煤矿综采工作面采煤机选型研究

张海涛

【摘  要】随着开采技术水平的不断提高，我国大部分矿井实现了综合机械化生产，但由于各矿井地质条件通常具有较大差异，根据实际生产情况选择合适的采煤机，并实现综采工作面三级配套，对保证矿井的正常回采具有重要意义。

【关键词】煤炭;采煤机;选型研究

中图分类号：TD407         文献标识码：A

1采煤机选型原则

矿井的地质条件、煤层的倾角、厚度、矿井的设计生产能力、工作面采高、巷道斷面尺寸、工作面长度、矿井系统配置能力等都会影响采煤机选型。在进行采煤机选型时，应遵循以下原则：（1）根据煤层硬度选择采煤机型号，保证采煤机最大截割硬度高于煤层及夹矸的硬度系数 f，同时还应留有一定的功率富余系数，通常取 1.2，防止采煤机因长时间高频率工作，降低电机使用寿命。（2）综采工作面“三机”配套是指采煤机、刮板输送机及液压支架要有合理的空间配套关系，在采煤机选型时，最小采高应大于液压支架支撑高度 300mm ～ 400mm，最大采高应低于液压支架最大支撑高度 300mm ～ 400mm。（3）当工作面倾角大于 15°或工作面潮湿且倾角大于 8°时，采煤机应配备防滑措施，最好采用无链牵引的采煤机搭配制动闸，实现采煤机紧急制动。（4）井下使用双滚筒采煤机时，应根据煤层厚度变化情况确定滚筒直径。（5）根据矿井的实际生产能力及接替工作面情况，选择相匹配的采煤机。

2薄煤层开采设备选用

我国煤炭可采储量中，大约20%埋藏在薄煤层。这个比例在一些重要产煤地区还要高出很多，如山东薄煤层储量占41%、四川则高达55%。有些矿区的优质煤层埋藏在薄煤层下面，矿井生产能力的开发取决于薄煤层的开采。因此，薄煤层开采是影响煤炭工业全局的大问题。薄煤层的作业条件特别艰苦，而可供选用的高效采掘机械设备又相对较少，所以，薄煤层开采机械化是个紧迫的“老、大、难”问题。上世纪40年代出现的刨煤机，曾在欧洲为主的一些国家推广应用，可惜如今已风光不再。我国从上世纪50年代起，研制和引进了各式刨煤机累计近200台套，投入过不少人力、物力。刨煤机的一些特点和优点，曾展现出一条解决薄煤层开采的途径[2、3]。但刨煤机的推广应用一直不能令人满意刨煤机适用的工作面地质条件是：煤质比较松软，顶板和底板起伏少，没有断层等地质构造。刨煤机可采较薄的煤层，但在没有配备自动化液压支架的条件下，生产效率是比较低的。目前我国还不能制造自动化的成套刨煤机设备，而从国外购置和维修的费用都比较昂贵。这些都严重制约了刨煤机的推广应用。因受液压支架最低支撑高度的限制，目前刨煤机综采的实际采高可达1.0～ 1.6m。滚筒采煤机也可以达到这个采高范围，而螺旋钻采煤机的采高则可降低到0.6m左右，但螺旋钻采煤机要求采用特殊的采煤工艺和设备配置，而其工作面产量和效率却不能与长壁综采相比，因而不宜作为首选。薄煤层滚筒采煤机有爬底板和骑溜槽两种结构型式。爬底板采煤机在工作面输送机和煤壁之间的机道上运行，机身较低，最小采高可降到1.0m。把牵引传动部设置在工作面端头，截割滚筒在工作面上穿梭运行，最小采高还可以进一步降低。但是，爬底板采煤机对底板起伏的适应性比骑溜槽采煤机差，容易发生歪斜、偏转、啃低、飘底等故障。这些情况也是刨煤机经常发生和需要处理的故障。骑溜槽采煤机没有这些问题，但最小采高一般很难降到1.1m以下。因为都受到液压支架最小支撑高度的限制，两种滚筒采煤机的实际采高范围可说是差不多少。所以，骑溜槽滚筒采煤机的品种和使用台数比爬底板滚筒采煤机多得多。

3厚煤层开采设备选用

想尽量采用技术成熟的中厚煤层采煤设备开采厚度大于3.5m的煤层，于是出现了分层开采的采煤工艺。根据煤层厚度和顶板条件确定的分层开采采高，一般是2.5m左右。这是工人作业较方便的高度，也可按一般的要求选用中厚煤层采煤机。当煤层厚度比3.5m高得不很多，比如< 5m，尤其当分层开采有困难时，就可以考虑一次采全高。这样，工作面的产量和效率可以提高，而巷道掘进量可以大大减少。一次采全高时，工作面显现的矿压较强烈，煤壁会片帮大块煤。必须选用大功率采煤机和输送机，液压支架的支撑能力也要相应增强。我国大功率采煤机的研制比较薄弱，不能充分满足煤矿生产的需要。上世纪90年代以来，一些局矿引进6LS3、6LS5、7LS6、SL500和EL300等型大功率电牵引采煤机，最大采高可达5.5m，最大装机功率达1860kW。我国MG系列目前已经开发出几个大功率采煤机品种，MG 750/1815-GWD型具有代表性，其最大采高可达5.2m，装机功率1815kW，整体技术水平也有很大提高，明显缩短了与国外先进水平的差距。厚煤层采煤机应该具备处理大块片帮煤的特殊功能。一次采全高厚煤层工作面，一般要在工作面输送机向顺槽输送机转载处设置破碎机。考虑到大块煤在采煤机机身下难以通过，会影响设备的正常运行，需要在采煤机朝回风顺槽的一端加设破碎机构。现在常用的破碎机构是装在摇臂上的滚筒，不带螺旋叶片，滚筒的位置可以升降调节。早期的产品，破碎机构由采煤机主电动机驱动，故障点较多，可靠性较差。现在破碎机构多由专设的电动机单独驱动。为了避免干扰采煤机的正常作业，破碎机构应该尽量紧凑，传动系统中常采用行星齿轮传动。厚煤层采煤机功率强大，操作难度也大，因此在操纵控制的自动化和故障预报等方面，技术要求都比较高。选用时应在这些方面予以关注。“综放”开采是我国厚煤层机械化开采的一大特色。“综放”即“综采放顶煤”工艺，就是用综采的方法回采厚煤层底部分层，而液压支架上面的顶煤则经支架窗口排放回收。如果煤层中硬或软，容易冒落，而顶板的岩性又属于Ⅰ、Ⅱ级，不易冒落，就可以考虑采用“综放”，缓倾斜煤层较适于“综放”的厚度是6～ 12m。用中厚煤层设备开采厚煤层，减少设备投资。“综放”工作面要使用特殊架型的液压支架，对采煤机的选型有影响。这种支架有排放顶煤的窗口，支架内设两台刮板输送机。靠近采空区的后部输送机承接放落的顶煤，其运输能力应满足放顶煤的要求;靠近煤壁的前部输送机，承接采煤机采出来的煤，两者生产能力要相匹配，结构上有配合导向的要求，相关尺寸要相互适宜。放顶煤支架应根据煤层的地质条件和煤质选型，对“综放”的产量、效率、作业安全有决定性影响，应慎重处理。

4倾斜煤层综采设备

如果采用水平分层的工艺开采，倾斜煤层，设备选型就跟缓倾斜煤层一样，没有太多的特殊要求。但是，受许多条件的限制水平分层开采工艺不能普遍采用。倾斜煤层中，设备防倒、防滑是个特殊的问题。倾斜煤层工作面的上顺槽应按设防滑绞车，供设备装拆和设备防滑之用;液压支架应具备防倒、防滑装置。通常采用单向截煤工艺，采煤机只在向下行程中截煤，利用煤壁阻挡采煤机下滑;采煤机在向上行程中“空刀”返回，以确保生产安全。倾斜煤层采煤机在润滑、防滑等方面都有特殊的技术要求，也是选型时应该特别关注的技术要点。倾斜煤层采煤机应有较强的爬坡能力，所以牵引力要大，应设置防滑制动装置。煤层倾角略大于25°时，有的矿上仍然使用缓倾斜煤层采煤机，或者只经简单改装。显然安全性较差，而且势必降低采煤机的生产能力。MG系列中已有适用于倾斜煤层的采煤机品种，MG 200/500-QWD型采煤机是功能较强的品种，已销往俄罗斯，可以适应倾角达45°的煤层。

结束语

在进行采煤机选型时，不仅要考虑设备自身的能力，更应该从矿井实际条件出发，从生产能力、牵引速度、装机功率、滚筒直径等几个方面进行选型分析。

参考文献：

[1]雷奇，等. 大倾角长壁综采“三机”选型配套关键技术[J]. 煤矿开采，2017，22（1）：36 - 40，97.

[2]闫亚鹏. 中厚煤层与薄煤层联合布置工作面采煤机选型技术研究[J]. 中国煤炭工业，2016，（10）：51 - 53.

（作者单位：山东能源枣矿集团付村煤业有限公司）