特厚煤层大采高综放工作面设备安装设计与实践

马喜春

(山西西山晋兴能源有限公司斜沟煤矿，山西 吕梁 033600)

0 引言

随着我国国民经济进入到以中高速增长、裁汰落后产能为主要特征的“新常态”，人们越来越关注经济发展的质量与效率[1]。在煤炭生产领域逐渐推进以高煤炭资源采出率、高煤炭生产效率的采煤方法来代替过去较为粗放的房柱式、巷采式、炮采式等较为落后的采煤方法[2]。提出了以综合机械化采煤法、综采放顶煤等高机械化、自动化的采煤方法[3]。特别是在特厚煤层开采时，我国煤炭科研工作者提出了大采高放顶煤采煤法，并在斜沟煤矿率先使用。由于大采高放顶煤采煤法与传统综采放顶煤在工作面设备运输与安装方面有着较大差异，众多学者针对这一问题从不同角度进行了研究。学者马良慧[4]以山寨煤矿综放工作面为例，从现场实践角度，为综放工作面设备设计了一种快速安装的方法，并在该矿11052工作面得到了成功实践，但这种安装只适用于普通采高下的放顶煤工作面设备安装，并不能直接推广至大采高工作面的设备运输与安装。田华[5]在详细分析宽沟煤矿大采高放顶煤工作面的设备安装设备与工艺的基础上，对安装设备与平台进行了研究。但该研究主要针对于安装设备的选择，对于设备安装设计研究较为有限[6-7]。

但这些研究普遍未能解决当前我国大采高综放工作面的设备安装遇到的实际问题[8]。针对斜沟煤矿大采高放顶煤采煤法的工作面设备运输与安装问题，以斜沟煤矿23101工作面设备运输与安装为例，为大采高放顶煤工作面设备重新规划了运输路线，对运输经过巷道提出了整改要求，对设备安装进行了优化设计，提高了工作面设备安装速度，保障了工作面的安全高效运转，为斜沟煤矿后续工作面以及类似矿井工作面设备运输与安装提供借鉴。

1 工作面概况

1.1 工作面地质概况

斜沟煤矿23101大采高综放工作面南侧为21采区回风上山，东侧为正在回撤的23103工作面，北侧、西侧均为实煤区，上部为8#煤层18111、18109采空区和原店湾煤矿(开采8#煤，已关闭)。工作面位于魏家滩镇和黄家沟村东南侧，地表北部有黄家沟，南部有石吉塔沟，地表为黄土山区，起伏较大，盖山厚度：291～436 m。13#煤层厚度13.58～14.42 m，平均煤厚14.01 m；煤倾角9.2°～9.6°，平均9.3°。该工作面基本顶为中细粒砂岩，直接顶为泥岩，基本底为泥岩，直接底为炭质泥岩。

1.2 巷道布置情况

23101皮带巷为矩形断面(断面规格5 200 mm×3 800 mm，净断面5 000 mm×3 450 mm，底板硬化，C25砼厚150 mm)，全长1 855 m。

23101材料巷为矩形断面(断面规格4 800 mm×3 600 mm，净断面4 600 mm×3 200 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全长1 873 m。

23101工作面开切眼和两巷垂直，断面为矩形(断面规格9 300 mm×3 800 mm，净断面9 100 mm×3 400 mm，扩帮后断面10 300 mm×3 400 mm，底板硬化，C25砼厚200 mm)，全长240 m(平距中-中)。

1.3 工作面主要设备

由于23101工作面为大采高综放工作面，其工作面主要生产设备运输尺寸较大、重量较重，故应当对工作面主要生产设备进行现场调研，调研结果见表1。

表1 23101工作面主要使用设备

2 工作面主要设备运输路线及顺序设计

2.1 工作面主要设备运输路线设计

在设计工作面设备运输路线时应当对矿井开拓系统、准备系统以及回采系统进行全面考察，实地测量设计运输路线所经过巷道的断面尺寸是否满足设备运输的最低尺寸，同时，应当对巷道进行一定的整修，包括巷道转弯处的抹平处理、巷道悬挂线缆的整理、巷道底板未硬化段的整体硬化以及对巷道积水处进行排水处理。总之，必须保证工作面设备运输路线所经巷道符合设备运输要求，不能对设备运输产生影响。现对23101大采高综放工作面设备运输落线规划如下。

1#副斜井→1#副斜井延伸段→二水平辅运石门→21采区辅助运输上山→23101辅助斜巷→23101材料巷→23101工作面(升井路线按原路返回)。

2.2 工作面主要设备运输顺序规划

工作面设备运输是必须对设备运输顺序进行规划，应当按照该工作面设备组装顺序与组装位置进行运输顺序规划，防止因运输时的顺序发生错误，导致工作面设备在组装时出现返工、延误工作面生产进度。现对工作面设备运输顺序规划如下。

皮带机自移机尾→转载机机头部分→破碎机→机头端头架→转载机机尾部分→机头端头架→后部刮板输送机机头→机头过渡架→前部刮板输送机机头→后部运输机过渡槽→机头过渡架→前部运输机过渡槽→后部运输机中间槽→液压支架→前部运输机中间槽→采煤机→后部刮板输送机机尾→机尾过渡架→前部刮板输送机机尾→材料巷超前支架→工作面设备列车。

3 大采高综放工作面设备安装设计

3.1 皮带机自移机尾、转载机、破碎机的安装

安装顺序：皮带机自移机尾→机头传动部→链轮组件→架桥槽→凸槽→特殊架桥槽→架桥槽→铰接槽→(破碎机)→推移槽→联接槽→特殊推移槽→开口槽→破碎槽→卸载槽(7节)→机尾组件。

安装方法：首先将转载机、破碎机在地面进行组装，组装完后对其按照入井安装顺序进行编号。用FBL-55型铲板车将皮带自移机尾运至工作面安装地点，后将转载机机头部运到安装地点后将其爬升至皮带机自移机尾上对位稳好(用多功能叉车和手拉葫芦配合将其端起伸到自移机尾上使连接定位销对准滑车连接孔慢慢落下，直至到位)，上好卡环并用方木(1 200 mm×1 200 mm的木垛)将机头驱动架支稳，从机头底链道穿入拉刮板链用的钢丝绳。将转载机头电机减速器运到位，再将机头架桥槽运到位，用FBL-10型多功能叉车将槽子叉起与转载机机头部对位安装，上好对口螺栓，在其下方打好木垛将其支稳。用同样的方法依次将其余槽子(凸槽、调节槽、铰接槽、推移槽、联接槽)和破碎机安好，同时，破碎机用FBL-55型铲板车整体运到位对位安装，然后依次安装推移槽、卸料槽、机尾组件。待工作面供电、供水、供液系统形成后，将各管路连接好，用机头张紧装置张紧刮板链使其达到预张力。最后通过安设专用起吊锚索将电机减速器进行对位安装。

3.2 后刮板输送机的安装

后刮板输送机共安装机头驱动部，机尾驱动部，机头过渡槽1节，标准中部槽104节，开口槽26节，特殊槽4节(机头1节、机尾3节)。

安装顺序：机头驱动部→机头过渡槽→机头特殊槽→中部槽→开口槽→中部槽→机尾特殊槽→机尾驱动部。

安装方法：依次拆除50 m以内的内落山侧单体液压支柱。用FBL-55型铲板车整体运输后刮板运输机的机头驱动部于设计地点后，确定安装位置。用FBL-55型铲板车把机头过渡槽运到位后，将其与机头驱动部对位安装，上好哑铃销。从机头侧底链道穿入拉底链的钢丝绳。用同样的方法安装好其余的中部槽和机尾特殊槽、机尾驱动部。在中部槽的安装过程中从机尾方向开始向机头铺设上链，每铺设60 m上链后将顶链绕过机头链轮转为底链，最后在将底链绕过机尾链轮与上链连接。

3.3 前刮板输送机的安装

前刮板输送机共安装机头驱动部，机尾驱动部，机头过渡槽(1节，4 800 mm)，标准中部槽(99节)，开口槽(25节)，变线槽(9节，机头3节，机尾6节)。

安装顺序：机头驱动部→机头过渡槽→机头变线槽→开口槽→中部槽→机尾变线槽→机尾驱动部。

安装方法：前刮板输送机的机头驱动部通过FBL-55型铲板车运输到安装位置。用FBL-55型铲板车把机头过渡槽运到位后，将其与机头驱动部对位安装，上好哑铃销。从机头侧底链道穿入拉底链的钢丝绳。用同样的方法安装好其余的中部槽和机尾特殊槽、机尾驱动部。与后刮板输送机安装方法相同。

3.4 液压支架安装

由于工作面液压支架分为中间架、端头架以及过渡架，故在工作面液压支架安装时，必须注意安装顺序。应当将一组端头架安装至机头端后，安装3架过渡液压支架，顺次安装132架中间架后，安装4架机尾过渡支架，最后安装一组机尾端头架。为保证工作面设计长度与工作面安全回采，将机头端架安置在皮带巷，机尾端头架安置于材料巷，为便于管理工作面刮板输送机，应当将过渡液压支架的第一架与前、后刮板输送机机头连接。

由于工作面的主要产量影响设备为前、后刮板输送机，必须在工作面刮板输送机安装完毕之后，对工作面液压支架进行安装与调试。将液压支架运输至开切眼支架安装位置之后，由支架搬运车上卸下时，应当尽量减小被安装液压支架与已安装好的支架之间的夹角，待支架搬运车开走后，接通待安装支架的供液系统，并升架至距离开切眼顶板0.2 m处，并在工作面平行方向上对液压支架进行调整。之后，在工作面推进方向上对通过人工操作，对液压支架与前、后刮板运输机的连接问题进行移架操作，待两者完全对位连接后，升架使液压支架顶梁与工作面顶板完全接触，并施加初撑力，达到对工作面顶板进行支护的效果。在工作面液压支架全部安装完毕之后，更改工作面供液系统为永久供液泵站供液。

3.5 采煤机安装

由于大采高综放工作面采煤机设备整体尺寸较大，结合斜沟煤矿具体生产实际，在地面必须对采煤机进行必要的拆卸。按照工作面采煤机的安装顺序，对采煤机进行井下现场安装。

首先采用一辆FBL-55型铲板车将采煤机的右滚筒与右摇臂，运输至工作面采煤机安装点，再配合使用两辆FBL-55型铲板车，将采煤机主机架运输至安装点。此时，首先安装采煤机主机架部分，利用单体液压支柱与FBL-55型铲板车将采煤机机头与机尾滑靴放置于中部槽齿条上，保证齿条充分啮合，使其能够在齿条上顺利移动。然后，继续采用一辆FBL-55型铲板车将采煤机的左滚筒与左摇臂，运输至工作面采煤机安装点。在工作面液压支架安装完毕之后，结合液压支架与倒链(手拉葫芦)，将采煤机左右摇臂安装与采煤机主机架之上，采用油缸固定，随之，将采煤机左右摇臂安装到位。将各水管、油管正确连接好。参照采煤机的相关要求，依据规定的润滑油质量与数量，向各个需油部位给油。同时，应当保持采煤机的整洁，防止因四周杂物对采煤机正常工作产生影响。

4 结语

大采高综放工作面在我国应用较少，其工作面设备具有相当的自身特点。工作面设备结构大、自重大、对运输以及安装设备、运输路线所经巷道要求高。本文依托斜沟煤矿23101大采高综放工作面设备和运输与安装工程实际，利用现场调研与工程类比的方法，对工作面地质情况、巷道布置状况、工作面预安装设备、设备运输预设路线所经巷道进行了实地调研与测量，按照工作面设备运转实际状况对工作面设备下井顺序进行了设计，按照设备运输路线对巷道断面提出了整改要求，对于工作面主要设备安装进行了设计，提高了工作面设备安装速度，保障了工作面的安全高效运转，同时，也为斜沟煤矿后续工作面的设备安装提供了实践基础，为条件类似矿井提供了现场借鉴。