综采工作面“三机配套”的思考与探讨

综采工作面“三机配套”的思考与探讨郭文学河北联合大学2012级工程硕士（在读）中煤第一建设有限公司南阳坡分公司1.概述综采工作面通常所说的“三机”是指采煤机、液压支架、刮板输送机。综采工作面“三机配套”包括生产能力的配套和安装结构的配套两方面的内容。生产能力的配套相对来说比较简单；而安装结构的配套对于采煤工作面的正常生产起着至关重要的作用。综采工作面“三机配套”的安装结构方面的配套就是要确定工作面刮板输送机、采煤机、液压支架几何关系，也就是要确定他们的搭配尺寸，以使三机设备的整体效能达到最佳。中煤第一建设有限公司南阳坡分公司生产运营的中煤金海洋南阳坡煤业公司的30205工作面就出现了工作面“三机”安装结构不配套的情况，在采煤机割煤的过程中，采煤机滚筒总是割到液压支架的前梁，造成采煤机摇臂离合轴扭断，经过现场观察和测量，最后找到了原因并制定方案解决了问题。2.采煤工作面“三机”配套的几何参数采煤工作面“三机”配套的几何参数主要有：工作面采煤高度、采煤机过煤高度、采煤机卧底量、端面距、铲板空距、工作面行人空间及放顶煤开采时的放煤高度等。“三机”配套的几何参数的相互关系见下图：2.1工作面采煤高度（H）对于一次采全高的综采工作面，采煤高度主要取决于煤层厚度；对于放顶煤综采工作面，采煤高度主要取决于煤层厚度、采煤工人舒适而合理的采煤空间、煤矿相关的权威性文件规定的合理采放比要求以及煤层赋存的地质条件。综采放顶煤工作面的采煤高度的选取一般不宜选的太大，采高太大会使得工作面煤壁很难维护，易发生片帮事故，给设备管理和安全管理带来困难。综采放顶煤工作面应当在保证合理采放比的要求下满足采煤工人的舒适而合理的采煤空间，再进一步确定合理的采煤高度。放顶煤工作面的采煤高度一般控制在1800～3300mm，最高一般不超过3700mm。2.2采煤机过煤高度（G）工作面（前部）刮板输送机的中部槽槽板上面至采煤机底腹面的垂直距离称为采煤机过煤高度。采煤机的过煤高度主要保证工作面大块煤及矸石的通过，对于煤机设计、制造单位在保证设计尺寸要求的前提下，要尽量保证大煤块和大块矸石的顺利通过，也就是说要选取较大的过煤高度。一般过煤高度的取值范围在800mm左右。2.3采煤机卧底量（W）采煤机摇臂下摆到极限位置时，煤机滚筒的最下齿尖超出刮板输送机底面的垂直深度，称为采煤机卧底量（W）。采煤机卧底量有利于采煤机割平工作面底板，使工作面适应不同的地质条件，更有利于割透工作面煤壁上下端头底板三角区，使推移刮板输送机时，机头机尾的推移顺畅。采煤机卧底量取值一般在80～200mm之间。采煤机制造厂家应在采煤机结构允许的情况下，应适当增大采煤机卧底量，以提高采煤机的相关性能。2.4端面距（D）在采煤工作面正常割煤的过程中，支架梁前端至工作面煤壁的距离，称为端面距。端面距的大小对工作面的回采起着至关重要的作用，端面距过大极易造成工作面煤壁的片帮事故，也有可能使工作面发生冒顶事故；端面距过小会使煤机滚筒在割煤时割打支架前梁，造成煤机摇臂离合轴的损坏。根据煤层的完整性，软硬程度以及煤层的地质赋存条件，端面距一般为150～300mm,最大不超过340mm。地质条件好时取大值。2.5铲板间距（J）在采煤机正常运行的过程中，为了保证采煤机滚筒割不到刮板输送机的铲煤板，必须保证煤机滚筒的煤壁对侧的最外沿的截齿尖与刮板输送机的铲煤板边缘有一定的间距，这个间距被称为铲板间距。铲板间距过大不利于铲煤板装煤，给正常生产增加难度；铲板间距过小会使煤机滚筒割打铲煤板，造成煤机离合轴的损坏。一般铲板间距的取值范围为80～250mm。合理选择铲板间距应根据煤层的软硬程度和煤层底板的起伏状况等综合地质条件来确定。2.6工作面行人空间（X、K）工作面受支架保护的范围内，保证正常行人和工作人员正常工作的最小空间，称工作面的行人空间。两柱支架指的是在移支架之前，推刮板输送机之后，支架立柱到（前部）刮板输送机电缆槽之间的距离X，四柱支架既指在移支架之前，推刮板输送机之后，支架前立柱到（前部）刮板输送机电缆槽之间的距离X，也指支架前后柱之间的间距K。此参数在支架结构尺寸、支架强度要求和配套要求允许的情况下尽量取大值。工作面行人空间宽度一般都大于600mm。2.7伸缩梁行程或前梁长度（S）对于煤层较软，煤层顶板破碎的煤层一般优先选用伸缩梁型支架，他有利于及时支护煤层顶板，防止工作面发生冒顶事故；而对于煤层较硬，煤层顶板完整性较好的煤层一般优先选用前梁支架，他有利于工作面顶板割不平时，可以适当调整前梁仰俯角以适应顶板变化。伸缩梁行程或前梁长度（S）主要取决于采煤机滚筒的截深。2.8后放煤高度（h）放顶煤工作面后部刮板输送机中部槽槽板上面到支架后尾梁下沿的高度称为后放煤高度。其主要是保证放出的大煤块顺利通过和后部输送机检修时的人员工作空间。2.9中心偏差值（Z）这里指的是采煤机中心线与工作面前部刮板输送机中心线之间的偏差值。从保证采煤机的稳定性角度来说两者应该重合，但在现实情况下很难实现，但应使此值越小越好。2.10无立柱空间宽度（R）从安全角度出发,工作面无立柱空间愈小愈好。为防止移架后支架前柱与电缆相碰和采煤机司机的人身安全,在移支架之后，推刮板输送机之前，前柱与电缆槽之间必须留有L=150～240mm的间隙。推移千斤顶行程应比采煤机截深大100～200mm。无立柱空间宽度的计算公式为：R=B+J+E+L+d/2¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨(1)式中R———无立柱空间宽度,mm;B———截深,mm;J———铲板间距,规定为80～250mm;E———输送机宽度,mm;L———在移支架后，推刮板输送机前的支架前柱与电缆槽间距,mm;d———前柱外径,mm。其中输送机宽度W的计算公式为：E=F+M+N+V¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨¨(2)式中F———铲煤板宽度,150～240mm;M———中部槽宽度,mm;N———导向槽宽度,mm;V———电缆槽宽度,mm。3.“三机”不配套的解决实例通过以上分析，逐步找出了中煤第一建设有限公司南阳坡分公司生产运营的中煤金海洋南阳坡煤业公司的30205工作面“三机”不配套的原因：采煤机的滚筒厚度设计值为650mm，而通过现场实际测量，采煤机滚筒厚度为700mm；支架推移千斤顶行程设计值为760mm，而通过现场实际测量支架推移千斤顶行程为750mm。采煤机的截深一旦超过650mm，就会出现采煤机滚筒割到液压支架的顶梁，致使煤机摇臂离合轴损坏的事故。为了解决此问题，我们重新定做了液压支架推移千斤顶与刮板输送机链接的推拉头，使推拉头长度加长了80mm，起到了良好的效果。4.需要说明的问题1、在煤矿生产的实际工作中，如何做到“三机”配套选型的先进合理是一项复杂的系统工程,他涉及几何学、地质学、岩石力学、采矿学、机电等多门学科,同时又是提高矿井综采工作面生产效率和经济效益的前提。2、目前的“三机”配套选型设计还是以“经验类比”为主,虽然基本上能够满足生产需要,但在某些环节上还存在着严重的不合理现象。这说明：综采工作面“三机”配套不能停留在简单的“经验类比”上,而应开发研制综采设备选型的专家系统,避免在选型设计中因受决策者个人偏见或感情色彩的影响而出现工作面“三机”不配套的情况。3、工作面“三机”的配套关系不是唯一的。也就是说,采煤机、液压支架、刮板输送机的选型完全可以用性能、能力以及几何尺寸相似的同类产品所代替。4、高产高效综采工作面的“三机”选型应从实际出发,因地制宜,根据本矿井煤层的开采条件,选用合理的配套设备。新建矿和老矿井的改造还应区别对待,对现有设备的充分利用也是不可忽视的问题。5、综采的发展应该以提高综采工作面单产,减少辅助作业环节为原则，目的是提高集中生产化的程度。参考文献［1］徐永圻．煤矿开采学．中国矿业大学出版社，1999年．［2］胡献民．综采工作面中部设备“三机”配套设计探讨．煤炭工程，2006年08期．作者简介：郭文学男1975年12月生人2001年7月毕业于河北理工学院资源工程系采矿工程专业河北联合大学2012级工程硕士（在读）现担任中煤第一建设有限公司南阳坡分公司总工程师，工程师职称