大阳煤矿综采工作面 设备适应性改造探析

文/李晋平

大阳煤矿地处全国最大的煤田——沁水煤田腹地，矿区主要煤系地层为上石炭统太原群及下二迭统山西组。大阳煤矿为兰花公司下属主力矿井，2002年开始进行机械化改造，采煤工艺为综合机械化放顶煤开采，原采区北一采区地质条件简单，陷落柱、断层发育较少，煤层倾角小于10°，煤层赋存稳定。

根据初步设计，综采设备选择的是适应能力较小的配套设备，随着开采的逐步延伸，尤其是穿过一条落差30m的断层，到达现在的三四采区后，矿井地质条件发生了巨大的变化，褶曲、无炭柱、断层及其发育，冲刷带在局部地区也存在，煤层厚度变薄且不稳定，煤层坡度起伏大，节理裂隙发育，掘进回采过程中极易片帮冒顶，原来回采设备稳定性、适应性以及完成安全生产任务等方面不能满足开采的需要，急需进行开采工艺升级改造。

大阳煤矿地处全国最大的煤田——沁水煤田腹地，矿区主要煤系地层为上石炭统太原群及下二迭统山西组。大阳煤矿为兰花公司下属主力矿井，2002年开始进行机械化改造，采煤工艺为综合机械化放顶煤开采，原采区北一采区地质条件简单，陷落柱、断层发育较少，煤层倾角小于10°，煤层赋存稳定。

根据初步设计，综采设备选择的是适应能力较小的配套设备，随着开采的逐步延伸，尤其是穿过一条落差30m的断层，到达现在的三四采区后，矿井地质条件发生了巨大的变化，褶曲、无炭柱、断层及其发育，冲刷带在局部地区也存在，煤层厚度变薄且不稳定，煤层坡度起伏大，节理裂隙发育，掘进回采过程中极易片帮冒顶，原来回采设备稳定性、适应性以及完成安全生产任务等方面不能满足开采的需要，急需进行开采工艺升级改造。

一、井下综采设备开采中存在的问题

目前大阳煤矿设计年产量为150万吨，一井两面，采区3#煤层倾角1～17°，局部为双倾斜，埋深195～550m，煤层厚度 3.77～5.86m，平均厚度5.29m，煤层硬度系数2.5～3。现开采的3403工作面所采3# 煤层倾角 1～11.5°， 埋深 415～435m，煤层厚度5.6m，工作面直接顶为灰黑色粉砂岩，厚度3.35～4.68m；工作面长度 165m，运输顺槽 4×2.8m，回风顺槽 4×2.8m。工作面初次来压步距27m，周期来压步距13m。

工作面液压支架型号为ZF3400/17/28，实际使用过程中的问题主要是接顶面积不易控制漏矸严重，无前探梁架前空顶距不易控制，护帮效果不好，胶管损坏严重，片阀漏液严重，端头支架损坏严重，端头支护困难；采煤机型号为MG160/375-WD，整体使用效果良好，主要问题是割不通三角煤，过煤高度小，油封轻微漏液，调高泵损坏，电气部分轻微损坏；刮板机型号为SGZ630/220，存在的问题为：机头与转载机搭接处吐煤效果差，过煤宽度小，链轮组件轻微漏液，链条磨损，前后刮板输送机带煤多。

二、过渡段液压支架尾梁压电机改进措施

工作面过渡段支架尾梁压机头的问题。正常距离为660mm，实际只有不到300mm。

1.增加尾梁千斤顶的缸径

由目前的160mm增加到180mm，其工作阻力由790KN增加为1000KN。

2.改变尾梁结构

由目前的两节改为三节，如图，可以从三方面改善尾梁压机头的问题：

（1）外力合力力臂减小，可减小外力合力力矩；

（2）尾梁缩短，所受整体外力降低，同时尾梁缩短，即使后端受力，也不会压到电机；

（3）尾梁变薄，增加尾梁活动空间。

3.支架顶梁存在的问题及改进措施

大阳煤矿ZF3400/17/28支架采用整体顶梁+护帮板结构，出现过顶梁前端不接顶的现象。顶梁是支架的重要的结构件，选择合理的顶梁结构对支架使用效果有重要的作用。目前顶梁结构形式主要有整体刚性顶梁、铰接分体顶梁两种。

铰接分体顶梁前端可以上下摆动，与顶板接触效果较好，对不平顶板适应性强；支架整体运输尺寸小，铰接前梁增加可伸缩前探梁可解决架前空顶问题和提升护帮效果。但铰接分体顶梁支架前端支撑力小。同时铰接分体顶梁由于前端架间铰接前梁无活动侧护板，对顶板密封性较差。

整体顶梁结构简单、可靠；支架前端支撑力大，对顶板载荷的平衡能力强，有利于维护顶板以及抑制煤壁片帮；同时整体顶梁全长设置活动侧护板，对顶板密封性较好。但对不平顶板适应性差，顶梁前部受压大时有拔后柱的情况。支架整体纵向运输尺寸较长。

支架顶梁的选择要根据支架顶板（煤）的破碎情况和顶板来压情况进行选择。一般在软及极软顶板（煤）条件下，为了防止铰接前梁前端冒空而采用整体顶梁的形式，可以采用全长侧护板对顶板（煤）进行尽可能多的掩护；较软顶板（煤）一般对应的矿山压力较小，从而整体顶梁拔后柱的情况可以有效避免。大阳煤矿煤层硬度属中硬度煤层，应选用铰接分体顶梁液压支架

三、结论

通过对现有设备分析，提出大阳煤矿现有设备基本能满足工作面年产90万吨，工作面长度不大于180m的改造要求，为满足安全生产能力不断提高、埋深增加和工作面加长降低掘进率的要求，其需替换的设备按迫切程度依次为ZF3400/17/28型液压支架、SGZ630/220刮板输送机、MG160/375-WD采煤机。在考虑设备的高可靠性和集团公司内部的统一规划下，推荐设备为ZF7200/17/33型铰接分体顶梁液压支架、MG200/600-WD型采煤机、SGZ764/500刮板输送机、SZZ800/320自移式转载机。