极软弱煤层大采高综采工作面设备选型和使用性分析

杨文斌

摘 要：该文分析大采高工作面设备选型原则，对工作面设备配套可靠性进行评价，介绍极软煤层大采高综采工作面的设备配套情况，并就其应用及适应性进行了分析总结。该综采面三机配套各设备能够满足安全、高产高效综采工作面设计要求，设备配套选型科学合理，技术性能均达到国内先进水平该项大采高综采配套技术，对该地区极软厚煤层开采具有重要的试验、借鉴意义。

关键词：极软煤层 大采高综采工作面 配套技术

中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0056-02

长平公司是晋城煤业集团主力矿井之一，现在主采3#煤层，普适系数f=0.48，属极软煤层，煤层节理裂隙非常发育，由于矿井一直采用综放回开采方式，故回采率较低，造成矿产资源的浪费，为了提高综采工作面的回采率，推广安全、高效开采方法，实现采煤方法的跨越式发展，在4303综采工作面采用了一次采全高的开采工艺。

大采高综采是指采高在3.5～6.0 m，工作面配备大功率双滚筒采煤机割煤和重型刮板运输机运煤，采用大吨位液压支架控制顶板，一次性采出全高的采煤方法。其主要特点为工作面采高大，设备功率高，趋于大型化、重型化和自动化，要求整个工作面设备之间具有良好的配合性和较高的可靠性，能够实现集中化、节约化和高效率生产。大采高综合机械化采煤，必须配备成套设备，特别要把工作面“三机”（采煤机、液压支架、刮板输送机）选型配套好。否则，设备选型及配套不合理，势必影响各单机性能的发挥，造成综采设备开机率的降低，甚至导致生产无法正常进行。

1 大采高工作面设备选型原则

1.1 采煤机选型原则

（1）适合特定的煤层地质条件，并且采煤机采高、截深、功率、牵引方式等主要参数选取合理，有较大的使用范围。（2）满足工作面生产能力要求，采煤机实际生产能力要大于工作面的设计生产能力；满足与刮板运输机和液压支架的匹配要求。（3）采煤机技术性能良好、工作可靠，各种保护功能完善。（4）采煤机使用、检修、维修方便。

1.2 液压支架选型原则

（1）支架强度应与工作面围岩变形相适应。支架的初撑力和工作阻力，要适应直接顶和基本顶运动产生的压力，保证控顶区的安全。（2）支护结构与煤层赋存条件相适应。（3）支护断面应与通风要求相适应，保证有足够的风量通过，而且风速不得超过《煤矿安全规程》的有关规定。（4）液压支架与采煤机、刮板运输机等设备匹配。支架宽度应与刮板输送机中部槽长度相一致，推移千斤顶的行程应比采煤机截深大100～200 mm，支架沿工作面的移架速度应能跟上采煤机的工作牵引速度，移架速度还应满足生产指标的要求，支架的梁端距应为340 ram左右。

1.3 刮板输送机选型原则

（1）刮板运输机的运输能力，必须等于或大于采煤机的生产能力，保证工作面落煤生产能力的需要，并留有一定的备用能力，以满足工作面出现片帮、过载等特殊情况的运输能力。（2）结构形式及附件必须与采煤机相配套，输送机槽的结构应与工作面底板条件相适应，并应考虑与采煤机底托架和行走机构尺寸相匹配。（3）运输机铺设长度，可根据刮板输送机技术特征、输送量、链速和工作面倾角等因素确定。（4）外廓尺寸应与采煤机和液压支架相匹配。

2 4303大采高工作面设备选型配套

长平公司4303大采高综采工作面主采3#煤层，煤层倾角5～16 °，平均10 °，煤层平均厚度5.86 m，煤层节理裂隙非常发育，煤层普适系数f=0.48。直接顶为砂质泥岩，厚度平均为4.85 m，黑色，局部有裂隙、松软；老顶为细粒砂岩，厚度为平均为11.23 m，灰白色，具有波状层理；直接底为砂质泥岩，厚度平均为7.48 m，灰黑色，中间夹有砂岩；老底为细粒砂岩，平均厚度2.62 m，灰色，质地坚硬。

4303大采高综采工作面设备布置、设备配套组成结构，主要包括：

（1）德国艾克尔公司生产的SL-500型交流电牵引采煤机，采煤机的进刀方式采用端头斜切进刀，进刀距离不小于50 m，工作面采用穿梭割煤。采煤机的技术特征见表1。

（2）4303大采高选用了郑州煤矿机械公司和北京煤机公司生产的二柱式掩护支架及其相配套的排头、过渡支架。

从工作面机头到机尾分别布置ZYT12000/28/62型排头架3架， ZYGT12000/28/62型过渡架2架，ZY12000/28/62型中间架119架，ZYGT12000/28/62型过渡架2架，ZYT12000/28/62型排尾架3架，共计129架。该型支架电液控制系统，配用了德国EEP电子技术公司EEP电液控制系统。该ZY12000/28/62型中间架的技术参数。（表2）

（3）选用山西煤机制造有限公司生产的型号为SGZ1000/2*855型刮板输送机，该刮板输送机的参数。（表3）

3 工作面设备配套可靠性评价

4303工作面回采期间，对设备的可靠性、回采工艺及矿压等方面做了全面地现场观测，通过对观测数据的分析，得出观测期间工作面日开机率分布如图1所示。工作面日平均开机率为77.51%，工作面开机率大致可分为两个阶段：第一阶段为9月18日以前，即工作面推进至108.6 m时，该阶段平均开机率为71.99%，属于设备磨合期，设备故障比较多，开机率低于50%的有6天，尤其是8月21日设备大修更换摇臂，造成开机率为0%；第二阶段为9月18日以后，即工作面推进106.8～203 m，该阶段平均开机率为87.99%，工作面装备已度过磨合期，发挥了正常生产能力。而且开机率都在50%以上，没有大事故影响开机率。实践证明，在磨合期已过，设备运转正常的情况下，各个环节都达到良性循环，工作面产量会稳步增长。

4303工作面日常平均原煤14000 t，最高日常原煤19000 t，4303工作面设备可靠性分析见表4。endprint

3.1 采煤机故障分析

4303工作面采用艾柯夫SL500双滚筒采煤机，采煤机的故障力占到18.4%。经过现场实测，采煤机主要故障有水压低、电缆、更换摇臂。尤其是8月21日更换采煤机滚筒摇臂，耽误了生产，使采煤机的故障率上升。但更换了之后，采煤机运转基本正常，没有给生产带来大的影响。如果将更换摇臂的时间去掉，采煤机的故障率将下降到8.2%。

3.2 支架故障因素分析

支架故障液压支架故障率较小，基本能够满足生产的需要。根据观测在工作面安装完毕调试阶段，支架的问题比较多，特别是郑州煤机厂制造的32#支架发生自动下沉，造成冒顶现象，经过对事故原因的追查，该支架直导式液控阀发生误动作。在经历这次事故以后，液压支架基本上未影响生产。

其次经过矿压观测4303大采高工作面老顶初次来压步距40 m，周期来压步距22 m，动载系数较小，平均1.33，来压存在明显“强—弱—较弱—强”的“锯齿形”增长规律，工作面支架平均初撑力较低，不到设计初撑力的一半，工作面支架平均工作阻力值稳定在6000～10000 kN之间，分析认为选用支架阻力能够满足支护顶板的要求。

3.3 内运系统故障分析

内运系统主要包括运输顺槽皮带，刮板输送机，转载机、破碎机以及其它因素等。通过实践观测，运输顺槽皮带和刮板输送机占了内运故障时间的80%以上，运输顺槽皮带故障主要是跑偏、打滑、堆煤、皮带打卡及皮带电机故障等。刮板输送机不如运输顺槽皮带故障时间多，占了内运系统故障的21.2%，主要是刮板链和齿条销故障。

3.4 外运故障分析

外运系统故障时间最多，占总时间的40.6%，主要是大巷皮带故障及无故障停机、煤仓满。

4 结语

长平公司4303综采工作面为第一个装备大采高设备配套的工作面，经过8个月的生产实践，共生产原煤160多万 t。该综采面三机配套各设备能够满足安全、高产高效综采工作面设计要求，设备配套选型科学合理，技术性能均达到国内先进水平，但是由于矿井外部运输设计薄弱，制约着长平公司的快速发展。不过该大采高综采面三机配套设备对该地区厚极软煤层任然具有借鉴意义。

参考文献

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[2] 张宁，富强，刘文岗，等.鄂尔多斯地区大采高综采设备配套选型与实践[J].北京：中国矿业，2008，17（9）：57-60.

[3] 郝宇军.赵庄矿大采高设备配套应用和适应牲分析[J].煤矿机械，2008（10）：62-64.endprint