国投新集一矿百万吨级薄煤层综采设备配套技术

(国投新集能源股份有限公司，安徽 淮南 232001)

国投新集一矿百万吨级薄煤层综采设备配套技术

吕益

(国投新集能源股份有限公司，安徽淮南232001)

介绍了国投新集一矿百万吨级薄煤层工作面综采设备配套的总体思路、具体方案、主要设备性能参数，进行了设备产能分析和“三机”设备配套尺寸分析，总结了其设备配套的技术特点，与国内同类矿井比较的技术优势以及现场生产效果。

百万吨；薄煤层综采；设备配套

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

目前全国已查明薄煤层总储量约占全部煤层储量的20%左右，开采薄煤层既是充分开发利用宝贵的煤矿资源的需要，也是进行解放层开采治理瓦斯的需要，更是煤炭行业实现可持续发展的需要。长期以来，我国在薄煤层开采的综机配套方面存在一种误区，试图用小尺寸、低功率、轻重量的支架、采煤机等设备，降低采高，以求加快推进。但实际生产中，遇断层或夹矸等地质构造时，往往既没有破岩能力，又因作业空间受限，无法进行人工打眼放炮作业，工作面单产只能达到(3～5)×104t。研究月产10×104t、年产百万吨以上的薄煤层开采设备，提高薄煤层开采的作业舒适性、安全性和效率，势在必行。

1 薄煤层开采设备总体概况

当前国内外的薄煤层开采成套设备总体上有2个发展方向：一是以德国为代表的刨煤机组方案，主要设备制造公司为DBT公司；二是以美国为代表的滚筒式薄煤层采煤机方案，主要设备公司为久益(JOY)公司。这两种方案均在不同国家取得成功。两种方案对比最大的区别：刨煤机组对工作面煤层条件要求高，适应煤层起伏变化、过地质断层能力较差；薄煤层采煤机机组适应工作面煤层变化能力强，通过加大采煤机装机功率、减少外形尺寸设计的办法，提高采煤机组割岩和过断层能力。

统计资料显示，2008年美国共有25个采高在1～1.9m的薄煤层或较薄煤层作业，均采用薄煤层采煤机回采，总产量占全美的45%，单面产能均在1.0Mt/a以上，最大的Enlow Fork煤矿装备了DBT公司工作阻力为7400kN掩护式支架,JOY公司4LS2采煤机，Trinity公司装机功率3×800kW、槽宽1100mmTIB刮板输送机，产量达10.2Mt/a。

2 国投新集一矿薄煤层地质条件与开采要求

国投新集一矿近10a薄煤层可采储量约10.0Mt，根据《煤矿安全规程》保护层开采的相关规定和新集一矿产量接替的需要，必须进行薄煤层开采。

新集一矿薄煤层或较薄煤层主要有：

9煤 煤层一般含有1层较稳定的夹矸，极少数含2层夹矸，结构比较复杂，纯煤层厚度0.58～1.99m，平均1.59m；全层厚度0.58～2.69m，平均1.97m。

7-2煤 局部发育有夹矸，厚度为1.15～1.77m，平均为1.56m 。

新集一矿回采接替安排先开采9煤，首采面为二水平一采区210901工作面。该工作面轨道巷可采走向长为680m,工作面倾斜长110～180m，煤层厚度0.8～2.7m，平均1.97m，局部倾角达到14°。风巷尺寸为2.9m(高)×4.4m(宽)，机巷尺寸为2.9m(高)×4.8m(宽)，均为U形巷道。由于工作面回采范围内有大小断层5条，且局部煤层变薄带煤厚仅有800mm，不宜用刨煤机组，只能采用大功率薄煤层采煤机开采。

工作面生产作业方式 “二九一六制”，生产时间为18h，检修时间为6h，工作面产量达到1.2Mt/a煤。

3 国投新集一矿薄煤层设备配套总体思路

根据新集一矿9煤、7煤的煤层赋存条件和现有综采工作面情况，参考现在国内薄煤层设备配套情况，一矿210901面设备配套研究的主要内容是适应一矿9煤、7煤安全高效开采需要，实现工作面月单产(10～12)×104t、年产1.0～1.2Mt水平。

为此确定工作面设备配套的总体思路是：按无人工作面进行选型配套，提高设备破顶底板的割岩能力和过断层能力，适当加大工作面采高，满足最基本的人员操作要求和工作面1.2Mt/a产能要求。

配套原则要求如下:

(1)从开采的效率、安全性和经济性考虑，新集一矿薄煤层开采设备选用滚筒式采煤机，设备配套选型要以满足生产要求为原则，具有高可靠性。

(2)工作面自动化方案与设备选型要充分考虑提高开采安全、改善人员作业环境舒适度和投入的经济性；保证工作面实现自动化功能，满足无人跟机操作要求，实现远程控制。

(3)保证三机实现紧凑配套，采用合理的截深，输送机采用交叉侧卸式。

(4)提高采煤机割煤速度，提高工作面液压支架移架速度，以满足工作面快速推进(日推进15m)要求。

(5)采煤机采用大截割功率、小机身结构设计，滚筒直径与煤层厚度相适应，降低采煤机的机身高度，尽可能地实现较薄煤层的开采。

(6)为了提高工作面自动化程度，刮板输送机与转载机采用交叉侧卸方式。考虑到工作面条件差、运岩量大，为提高可靠性，刮板输送机主要部件(如减速机、链轮、链条、链环等)选用进口产品或技术。

(7)液压支架支护强度的确定要充分考虑采区的地质条件，综合考虑煤层埋深、煤柱等因素的影响。要求工作阻力在6000kN以上，中心距为1.5m，支护高度最低1.3～1.5m，最高不超过2.4～2.6m。

(8)所选设备尽可能与公司在用综采设备实现系列化，提高互换性。

(9)工作面采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机要求选用3300V电压等级。

4 国投新集一矿薄煤层设备配套方案与参数分析

经对邻近的淮南矿业集团潘一矿、淮北矿业集团朱庄矿、山东兖矿集团济宁三矿及山西、神东等局、矿调研情况，对国投新集一矿210901工作面设备具体配套见表1。

表1 210901工作面设备配套

4.1 工作面主要设备参数

(1)液压支架 掩护式ZY6800/13/28D；高度1300～2800mm；中心距1500mm；宽度1430/1600mm；初撑力5066kN；工作阻力6800kN；平均支护强度0.8～0.9MPa；底座平均比压2.27～2.58MPa；推移步距800mm；操纵方式为电液控制；适用倾角≤30°。

(2)支架电液控(SAC) 采用14功能14出口电液控换向阀，电液控制功能包括：立柱升、降；拉架、推溜；平衡千斤顶伸、收；顶梁侧护板千斤顶伸、收；掩梁侧护板千斤顶伸、收；抬底座；辅助采煤机喷雾；伸缩梁千斤顶伸、收。

(3)采煤机 采高范围1.45～2.55m；机面高度920mm；过煤高度320mm；挖底量为中部400mm(滚筒直径1400mm)；供电电压3300V；总装机功率925kW；滚筒直径1400mm(可安装φ1250mm、φ1600mm滚筒)；滚筒截深800mm；牵引形式为交流变频调速、销轨式牵引(节距126mm)；牵引力500～300kN；牵引速度0～11.3～18.7m/min。

(4)刮板输送机 供货长度220m；运输能力1600t/h；中部槽规格1503mm×900mm×308mm；刮板链规格φ34×126mm(帕森斯) ；总装机功率2×525kW；供电电压3300V；卸载方式交叉侧卸；减速器型号 43JS-525(中煤张煤机)行星减速器。

(5)转载机 运输能力1800t/h；出厂长度50m(含破碎机长度)；供电电压3300V；总装机功率400kW；链条型式φ34×126mm中双链(帕森斯)；驱动装置为电动机—限矩器—减速器。

(6)破碎机 破碎能力2000t/h；最大输入块度800mm×800mm×长度不限；最大排出粒度300(250，200，150)mm；功率200kW；电压3300V。

4.2 工作面主要设备的产能配套分析

综采工作面要求从采煤机—刮板输送机—转载破碎机—胶带机的煤流线呈喇叭口型逐级放大，放大系数为1.2倍，其冗余系数见表2。

表2 各设备的冗余系数

4.3 工作面“三机”设备配套的尺寸分析

工作面液压支架、采煤机、刮板输送机等“三机”配套尺寸关系见表3。

表3 “三机”配套尺寸

4.4 新集一矿210901面设备配套的技术特点

综上所述，新集一矿210901面薄煤层装备配套的主要技术特点如下：

(1)工作面自动化程度高，初步实现无人化生产。工作面配套了国内最先进的北京天玛公司SAC14功能电液控系统、天津华宁自动化集控系统和常州天地公司智能化组合开关，可实现工作面采煤机、液压支架、刮板机、转载机、胶带机、乳化泵站远程自动化操作，基本实现无人化操作。

(2)采用SGZ900系列刮板输送机，通过增加过煤宽度的办法，弥补薄煤层采煤机过煤空间小的缺点，提高煤流的顺畅度。

(3)液压支架电液控系统在薄煤层开采成功得以应用，实现液压支架自动操作，解决了由于工作面作业空间小，人员操作困难和安全威胁大的难题。

(4)液压支架主材料选用三一重工新型专利SG1000新型高强板材，实现国内最高工作阻力/重量比，6800kN支架全部重量仅有16.5t，提高了支架的性能。

(5)乳化泵站实现全自动控制，采用北京天玛公司国内最先进的乳化泵自动控制系统，实现远程自动启停、自动加液，保证工作面供液质量。

5 与国内同类矿井技术比较

与淮南、淮北及兖州局薄煤层综采设备相比，新集一矿210901工作面设备配套有以下优势：

(1)采煤机装机功率为国产煤机最大。采煤机装机功率达到925kW，为国内薄煤层最大功率采煤机，并采用四象限变频调速技术，PLC主控系统，自动化程度高。机面高度920mm，滚筒直径1400mm，提高破岩能力。

(2)液压支架采用目前国际主流的两柱掩护式支架，工作阻力在国内薄煤层支架中最大。支架采用1500mm中心距、两柱掩护式支架设计，工作阻力为6800kN。既减少支架布置数量，节省设备投入，又可减化支架液压系统，提高移架速度。

(3)刮板输送机总功率为国内薄煤层综采面最大。刮板输送机采用2×525kW三驱设计，槽宽900mm，为今后超过240m长面设计预留空间。

(4)工作面自动化程度最高。工作面选用天津华宁公司集控，液压支架配置北京天玛公司16功能SAC电液控、工作面基本具备无人化条件，处在国内领先水平。

(5)工作面采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机电机供电电压均为3300V，简化供电系统设计。

(6)工作面上巷配套超前支护支架，既可实现两巷超前段的安全支护，减少两巷支护工作量，又可随工作面的推进快速自移，满足工作面快速推进的要求。

国投新集一矿210901工作面2013年7月初正式生产以来，工作面设备运转平稳可靠，平均日推进4刀，完全达到配套预期的效果和要求。由于受煤质指标考核的限制，前期工作面限产，未能发挥最大产能。进入10月份后，工作面产能逐渐发挥，2013年12月产量均达0.12Mt，最高日产4388t，实现年产能1.2Mt的高产高效目标。

6 结束语

国投新集一矿百万吨级薄煤层高效综采设备的配套，在支架选型设计、电液控技术、自动化控制技术、大功率矮机身国产采煤机和“三驱”刮板输送机应用方面均取得新突破，为我国薄煤层开采提供了新样板，对促进煤炭行业可持续发展具有极为重要的意义。

[1]全国职业培训委员会.煤矿地质与测量[M].北京：煤炭工业出版社，2009.

[2]王国法.高效综合机械化采煤成套装备技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[3]孙继平，宋秋爽.刨煤机、螺旋钻采煤机、连续采煤机成套装备[M].徐州：中国矿业大学出版社，2008.

[4]人力资源和社会保障部.综合机械化采煤工艺[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2009.

[5]王启广.采掘设备使用维护与故障诊断[M].徐州：中国矿业大学出版社，2006.

[6]孙吉成，赵景忠.浅述煤矿现代综采工艺[J].甘肃科技[J].2005(4)：115-116.

[7]范洪光.煤矿综合机械化采煤工艺[J].科技资讯，2008(1)：48.

[8]梁洪光.薄煤层综采技术发展现状[J].煤矿开采，2009，14(1)：9-11，24.

[9]于月森，左 腾，周 娟，等.薄煤层综采工作面自动化技术综述[J].工矿自动化，2013(5)：27-30.

[10]胡美红.薄煤层综采“三机”设备配套技术研究[J].煤矿机械，2009，30(10)：172-173.

[责任编辑：邹正立]

2014-05-13

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

吕 益(1975-)，男，安徽淮南人，工程师，现任国投新集能源股份有限公司机电管理部副主任工程师，从事综机技术管理。

吕 益.国投新集一矿百万吨级薄煤层综采设备配套技术[J].煤矿开采，2014，19(6)：44-46，6.

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1006-6225(2014)06-0044-03