薄煤層綜合機(jī)械化開采設(shè)備的研究

1、薄煤層綜合機(jī)械化開采設(shè)備的研究辛永剛 崔麗娟 劉軍美（山東礦機(jī)集團(tuán)股份有限公司，山東 維坊 261000）【摘 要】在我國(guó)煤礦中, 較薄煤層的儲(chǔ)量占可采儲(chǔ)量比例較大, 為保證礦區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展, 薄煤層的開采被提到議事日程上來。介紹了開灤東歡坨礦、棗莊田陳礦、晉城鳳凰山礦綜合機(jī)械化開采工藝, 同時(shí)對(duì)配套設(shè)備及今后注意改進(jìn)方向進(jìn)行了研究, 并分析了其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?！娟P(guān)鍵詞】機(jī)械化；開采設(shè)備；研究一、薄煤層開采的現(xiàn)狀“吃肥丟瘦、采厚棄薄”，過早開采厚煤層，造成其上覆一定范圍內(nèi)的薄煤層原始賦存狀態(tài)和連續(xù)性遭受實(shí)質(zhì)性破壞，以致這些資源無法回收的問題十分嚴(yán)重。 二、目前薄煤層開采配套型式1采用刨煤

2、機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的刨煤機(jī)綜采機(jī)組；2采用滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的采煤機(jī)綜采機(jī)組。 兩種機(jī)組各有特點(diǎn)與適應(yīng)性。刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以開采厚度較小的煤層，缺點(diǎn)對(duì)地質(zhì)條件要求較高；滾筒式采煤機(jī)優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)地質(zhì)條件要求不高，缺點(diǎn)是最小采高受到一定限制。 3刨煤機(jī)開采優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制； 充分利用地壓采煤，能耗較低； 原煤塊度大，煤粉及煤塵量少，勞動(dòng)條件好； 司機(jī)不必跟機(jī)作業(yè)，可在平巷內(nèi)操作，拉架和移動(dòng)輸送機(jī)時(shí)工人的工作位置相對(duì)固定，勞動(dòng)強(qiáng)度??； 開采瓦斯涌出量均勻，有利于高瓦斯礦井生產(chǎn)。4刨煤機(jī)開采缺點(diǎn) 刨煤機(jī)缺點(diǎn)是對(duì)工作面地質(zhì)條件要求較高，其適

3、宜的開采條件要求工作面斷層相對(duì)少，地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層硬度系數(shù)f34，頂板相對(duì)穩(wěn)定，底板比較平整，煤不粘頂。 5滾筒采煤機(jī)開采優(yōu)點(diǎn)：（1）適應(yīng)于煤層厚度變化較大的工作面；（2）對(duì)煤層頂?shù)装迤鸱兓m應(yīng)能力強(qiáng)；（3）適用于含有夾矸的煤層回采；（4）對(duì)工作面長(zhǎng)度要求較刨煤機(jī)低。 6滾筒采煤機(jī)開采缺點(diǎn)： 薄煤層滾筒采煤機(jī)最大缺點(diǎn)是“小機(jī)身、大功率”問題難以得到有效解決，如何在降低機(jī)面高度的前提下進(jìn)一步提高裝機(jī)功率是薄煤層采煤機(jī)面臨的最大難題。 從各國(guó)的使用情況來看，刨煤機(jī)綜采設(shè)備工作安全、塊煤率高，適于開采厚度較小且地質(zhì)條件變化不大的煤層；滾筒式采煤機(jī)對(duì)地質(zhì)條件適應(yīng)能力強(qiáng)，適應(yīng)于硬煤以及煤層厚度變化較

4、大的薄煤層開采。三、薄煤層綜采設(shè)備 薄煤層綜合采煤機(jī)械化工作面的設(shè)備與普通綜采工作的設(shè)備相同，只是由于受到采高的限制。各種配套設(shè)備要在有限的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)綜采工作面的割煤、裝煤、推溜、移架等全部操作，各種設(shè)備就需要合理的配套。1三機(jī)選型及配套原則(1) 按照煤層附存條件和生產(chǎn)條件，合理配套綜采設(shè)備，提高設(shè)備對(duì)煤層的適應(yīng)性。(2) 選擇成熟合理的設(shè)備，充分發(fā)揮設(shè)備的綜合潛力，滿足最低綜采指標(biāo)的要求。(3) 設(shè)備選型配套能力要適當(dāng)留有余地，以便有利于進(jìn)一步提高生產(chǎn)能力。2工作面“三機(jī)”選型(1) 采煤機(jī)的要求： 機(jī)型以騎溜子采煤機(jī)為主，爬底板采煤機(jī)雖然具有機(jī)面高度低，功率大等優(yōu)點(diǎn)，但是由于這種機(jī)型對(duì)地

5、質(zhì)條件的適應(yīng)性差，使用范圍受到限制。 總裝機(jī)功率要進(jìn)一步提高，裝機(jī)功率、機(jī)面高度與過煤空間三者之間的矛盾仍然是大功率薄煤層采煤機(jī)的主要技術(shù)難題，除發(fā)展新型高效電機(jī)外，采用特殊的總體布置方式仍是一條有效途經(jīng)。 以交流變頻調(diào)速電牽引技術(shù)為主，根據(jù)不同用戶的需求，其他電牽引方式如開關(guān)磁組和電磁滑差調(diào)速也要有所發(fā)展。 改進(jìn)截割機(jī)構(gòu)，提高截割效率，降低工作面粉塵生成量。采用中高壓噴霧降塵，改善工作面生產(chǎn)環(huán)境。增加滾筒截深，增大截深可提高每一循環(huán)的產(chǎn)量，截深從目前的800mm增加1000mm左右 。 完善采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)薄煤層采煤機(jī)遠(yuǎn)距離操縱和故障的早期處理，并逐步發(fā)展自動(dòng)調(diào)高技術(shù)，

6、實(shí)現(xiàn)薄煤層工作面自動(dòng)化開采 。(2) 液壓支架的要求在液壓支架有足夠初撐力和工作阻力、足夠的強(qiáng)度前提下，盡量減少頂梁、底座的厚度，增加頂梁下行人道的尺寸，提高支架調(diào)高范圍，發(fā)展支架遠(yuǎn)程遙控操作，減少勞動(dòng)強(qiáng)度。針對(duì)具體煤層條件，支架應(yīng)滿足下列要求： 適應(yīng)采高，薄煤層的厚度變化一般較大，采高調(diào)節(jié)幅度大，盡量選擇伸縮比大的支架； 能有效支護(hù)頂板，支護(hù)強(qiáng)度符合要求，頂梁相應(yīng)加長(zhǎng)； 支架底座設(shè)計(jì)盡量要薄，且推移千斤頂后方能排掉矸石，選用兩柱掩護(hù)型； 支架上的操縱閥設(shè)置要為增加行人空間提供便利； 對(duì)于破碎頂板采場(chǎng)，應(yīng)考慮設(shè)計(jì)前伸縮梁，并將伸縮梁千斤頂鑲嵌于支架頂梁內(nèi)，以保證梁下高度?？紤]到薄煤層礦壓顯現(xiàn)相

7、對(duì)緩和、保證行人空間、滿足通風(fēng)要求等綜合因素，目前薄煤層一般選擇兩柱掩護(hù)型支架。(3) 刮板運(yùn)輸機(jī)的要求 機(jī)頭要為矮機(jī)頭，以適應(yīng)電機(jī)在工作面中的布置。 中部槽采用低合金鋼鑄造槽幫，底板、中板為高強(qiáng)度耐磨板，提高了中部槽的整體強(qiáng)度和耐磨性。槽間連接采用啞鈴銷連接，強(qiáng)度提高，連接強(qiáng)度可達(dá)800-1000KN. 采用D級(jí)鏈條或扁平鏈，中雙鏈結(jié)構(gòu)，受力較均勻，有利于提高輸送機(jī)的可靠性。 銷排側(cè)掛，最大限度減小機(jī)面高度。3三機(jī)合理配套(1)工作面“三機(jī)”合理配套的幾何尺寸：見圖1A采煤機(jī)機(jī)身高度；B截深，采煤機(jī)滾筒的寬度；C割煤安全高度；D梁端距；E輸送機(jī)與采煤機(jī)之間的過煤高度；F立柱底到煤壁的距離；G

8、輸送機(jī)寬度；H采高；L立柱到梁端的長(zhǎng)度；S輸送機(jī)中部槽寬度；a電纜槽和導(dǎo)向槽寬度；b前柱與電纜槽之間的距離；e煤壁與鏟煤板之間的空隙距離；f鏟煤板的寬度；x立柱斜置產(chǎn)生水平增距。(2) 三機(jī)能力配套 采煤工作面生產(chǎn)能力取決于采煤機(jī)落煤能力，而刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架及轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮皮帶設(shè)備能力要大于采煤機(jī)的生產(chǎn)能力，液壓支架移架速度要滿足采煤機(jī)割煤、落煤、裝煤的工作速度的要求。(3) 滿足設(shè)備性能要求 采煤機(jī)自開切口時(shí)搖臂長(zhǎng)度、臥底深度與刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾長(zhǎng)度相適應(yīng)。 采煤機(jī)底托架型式、規(guī)格參數(shù)與刮板運(yùn)輸機(jī)的中部槽及鏟煤板、擋煤板的導(dǎo)向方式與其強(qiáng)度相適應(yīng)。 采煤機(jī)牽引機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)與刮板運(yùn)輸機(jī)的

9、聯(lián)系、配合方式及其強(qiáng)度相適應(yīng)。 液壓支架推移裝置與刮板運(yùn)輸機(jī)的連接及運(yùn)用方式、連接位置及性能強(qiáng)度相適應(yīng)。 液壓支架移架速度與采煤機(jī)割煤速度相適應(yīng)。 液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)與煤層傾角相適應(yīng)。 采煤機(jī)的采高、機(jī)身高度、刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭機(jī)尾高度與液壓支架的高度相適應(yīng)。 采煤機(jī)的截深與支架的移架步距相匹配。（4）滿足安全生產(chǎn)的要求 梁端距一般為150300mm，以防止漏頂和滾筒切割頂梁。 保證過煤高度達(dá)到350400mm，以便煤流順利通過采煤機(jī)機(jī)身底部。 保證割煤安全高度一般不小于200300mm。 保證支架與刮板運(yùn)輸機(jī)及采煤機(jī)有足夠的安全距離，最小200400mm。 推移千斤頂?shù)男谐桃笥诓擅簷C(jī)

10、截深，一般為100200mm. 煤壁和鏟煤板之間有空隙，防止采煤機(jī)在通過刮板運(yùn)輸機(jī)彎曲段時(shí)滾筒割鏟煤板，間隙保證100200mm。 總的配套要使支架柱前到煤壁無柱空間寬度愈小愈好。薄煤層綜采通過生產(chǎn)檢驗(yàn)，在技術(shù)上可行，安全上可靠，經(jīng)濟(jì)上合理，井下安全狀況得到改善，生產(chǎn)高度集中，生產(chǎn)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，為管理科學(xué)現(xiàn)代化礦井創(chuàng)造了條件，為礦井減負(fù)增效、扭虧增盈和建設(shè)現(xiàn)代化礦井打下良好基礎(chǔ)。（薄煤層綜采年產(chǎn)達(dá)到60萬噸，采高1.1-1.5m，高檔普采月產(chǎn)達(dá)2.3萬噸） 我國(guó)是世界煤炭產(chǎn)量最大的國(guó)家，2006年產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的37.4%，占世界井工產(chǎn)量的3/4，可我國(guó)人均可采儲(chǔ)量?jī)H相當(dāng)世界平均水平的62%。黨和政府提出了建設(shè)節(jié)約型社會(huì)、節(jié)約利用資源的國(guó)策。薄煤層是寶貴的煤炭資源。近年來，我國(guó)