(國(guó)投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

國(guó)投新集一礦百萬(wàn)噸級(jí)薄煤層綜采設(shè)備配套技術(shù)

呂益

(國(guó)投新集能源股份有限公司，安徽淮南232001)

介紹了國(guó)投新集一礦百萬(wàn)噸級(jí)薄煤層工作面綜采設(shè)備配套的總體思路、具體方案、主要設(shè)備性能參數(shù)，進(jìn)行了設(shè)備產(chǎn)能分析和“三機(jī)”設(shè)備配套尺寸分析，總結(jié)了其設(shè)備配套的技術(shù)特點(diǎn)，與國(guó)內(nèi)同類礦井比較的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)效果。

百萬(wàn)噸；薄煤層綜采；設(shè)備配套

Technology of Full-mechanized Equipment Lectotype for Million-ton-levelThin Coal-seam Mining in Xinji 1stMine

目前全國(guó)已查明薄煤層總儲(chǔ)量約占全部煤層儲(chǔ)量的20%左右，開(kāi)采薄煤層既是充分開(kāi)發(fā)利用寶貴的煤礦資源的需要，也是進(jìn)行解放層開(kāi)采治理瓦斯的需要，更是煤炭行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的需要。長(zhǎng)期以來(lái)，我國(guó)在薄煤層開(kāi)采的綜機(jī)配套方面存在一種誤區(qū)，試圖用小尺寸、低功率、輕重量的支架、采煤機(jī)等設(shè)備，降低采高，以求加快推進(jìn)。但實(shí)際生產(chǎn)中，遇斷層或夾矸等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，往往既沒(méi)有破巖能力，又因作業(yè)空間受限，無(wú)法進(jìn)行人工打眼放炮作業(yè)，工作面單產(chǎn)只能達(dá)到(3～5)×104t。研究月產(chǎn)10×104t、年產(chǎn)百萬(wàn)噸以上的薄煤層開(kāi)采設(shè)備，提高薄煤層開(kāi)采的作業(yè)舒適性、安全性和效率，勢(shì)在必行。

1 薄煤層開(kāi)采設(shè)備總體概況

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外的薄煤層開(kāi)采成套設(shè)備總體上有2個(gè)發(fā)展方向：一是以德國(guó)為代表的刨煤機(jī)組方案，主要設(shè)備制造公司為DBT公司；二是以美國(guó)為代表的滾筒式薄煤層采煤機(jī)方案，主要設(shè)備公司為久益(JOY)公司。這兩種方案均在不同國(guó)家取得成功。兩種方案對(duì)比最大的區(qū)別：刨煤機(jī)組對(duì)工作面煤層條件要求高，適應(yīng)煤層起伏變化、過(guò)地質(zhì)斷層能力較差；薄煤層采煤機(jī)機(jī)組適應(yīng)工作面煤層變化能力強(qiáng)，通過(guò)加大采煤機(jī)裝機(jī)功率、減少外形尺寸設(shè)計(jì)的辦法，提高采煤機(jī)組割巖和過(guò)斷層能力。

統(tǒng)計(jì)資料顯示，2008年美國(guó)共有25個(gè)采高在1～1.9m的薄煤層或較薄煤層作業(yè)，均采用薄煤層采煤機(jī)回采，總產(chǎn)量占全美的45%，單面產(chǎn)能均在1.0Mt/a以上，最大的Enlow Fork煤礦裝備了DBT公司工作阻力為7400kN掩護(hù)式支架,JOY公司4LS2采煤機(jī)，Trinity公司裝機(jī)功率3×800kW、槽寬1100mmTIB刮板輸送機(jī)，產(chǎn)量達(dá)10.2Mt/a。

2 國(guó)投新集一礦薄煤層地質(zhì)條件與開(kāi)采要求

國(guó)投新集一礦近10a薄煤層可采儲(chǔ)量約10.0Mt，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》保護(hù)層開(kāi)采的相關(guān)規(guī)定和新集一礦產(chǎn)量接替的需要，必須進(jìn)行薄煤層開(kāi)采。

新集一礦薄煤層或較薄煤層主要有：

9煤 煤層一般含有1層較穩(wěn)定的夾矸，極少數(shù)含2層夾矸，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，純煤層厚度0.58～1.99m，平均1.59m；全層厚度0.58～2.69m，平均1.97m。

7-2煤 局部發(fā)育有夾矸，厚度為1.15～1.77m，平均為1.56m 。

新集一礦回采接替安排先開(kāi)采9煤，首采面為二水平一采區(qū)210901工作面。該工作面軌道巷可采走向長(zhǎng)為680m,工作面傾斜長(zhǎng)110～180m，煤層厚度0.8～2.7m，平均1.97m，局部?jī)A角達(dá)到14°。風(fēng)巷尺寸為2.9m(高)×4.4m(寬)，機(jī)巷尺寸為2.9m(高)×4.8m(寬)，均為U形巷道。由于工作面回采范圍內(nèi)有大小斷層5條，且局部煤層變薄帶煤厚僅有800mm，不宜用刨煤機(jī)組，只能采用大功率薄煤層采煤機(jī)開(kāi)采。

工作面生產(chǎn)作業(yè)方式 “二九一六制”，生產(chǎn)時(shí)間為18h，檢修時(shí)間為6h，工作面產(chǎn)量達(dá)到1.2Mt/a煤。

3 國(guó)投新集一礦薄煤層設(shè)備配套總體思路

根據(jù)新集一礦9煤、7煤的煤層賦存條件和現(xiàn)有綜采工作面情況，參考現(xiàn)在國(guó)內(nèi)薄煤層設(shè)備配套情況，一礦210901面設(shè)備配套研究的主要內(nèi)容是適應(yīng)一礦9煤、7煤安全高效開(kāi)采需要，實(shí)現(xiàn)工作面月單產(chǎn)(10～12)×104t、年產(chǎn)1.0～1.2Mt水平。

為此確定工作面設(shè)備配套的總體思路是：按無(wú)人工作面進(jìn)行選型配套，提高設(shè)備破頂?shù)装宓母顜r能力和過(guò)斷層能力，適當(dāng)加大工作面采高，滿足最基本的人員操作要求和工作面1.2Mt/a產(chǎn)能要求。

配套原則要求如下:

(1)從開(kāi)采的效率、安全性和經(jīng)濟(jì)性考慮，新集一礦薄煤層開(kāi)采設(shè)備選用滾筒式采煤機(jī)，設(shè)備配套選型要以滿足生產(chǎn)要求為原則，具有高可靠性。

(2)工作面自動(dòng)化方案與設(shè)備選型要充分考慮提高開(kāi)采安全、改善人員作業(yè)環(huán)境舒適度和投入的經(jīng)濟(jì)性；保證工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能，滿足無(wú)人跟機(jī)操作要求，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。

(3)保證三機(jī)實(shí)現(xiàn)緊湊配套，采用合理的截深，輸送機(jī)采用交叉?zhèn)刃妒健?/p>

(4)提高采煤機(jī)割煤速度，提高工作面液壓支架移架速度，以滿足工作面快速推進(jìn)(日推進(jìn)15m)要求。

(5)采煤機(jī)采用大截割功率、小機(jī)身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，滾筒直徑與煤層厚度相適應(yīng)，降低采煤機(jī)的機(jī)身高度，盡可能地實(shí)現(xiàn)較薄煤層的開(kāi)采。

(6)為了提高工作面自動(dòng)化程度，刮板輸送機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)采用交叉?zhèn)刃斗绞健？紤]到工作面條件差、運(yùn)巖量大，為提高可靠性，刮板輸送機(jī)主要部件(如減速機(jī)、鏈輪、鏈條、鏈環(huán)等)選用進(jìn)口產(chǎn)品或技術(shù)。

(7)液壓支架支護(hù)強(qiáng)度的確定要充分考慮采區(qū)的地質(zhì)條件，綜合考慮煤層埋深、煤柱等因素的影響。要求工作阻力在6000kN以上，中心距為1.5m，支護(hù)高度最低1.3～1.5m，最高不超過(guò)2.4～2.6m。

(8)所選設(shè)備盡可能與公司在用綜采設(shè)備實(shí)現(xiàn)系列化，提高互換性。

(9)工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)要求選用3300V電壓等級(jí)。

4 國(guó)投新集一礦薄煤層設(shè)備配套方案與參數(shù)分析

經(jīng)對(duì)鄰近的淮南礦業(yè)集團(tuán)潘一礦、淮北礦業(yè)集團(tuán)朱莊礦、山東兗礦集團(tuán)濟(jì)寧三礦及山西、神東等局、礦調(diào)研情況，對(duì)國(guó)投新集一礦210901工作面設(shè)備具體配套見(jiàn)表1。

表1 210901工作面設(shè)備配套

4.1 工作面主要設(shè)備參數(shù)

(1)液壓支架 掩護(hù)式ZY6800/13/28D；高度1300～2800mm；中心距1500mm；寬度1430/1600mm；初撐力5066kN；工作阻力6800kN；平均支護(hù)強(qiáng)度0.8～0.9MPa；底座平均比壓2.27～2.58MPa；推移步距800mm；操縱方式為電液控制；適用傾角≤30°。

(2)支架電液控(SAC) 采用14功能14出口電液控?fù)Q向閥，電液控制功能包括：立柱升、降；拉架、推溜；平衡千斤頂伸、收；頂梁側(cè)護(hù)板千斤頂伸、收；掩梁側(cè)護(hù)板千斤頂伸、收；抬底座；輔助采煤機(jī)噴霧；伸縮梁千斤頂伸、收。

(3)采煤機(jī) 采高范圍1.45～2.55m；機(jī)面高度920mm；過(guò)煤高度320mm；挖底量為中部400mm(滾筒直徑1400mm)；供電電壓3300V；總裝機(jī)功率925kW；滾筒直徑1400mm(可安裝φ1250mm、φ1600mm滾筒)；滾筒截深800mm；牽引形式為交流變頻調(diào)速、銷軌式牽引(節(jié)距126mm)；牽引力500～300kN；牽引速度0～11.3～18.7m/min。

(4)刮板輸送機(jī) 供貨長(zhǎng)度220m；運(yùn)輸能力1600t/h；中部槽規(guī)格1503mm×900mm×308mm；刮板鏈規(guī)格φ34×126mm(帕森斯) ；總裝機(jī)功率2×525kW；供電電壓3300V；卸載方式交叉?zhèn)刃?；減速器型號(hào) 43JS-525(中煤張煤機(jī))行星減速器。

(5)轉(zhuǎn)載機(jī) 運(yùn)輸能力1800t/h；出廠長(zhǎng)度50m(含破碎機(jī)長(zhǎng)度)；供電電壓3300V；總裝機(jī)功率400kW；鏈條型式φ34×126mm中雙鏈(帕森斯)；驅(qū)動(dòng)裝置為電動(dòng)機(jī)—限矩器—減速器。

(6)破碎機(jī) 破碎能力2000t/h；最大輸入塊度800mm×800mm×長(zhǎng)度不限；最大排出粒度300(250，200，150)mm；功率200kW；電壓3300V。

4.2 工作面主要設(shè)備的產(chǎn)能配套分析

綜采工作面要求從采煤機(jī)—刮板輸送機(jī)—轉(zhuǎn)載破碎機(jī)—膠帶機(jī)的煤流線呈喇叭口型逐級(jí)放大，放大系數(shù)為1.2倍，其冗余系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各設(shè)備的冗余系數(shù)

4.3 工作面“三機(jī)”設(shè)備配套的尺寸分析

工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等“三機(jī)”配套尺寸關(guān)系見(jiàn)表3。

表3 “三機(jī)”配套尺寸

4.4 新集一礦210901面設(shè)備配套的技術(shù)特點(diǎn)

綜上所述，新集一礦210901面薄煤層裝備配套的主要技術(shù)特點(diǎn)如下：

(1)工作面自動(dòng)化程度高，初步實(shí)現(xiàn)無(wú)人化生產(chǎn)。工作面配套了國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的北京天瑪公司SAC14功能電液控系統(tǒng)、天津華寧自動(dòng)化集控系統(tǒng)和常州天地公司智能化組合開(kāi)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)工作面采煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶機(jī)、乳化泵站遠(yuǎn)程自動(dòng)化操作，基本實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。

(2)采用SGZ900系列刮板輸送機(jī)，通過(guò)增加過(guò)煤寬度的辦法，彌補(bǔ)薄煤層采煤機(jī)過(guò)煤空間小的缺點(diǎn)，提高煤流的順暢度。

(3)液壓支架電液控系統(tǒng)在薄煤層開(kāi)采成功得以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)操作，解決了由于工作面作業(yè)空間小，人員操作困難和安全威脅大的難題。

(4)液壓支架主材料選用三一重工新型專利SG1000新型高強(qiáng)板材，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)最高工作阻力/重量比，6800kN支架全部重量?jī)H有16.5t，提高了支架的性能。

(5)乳化泵站實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制，采用北京天瑪公司國(guó)內(nèi)最先進(jìn)的乳化泵自動(dòng)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)啟停、自動(dòng)加液，保證工作面供液質(zhì)量。

5 與國(guó)內(nèi)同類礦井技術(shù)比較

與淮南、淮北及兗州局薄煤層綜采設(shè)備相比，新集一礦210901工作面設(shè)備配套有以下優(yōu)勢(shì)：

(1)采煤機(jī)裝機(jī)功率為國(guó)產(chǎn)煤機(jī)最大。采煤機(jī)裝機(jī)功率達(dá)到925kW，為國(guó)內(nèi)薄煤層最大功率采煤機(jī)，并采用四象限變頻調(diào)速技術(shù)，PLC主控系統(tǒng)，自動(dòng)化程度高。機(jī)面高度920mm，滾筒直徑1400mm，提高破巖能力。

(2)液壓支架采用目前國(guó)際主流的兩柱掩護(hù)式支架，工作阻力在國(guó)內(nèi)薄煤層支架中最大。支架采用1500mm中心距、兩柱掩護(hù)式支架設(shè)計(jì)，工作阻力為6800kN。既減少支架布置數(shù)量，節(jié)省設(shè)備投入，又可減化支架液壓系統(tǒng)，提高移架速度。

(3)刮板輸送機(jī)總功率為國(guó)內(nèi)薄煤層綜采面最大。刮板輸送機(jī)采用2×525kW三驅(qū)設(shè)計(jì)，槽寬900mm，為今后超過(guò)240m長(zhǎng)面設(shè)計(jì)預(yù)留空間。

(4)工作面自動(dòng)化程度最高。工作面選用天津華寧公司集控，液壓支架配置北京天瑪公司16功能SAC電液控、工作面基本具備無(wú)人化條件，處在國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

(5)工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)電機(jī)供電電壓均為3300V，簡(jiǎn)化供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

(6)工作面上巷配套超前支護(hù)支架，既可實(shí)現(xiàn)兩巷超前段的安全支護(hù)，減少兩巷支護(hù)工作量，又可隨工作面的推進(jìn)快速自移，滿足工作面快速推進(jìn)的要求。

國(guó)投新集一礦210901工作面2013年7月初正式生產(chǎn)以來(lái)，工作面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)可靠，平均日推進(jìn)4刀，完全達(dá)到配套預(yù)期的效果和要求。由于受煤質(zhì)指標(biāo)考核的限制，前期工作面限產(chǎn)，未能發(fā)揮最大產(chǎn)能。進(jìn)入10月份后，工作面產(chǎn)能逐漸發(fā)揮，2013年12月產(chǎn)量均達(dá)0.12Mt，最高日產(chǎn)4388t，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)能1.2Mt的高產(chǎn)高效目標(biāo)。

6 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)投新集一礦百萬(wàn)噸級(jí)薄煤層高效綜采設(shè)備的配套，在支架選型設(shè)計(jì)、電液控技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、大功率矮機(jī)身國(guó)產(chǎn)采煤機(jī)和“三驅(qū)”刮板輸送機(jī)應(yīng)用方面均取得新突破，為我國(guó)薄煤層開(kāi)采提供了新樣板，對(duì)促進(jìn)煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有極為重要的意義。

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[責(zé)任編輯：鄒正立]

2014-05-13

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.06.012

呂 益(1975-)，男，安徽淮南人，工程師，現(xiàn)任國(guó)投新集能源股份有限公司機(jī)電管理部副主任工程師，從事綜機(jī)技術(shù)管理。

呂 益.國(guó)投新集一礦百萬(wàn)噸級(jí)薄煤層綜采設(shè)備配套技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采，2014，19(6)：44-46，6.

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1006-6225(2014)06-0044-03