薄煤层综采成套设备关键技术研究.docx

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薄煤层综采成套设备关键技术研究

薄煤层综采配套设备使用问题分析及技术改造

大同煤矿集团四老沟矿肖双中

【摘要】薄煤层综采配套设备在四老沟矿属首次服役，且由于四老沟矿特殊的地质条件以及配套设备的供求等因素影响，需对设备进行科学的配套，并对设备进行使用问题分析及技术改造，实现薄煤层综采工作面的高产高效开采。

【关键词】薄煤层配套设备技术改造

【正文】

一绪论

四老沟矿由于开采时间长，可采储量不断减少，煤炭资源回收难度加大，特别是针对薄煤层，采掘难度大，产量低，成本高，作业环境艰苦。

要想真正提高薄煤层产量，必须加大科技投入，更新先进设备，把一线职工从繁重的体力劳动中解放出来。

2012年以来，为了提高煤炭资源利用率，我矿对0.8～1.3m薄煤层综合机械化开采进行了深入研究，

针对本矿存在的上述问题，经多方论证后，果断决策从改革采煤方法入手，解决发展中面临的严峻问题。

经过紧张筹备，薄煤层综采设备于2012年2月在14-3#层301盘区8110工作面投入生产。

采煤机采用MG200/448-BWD型双滚筒采煤机,适应采高0.9～1.6m,滚筒直径为1000mm,卧底量150mm,截深：

630mm，装机总功率,448KW。

液压支架工作面采用ZY4000/08/16型两柱掩护式支架.支撑高度为800～1600mm,工作阻力3909kN;操作方式为邻架操作。

两端头采用特殊液压支架ZZT4500-15/32型支撑掩护式支架，支撑高度为1500～3200mm，工作阻力4500KN，操作方式为本架手动操作。

刮板输送机为SGZ630/264型一部，电机功率132kW,输送能力为650t/h,链速1.07m/s,每节溜槽长度为1.5m,宽度为0.63m,高度为0.27m。

这是我矿首次将液压支架、采煤机、刮板输送机用于1.3m以下薄煤层开采工作面，实现了薄煤层开采工作面采煤、支护、运输机械化和薄煤层机械化高产高效工作面总体配套优化。

二、研究或革新内容及创新点

（１）ZZT4500型支撑掩护式端头支架挡矸板

SGZ630/264型刮板输送机机头、机尾电机、减速机安装方向与普通刮板输送机不同，为平行巷道布置，电机、减速机总长度为2.5m，导致工作面端头ZZT4500支架滞后工作面ZY4000支架达1.8m，且由于工作面刮板输送机上窜、下窜等原因，工作面头、尾端头支架与工作面支架架间距常保持40cm以上（如图1所示）

图1：

工作面刮板输送机、支架布置示意图

根据我矿多年回采薄煤层的经验分析，两硬条件下薄煤层工作面端头悬板不易跨落，但工作面顶板一般都在移架后立即跨落，因工作面掘进时采用见顶起底方式掘进，工作面水平高度比巷道高度一般高出30～120cm，工作面拉完架后，从顶板跨落下来的矸石直接落到端头支架架前及立柱柱窝里面，每次拉完架后都需配专人清理端头支架的架前及立柱柱窝里面浮矸，跨落下来的矸石很容易砸坏端头支架的压力表、控制阀、截止阀等支架易损部件，如8110工作面在最初开采过程中，平均每３天就砸坏一块压力表，且顶板跨落下来的时严重影响端头支架附近工作人员的人身安全。

经研究决定采取在端头支架靠工作面侧主梁上吊挂1块长3m、宽2m、厚40cm的钢板作为挡矸板，厚度小于40cm的钢板容易被大块矸石砸坏。

在支架顶梁靠工作面侧和挡矸板上安装2个固定螺丝，挡矸板和支架用三环链连接，具体如图2所示。

图2：

ZZT4500型支撑掩护式端头支架挡矸板示意图

（2）ZY4000/08/16型支架平面截止阀固定方块

ZY4000支架平面截止阀由固定在支架底座上的两条螺丝固定，螺丝上方被截止阀表面胶皮固定（如图3所示），但ZY4000支架在采完8110工作面、8108工作面后，因我矿采掘接替紧张，一直没有出井大修，固定平面截止阀螺丝的胶皮大部分磨损、失效，工作面泵站开启时，截止阀两端高压管路因有压力而颤动，截止阀的固定螺丝慢慢从截止阀退出来，固定不住截止阀。

8106工作面开采一个月以后，工作面90%截止阀均从底座脱落下来，造成工作面管路散乱，严重影响工作面总体标准化水平；支架工走架时，经常挤乱散落在架前高压管路，平均每个班挤乱3～5根高压管；最严重的是截止阀固定不住，常出现高压管甭管，高压管甭管时，对支架附近工作人员的安全产生严重影响，经常出现截止阀固定不住，高压管甭管伤人事故。

经研究在截止阀外围固定一块内径110mm、外径130mm、厚50mm的固定方块，固定方块用厚50cm钢板加工而成，截止阀固定螺丝退出来时，被固定方块及时拦截，有效的固定住截止阀，可每天利用检修班进行更换，不影响工作面正常生产，8106工作面于2013年8月6日开始正常生产，截止8月23日，工作面摆设的73架ZY4000型支架平面截止阀全部安装了固定方块。

截止阀安装完固定方块后，没有出现过再从底座脱落的现象。

图3：

ZY4000支架平面截止阀示意图

图4：

ZY4000支架安装平面截止阀固定方块后示意图

（3）MG200/448型采煤机牵引部齿轨轮销固定钢板

MG200/448机组在回采8108工作面的过程中，牵引部前、后固定齿轨轮销的φ30×320mm螺丝因母扣严重变形损坏，失去了固定齿轨轮销的作用，机组司机在正常割煤过程中，齿轨轮销因螺丝失效固定不住齿轨轮销而逐渐从机身退出来，平均每割半刀煤机组司机就要把机组停下来，用大锤或其它工具把齿轨轮销重新装进机身以后才能正常割煤，每次齿轨轮销退出来重装齿轨轮销至少需要1０分钟时间。

影响工作面原煤产量约2０吨，因螺丝母扣固定在机身上面，如要更换螺丝母扣必须更换机身，而更换机身不仅成本昂贵，而且因工作面采高低，更换困难。

经研究在齿轨轮销表面固定一块长150mm、宽20mm、厚40mm的钢板，钢板固定在齿轨轮销的中上部，避免采煤机割煤过程中，钢板与电费槽挡煤板卡住，实践证明，齿轨轮固定钢板厚度必须大于40cm以上，以免强度不够变形（如图5所示）

图5：

采煤机左牵引部齿轨轮销固定钢板示意图

（4）降低SGZ630/264型刮板输送机尾底座高度

8106工作面平均煤层厚度为1.2m，煤层中普遍含一层夹矸，工作面在掘进过过程中，采用见顶起底的方式掘进，当夹矸较厚时（一般大于80cm以上）采用留夹矸起底方式掘进，起底厚度达到1.2m以上，当夹石厚度较薄时，采用见顶起底掘进，因夹矸和夹矸上煤层厚度一般都在70cm以上，所以起底厚度一般在50cm以下，5106巷从开切眼至60m因夹矸较厚，掘进时采用留夹矸起底掘进，起底厚度在1.2m以上，距开切眼60m至工作面结束因夹矸逐渐变薄，掘进时采用见顶起底的方式掘进，起底厚度为30厘米左右。

SGZ630/264型刮板输送机的溜尾底座厚度为860mm，溜尾高度为690mm，共计1550mm,在工作面前60m的开采过程中，工作面平均采高为1.2m,因巷道起底较厚（1.2m以上），溜尾最高处只比煤层底板高350mm，机组司机割煤时，只需在工作面尾部3～5个架挑20～40mm顶板，对设备基本没有影响，在工作面开采至60以后，因巷道起底才30cm，溜尾最高处比煤层顶板还要高，工作面采煤工艺为见顶（以夹矸为顶）见底采煤方法，采煤机在尾开机窝时尾8～10个架必须挑0.4～1m以上顶板，机组每次在尾开机窝比平时需多花30分钟时间，机组滚筒截齿磨损严重，机组每次在尾开机窝要损耗机组截齿4至6个，且机组柔性轴、截割部件损坏严重，平均每个班损坏2根柔性轴，严重影响工作回采产量。

根据我矿多年使用MG200/448型薄煤层采煤机截割岩石经验，因采煤机功率小，顶板岩性坚硬，采煤机截割围岩厚度最大不能超过0.4m。

为此我矿共研究出两种方案，

方案一：

5106巷进行起底，优点：

每天可利用检修班起底，不影响生产，缺点：

8106工作面剩余可采长度为300米，工程量大，成本高。

方案二：

更换溜尾底座，降低溜尾高度，优点：

成本较小，并可重复利用多个工作面；缺点：

更换溜尾底座难度较大，更换时间较长，至少需要耗时24小时，影响正常生产。

最后研究决定采取更换溜尾底座、降低溜尾高度的方法，刮板输送机尾底座原为860mm，经改造后底座高度为260mm,采煤机下尾时只需割20至40cm顶板，根据我矿多年回采薄煤层的经验，MG200/448机组割40cm以下岩石对回采基本没有影响。

（5）SGZ630/264型刮板输送机电缆槽活动电缆保护装置

工作面使用的SGZ630/264型刮板输送机电缆槽宽度为15cm，采煤机的活动拖移电缆由机组主电缆、变濒器电缆、机组冷却水管组成，而我矿以前使用的采煤机的活动拖移电缆因变濒器在机身上而没有变濒器电缆，所以都能安装保护电缆用夹板，而我矿使用的MG200/448机组因变频器位于设备列车处，变频器电缆经电缆槽与采煤机机身连接，因增加了一根电缆的宽度，所以采煤机机组主电缆、变濒器电缆、机组冷却水管总宽度为15cm，如再给电缆安装夹板保护装置，电缆总宽度比电缆槽的宽度还大，所以不能给采煤机活动电缆上夹板保护装置，这样导致采煤机运行过程中，机组电缆常被两节电缆槽连接处间隙挂破，有时一天就被挂破２～３次，每挂破一次包电缆时间至少影响正常生产30分钟，影响原煤产量达60吨。

8106工作面在开采至距开切眼15米时，机组主电缆冷包口就达7处，机组变濒器电缆冷包口达4处。

电缆破口多容易造成电路短路产生火花，严重影响工作面作业人员人身安全及我矿安全生产。

我矿及时对活动电缆进行更换，把电缆槽上的固定电缆调换成活动电缆，这样能节省机组主电缆、变濒器电缆200米，然后在两节电缆槽间隙处固定一块长40厘米、宽30厘米的皮带作电缆保护装置（如图6所示）。

图6：

机组活动电缆保护装置示意图

三、应用情况及经济社会效益

（1）ZZT4500型支撑掩护式端头支架挡矸板的应用，使工作面拉架后顶板跨落下来的矸石全部被挡矸板拦截，保障了支架易损零部件不受损坏，安装挡矸板后，支架压力表、控制阀、截止阀等易损部件没有再出现损坏现象，以压力表计算，每个压力表价格为３０００元，相当于每３天为矿节约成本３０００元，安装挡矸板后不用每班配人清理支架架前及立柱柱窝里面的浮矸，极大的减轻了工人的劳动强度。

而且保障了端头支架附近工作人员的安全。

（2）ZY4000型两柱掩护式支架安装截止阀固定方块后，支架截止阀、高压管路不再从底座上脱落下来，工作面整体标准化水平明显提高，工作面没有再出现高压管甭管现象，工作面安全环境明显改善，支架工拉架时没有再出现挤乱高压管的现象，以每根1.8米长的架间高压管300元计算，每天至少能节省12根高压管，每天能节省至少3600元。

（3）MG200/448机组牵引部齿轨轮销固定钢板在８１０6工作面安装使用后，机组前、后齿轨轮销直至８１０6工作面开采结束都没有退出来，在机组没有安装齿轨轮销固定钢板以前，机组每完成一个正规作业循环因齿轨轮销自动退出来循环时间为100分钟，安装齿轨轮销固定钢板以后，机组每完成一个正规作业循环只需80分钟时间，相当于每天能多完成一个正规作业循环，多生产原煤120吨。

（4）更换刮板输送机尾底座后，因采煤机截割顶板围岩厚度0.4～1m以上减少到0.4m以下，采煤机割煤速度加快，每天至少能多割2刀煤，增加原煤产量220吨，每天至少能节省机组截齿24个，以每个截齿400元计算，每天节省截齿消耗9600元，每天至少能节省机组柔性轴2根，以每根柔性轴8000元计算，每天能节省16000元。

（5）安装完电缆保护装置后，机组活动电缆没有再出现过被电缆槽挂破现象，提高工作面回采产量，平均每天多生产原煤120吨。

而且保障了工作面作业人员的安全生产。

截止到目前为止，四老沟矿薄煤层综采配套设备经技术改造后已在14-3#层8110工作面、8108工作面、8106工作面进行了成功开采，创出了最高日产2308t,最高月产45308吨的佳绩。

可行性强、高性能的薄煤层综采设备是安全生产、经营管理、提高经济效益的根本，新设备的投入使用，要善于发现问题，积极分析问题,提出解决问题的办法和改进意见，采取有效的措施,就可避免制约安全生产的现象，以发挥综采设备之潜能，实现综采工作面的高产高效。

薄煤层综采配套设备在使用中发现的问题和改进办法，是四老沟矿全体技术人员经过长期探索实践总结出来的宝贵经验，对集团公司、国内外从事薄煤层开采的矿井有着很好借鉴作用。

四、结束语

薄煤层综采配套设备在四老沟矿的使用中发现的问题及技术改造，大幅度提高了薄煤层工作面的产量，降低了生产成本，减轻了工人劳动强度，改善了劳动环境和安全条件，为集团公司同类地质条件下薄煤层开采闯出了一条新路。

整体提高了煤矿的技术水平，为集团公司可持续发展提供了技术保证。

【参考文献】

1、《煤矿安全规程》

2、《矿山机械》

3、《采矿学》

【作者简介】

肖双中：

1987年8月生，2010年6月毕业于湖南科技大学（原湘潭矿业学院）能源与安全工程学院采矿工程专业，2006年9月开始从事煤矿生产、科研一线工作，现任大同煤矿集团四老沟矿综采预备队技术主管。