定配套設備能力大致按“喇叭口”方式拓展。按照保證設備安全高效、經(jīng)濟可靠目標確定的配套設備選型為KSW-1500EU電牽引采煤機、前后部SGZ1000/2X 1200中雙鏈鑄焊封底式刮板輸送機、ZF 15000-23/43綜采放頂煤液壓支架。綜放工藝采高為2.8 m，循環(huán)進度（截深）為0.8 m，采用采放結(jié)合、一采一放工序作業(yè)，割煤、放煤步距0.8 m?；夭蛇^程統(tǒng)計該綜放工作面實際平均出煤量為5 200 t/班，月產(chǎn)量平均突破40萬t，年產(chǎn)量達到了500萬t，開機率為57%，經(jīng)濟效益顯著。

4 結(jié)語

采煤機、刮板輸送機、液壓支架等綜采設備是一個整體系統(tǒng)，相互聯(lián)系，任何一個子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，都會對工作面的工作造成很大影響，工作面各系統(tǒng)的關(guān)系是相互串聯(lián)的。配備綜放工作面設備，主要指的是匹配綜放面生產(chǎn)系統(tǒng)中的各種設備，以及前后部刮板輸送機、采煤機、轉(zhuǎn)載機、液壓支架間的能力。設備配套一旦出現(xiàn)意外，綜放面的生產(chǎn)能力將會受到直接影響，不能發(fā)揮各設備的最大效能，無法實現(xiàn)高產(chǎn)高效的目標。