薄煤层综采工作面“三机”配套及装煤效果探讨

吴 东

（山西焦煤西山煤电东曲煤矿， 山西 太原 030200）

引言

薄煤层工作面采高低、煤层赋存条件不佳，为保证其开采效率，必须采用综采机械化采煤方式。目前在部分煤矿较为常用的采煤机多电机并联技术下，采煤机截割性能基本满足采煤要求，但装煤效果较差。为提升薄煤层综采工作面装煤效果，诸多学者先后从采煤机滚筒转速、滚筒结构参数、牵引速度等角度展开深入研究。但受采煤机类型等制约，可调整范围相当有限。根据大量实践，采用薄煤层工作面采煤机、液压支架和刮板输送机“三机”配套，并合理选择各项参数，能有效改善薄煤层综采工作面装煤效果。基于此，本文主要分析薄煤层工作面“三机”配套中影响装煤效果的主要因素，为装煤效果优化提供一些建议。

1 H 煤矿12512 工作面概况

山西J 煤电集团H 煤矿五采2 号煤层厚度在0.80～1.75 m 范围内，为薄煤层。12512 工作面结构简单，局部有一层夹矸，属稳定型煤层。煤层顶底板特征及断层情况详见表1。在工作面开采过程中制订出“三机”配套选型方案，以便取得较好的装煤效果。

表1 煤层顶底板特征及断层情况

2 综采工作面“三机”配套

2.1 设备选型

考虑到煤层厚度变化方面的要求，该工作面选用大伸缩比两柱掩护式液压支架，配合以整体式顶梁结构，通过降低顶梁厚度，以增大机械设备通行空间。为避免液压支架压死，应选择工作阻力较大的液压支架[1]。结合我国相关设计规范对液压支架参数的限定及综采工作面工作实际，应选用ZY5000/12/28 型基本支架和ZYT5600/20/42 型端头支架，液压支架高度应高出工作面最大采高100～200mm，支架中心距1.5m，梁端距200～350 mm。选用MG2×2×125/560WD 型骑溜槽形式采煤机、d1400 刀型齿滚筒及改进的SGZ764/630 型刮板输送机，其铲煤板为三角形结构，刮板输送机销排座适当向采空侧偏移。

2.2 “三机”配套

“三机”配套的主要目的在于提升综采工作面安全生产能力，为此，必须保证采煤机、刮板输送机和液压支架在结构、性能、联接形式、强度、尺寸等方面完全匹配适应，确保各自效能及综合效能的充分发挥。该薄煤层综采工作面“三机”配套断面具体如下页图1 所示。其中，A 为采煤机截割滚筒截割深度，通常按照截割步距确定[2]；B 为铲间距；C 为滚筒下切程度；D为过煤高；S 为刮板输送机中部槽内宽；F 为空顶距；K 为过机空间，不小于200 mm；L 为行人空间；G 为实际采高。

图1 薄煤层综采工作面“三机”配套断面图

3 装煤效果影响因素选取

3.1 铲间距

刮板输送机铲煤板端部和滚筒叶片末端的距离即为铲间距，主要起到防止采煤机斜切进刀过程中滚筒截割铲板的作用。若铲间距设置过小，则采煤机斜切进刀过程中滚筒严重截割铲板，滚筒加速损坏；若铲间距设置过大，则输送机槽帮和滚筒叶片间距及煤流运输距离均增大，装煤效率必将降低。综采工作面“三机”配套中，技术人员通常结合生产经验进行铲间距选择，为避免滚筒截割铲板，铲间距实际值一般较大，出于装煤效果考虑，必须保证铲间距取值的合理性。

薄煤层综采工作面“三机”配套过程中必须依据设备实际尺寸进行斜切进刀检查，操作步骤如下：通过有限元分析软件构建刮板输送机俯视图，并确定出铲板边线及槽交接点和啮合线具体位置；通过同样方式构建采煤机俯视图，确定出滚筒、摇臂位置和啮合点；结合试验目的选择中部槽数量，并围绕铰接点逐个旋转，以模拟斜切进刀过程；在已完成的刮板输送机图纸中放入采煤机俯视图，并使采煤机啮合点和刮板输送机啮合点重合，同时确定出刮板输送机铲板边线与滚筒叶片末端的最小安全距离，所对应的铲间距即为装煤效果最佳的薄煤层综采工作面铲间距。

3.2 刮板输送机槽帮高

刮板输送机槽帮高从两个方面影响装煤效果，一是阻挡经滚筒叶片输送至槽帮处的煤流，使高出槽帮的部分进入槽体内完成装煤，其余部分则留在工作面，且槽帮高度越高，阻挡煤流的效果也越明显；二是槽帮上沿和摇臂下沿之间形成过煤空间，在摇臂卧底尺寸既定时，槽帮高度越高，为装煤所预留的过煤空间越小。

当前矮槽帮刮板输送机已经在综采工作面广泛应用，为保证装煤效果，应在充分考虑设计运输能力的基础上，降低槽帮高度，提升装煤效率。

3.3 液压支架推移力

因地层条件、“三机”设备结构参数等的影响，薄煤层综采工作面装煤效率差异普遍存在，只改进刮板输送机或采煤机很难使装煤效率全面提升，还应借助液压支架推溜辅助刮板输送机装煤过程。液压支架推溜、移架等操作均通过推移机构执行，推移机构则主要由推移杆、油缸、剪切销、连接头等部件组成。在工作面存在浮煤的情况下，会使推移机构承受推移阻力增大，故而必须确保推移油缸具备较大的推移力，以使推移装置克服浮煤影响后向刮板输送机施加推力。

3.4 采煤机支撑形式

采煤机受刮板输送机支撑的形式包括骑铲板式和骑槽帮式两种。骑铲板式支撑形式下采煤机中心向煤壁侧倾斜，刮板输送机伸出的铲煤板扎入煤堆的效果更好，并能有效避免煤料飘溜。骑槽帮支撑形式下，刮板输送机铲煤板不伸出，在装煤推溜时引发煤料飘溜的可能性非常大，必须改用采煤机走空刀装煤方式。由此可见，薄煤层综采工作面“三机”配套应选择骑铲板式刮板输送机。

4 结论

该综采工作面采煤机、刮板输送机及液压支架“三机”配套使用及对铲间距、液压支架推移机构、刮板输送机槽帮高等进行优化设计后，能有效避免液压支架压死，工作面推进速度明显提升；薄机身采煤机及矮槽帮刮板输送机的配合使用，避免了采煤机机身通过困难及煤矸卡阻，使采煤机和刮板输送机运行工况大大改善，设备故障率降低。铲间距增大后，采煤机斜切进刀过程中滚筒截割铲板的现象得到有效遏制，采煤截割阻力降低，采煤机运行工况得到有效改善，机械运行事故率下降，生产摩擦火花产生的风险也显著降低，综采工作面工作环境得到有效改善。