提高综采工作面块煤率的技术研究

孙文德+谭成理+周军+袁祥+金毅+陈宣佑

摘 要：杉木树煤矿通过引进MB2000×630型螺旋滚筒对MG300/700型采煤机其中一个滚筒进行更换，以及调整破碎机锤头、改进降低割煤机滚筒转速、改变滚筒旋转方向和降低液压支架支护强度生产工艺，改造优化煤炭各运输环节，加强地面块煤分选组织管理等一系列措施，使综采工作面块煤率得到大幅提高。

关键词：综采工作面 螺旋滚筒 块煤率 大幅提高

中图分类号：TD235.37 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）09（b）-0032-02

近年来，我国电煤需求量受国家能源转型和经济影响在逐年减少，煤炭企业面临前所未有的生存压力，煤炭企业加快资源整合和产品结构调整迫在眉睫。川煤芙蓉杉木树煤矿随着薄煤层（保护层）的开采，煤炭含矸量较大，直接降低了全矿商品煤的整体发热量；同时，受全球经济形势及我国经济增长减缓影响，全国煤炭总体增量减缓，煤炭价格及销量逐渐下降。而块煤价格长期保持在粉煤价格的2.5倍左右，为了增加煤炭销售收入，提高企业经济效益，提高综采工作面块煤率是杉木树煤矿创效增收最直接、有效的途径。同时，提高综采工作面块煤率还能大大降低综采工作面粉尘量，改善作业环境。

1 综采工作面提高块煤率设备选型

影响综采工作面块煤率因素包括采煤机滚筒的转速、截齿参数、截齿排列顺序，以及采煤机的截割深度、牵引速度等，所以从源头提高块煤率对采煤机滚筒的选型显得十分重要。

1.1 采煤机滚筒转速、牵引速度的选择

以往我国大部分煤矿所使用的大都是国产小功率采煤机，国产采煤机的滚筒转速都是固定的。使用过程一旦工作机构发生过载，牵引速度下降，从而减小了截齿的截深和破煤块度。据相关资料显示，采煤机牵引速度与滚筒转速之比在0.0762～0.1524时，可以获得比较理想的破煤块度。因此，可以相应地改变滚筒转速，来实现滚筒转速与采煤机牵引速度的方法来达到这一合适比例。

1.2 滚筒截割深度控制

截割深度的大小反映了截割性能的好坏，适当尝试增加截割深度可以提高块煤率，降低煤尘。但过大的截割深度会使截齿急剧磨损，单齿截割力增加，若不增加则会发生齿座啃煤的现象，从而使截齿的受力条件变坏，从而降低了截齿的使用寿命。

1.3 截齿排列方式选择

截齿交叉排列的特点是后螺旋叶片上的截齿偏高于前螺旋叶片上截齿截线，沿2个截齿的空档进行截割，它具有提高块煤率，降低粉尘浓度的作用。目前国内使用的采煤机，其螺旋滚筒的特点是除端盘外破煤的截齿全部安装在螺旋叶片上，截齿排列方式（以右旋滚筒为例）有棋盘式和顺序式。而棋盘式的排列方式可大大增加破煤块度。

1.4 截齿的安装尺寸、数量选择

尽量减少截齿的数量，以提高块煤率，使之适应煤层地质条件。若数量太少，相邻两截齿间会有较大的残留煤柱，它将会与无截割能力的齿座和叶片相碰，使齿座螺旋叶片过早磨损，降低滚筒的使用寿命，同时截割比能耗会剧增。

2 杉木树煤矿块煤率低主要原因

2.1 工作面产出块煤低

（1）由于割煤机牵引速度及滚筒设计结构等诸多问题，造成工作面切割煤体后形成的块煤少。

（2）由于限制较大块煤进入煤仓造成堵塞，机巷安装破碎机对大块煤进行破碎，直接造成多数块煤被破碎。

2.2 运输环节损失

（1）杉木树煤矿在井下设有主井煤仓和采区煤仓，采区煤仓高度在20 m左右，主井煤仓高度在40 m左右，煤炭运输过程都需经过这些煤仓进行中转。煤仓越深对块煤损失就越大，块煤跌落煤仓中造成的块率损失在5%～8%。

（2）在各生产运输和运输转载点，块煤从高速运输的皮带上直落下一级设备上，造成冲击破碎，造成每一个转载点的块煤损失在0.5%～1%上下。

（3）地面均采用人工对块煤进行筛选，筛选耗时多，且量小效果差。

3 杉木树煤矿提高综采工作面块煤率的方法及效果分析

3.1 工作面概况

应用地点N2442工作面位于N24采区西翼，工作面走向长275 m、倾斜长86 m，倾角2～5°，平均3°，可采储量12.87万 t。煤层厚度情况：风巷在煤层薄化区附近，从东至西B3+4煤层厚度在0.35～4.2 m，机巷煤层厚度从西至东3.5～4.8 m，B3+4煤层总体厚度在0.35～4.8 m之间，平均厚度3.4 m。

3.2 原有采煤方法及工艺

工作面采用走向长壁式采煤方法，采高为2.5～3.8 m。采用综合机械化开采工艺，即工作面采用MG300/700-QWD型割煤机螺旋滚筒截割落煤，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，截深为0.6 m。

3.3 提高快煤率采取的措施

3.3.1 原煤生产环节采取的技术措施

在N2442工作面投产后，杉木树煤矿采取了技术和管理相结合的措施，一方面提高工作面的毛块煤率；另一方面降低各生产环节中块煤的破碎损失，从而提高精块煤产率。

（1）抓源头，通过引进MB2000×630型螺旋滚筒，从破煤环节提高块煤率。

①MB2000×630型螺旋滚筒与MG300/700型采煤机滚筒参数比较。

滚筒截齿数量的多少主要由地质条件、截齿质量以及安装方式决定。杉木树煤矿长期以来使用的MG300/700型采煤机滚筒直径为2000mm，截齿36个，其中端盘l8个，叶片l8个，每片6个。为提高块煤率，MB2000×630型螺旋滚筒截齿数量减少到30个，其中端盘l8个截齿保持不变，叶片由每片6个减少到4个，每条截线安装3个截齿，截线距由90 mm增加到140 mm。由于截齿数量减少将加大截割阻力，为提高滚筒和齿座强度，采用MB2000×630型滚筒和U92HDLRHE、U94HDLRHE两种规格的高强度镐型截齿。该滚筒在完全割煤时用U92截齿，当遇有小断层或构造时换用U94截齿。

②调高破碎机锤头，减少破碎机破碎损失。

大块煤经破碎后，块煤率损失的多少主要与块煤的纹理结构、抗碎强度、破碎方法、破碎机性能和块煤进出破碎机的粒度要求有关。在实际生产过程中，为防止大块煤压坏皮带和造成煤仓堵塞，大块煤必须破碎。因此，杉木树煤矿采煤工作面在原破碎机锤头高度的基础上适当调高破碎机锤头100 mm，使破碎机锤头距底面的距离为400 mm左右，使工作面的大块煤被破碎的机率大大减少。

（2）改进工作面生产工艺。

①滚筒转速减小。

滚筒转速对滚筒的截割和装载过程影响较大。滚筒转速低可以增加切削厚度，提高块煤率，但转速过低，会降低装煤效果，增加切割功率，易出现滚筒堵塞现象；滚筒转速过高则切削太薄，将生成较多的粉煤，同时引起循环煤的增多，但转速高可以提高滚筒的装载能力。同时滚筒转速与滚筒的直径、牵引速度等有着密切的关系。滚简直径大，要求的转速低；滚筒直径小，要求的转速高。杉木树煤矿MG 300/700型采煤机滚筒直径为2000 mm，滚筒转速为37.1 r/min，而选用的MB2000×630型采煤机滚筒，其转速改为35.4 r/min。

②改变滚筒旋转方向。

为了增强采煤机的工作稳定性，避免2个滚筒受到的截割阻力方向相同，双滚筒采煤机的2个滚筒转向都采用转向相反的布置方式，这种布置方式有“前顺后逆”（图1中的实线表示）和“前逆后顺”（图1中的虚线表示）。本工作面采用“前顺后逆”割煤方式，前滚筒截煤量大于后滚筒，后滚筒装煤量大于前滚筒，这时，装煤效果好，煤块不易破碎，且前滚筒不向司机甩煤，飞扬的灰尘也较少。

③MB2000×630型螺旋滚筒与MG300/700型采煤机滚筒配合使用。

为使采煤机适应不同的地质条件，克服滚筒截齿减少、转速减小出现机组冒死、齿座啃煤等问题。研究过程中将MG300/700-QWD型割煤机其中一个滚筒更换成了MB2000×630型螺旋滚筒进行回采。经应用机组切割、牵引困难、齿座啃煤等问题得到显著改善，同时工作面块煤率也有了显明提高。

3.3.2 运输环节采取的措施

（1）重视煤炭运输环节。

煤炭从井下到井上到装车有很多运输环节，特别是采用胶带化运输的矿井，装载点更多，每经过一个转载点，就损失一部分块煤。因此，对运输环节进行了优化改造。一是尽量采用大胶带长距离运输，+250 m补作皮带运输巷及主井运煤上山均采用胶带运输机，每条胶带长度均大于1000 m，减少了胶带数量；二是调整了搭接胶带机头和机尾高度，降低了重力加速度对块煤的破碎；三是在上一级皮带机头设置缓冲溜槽，在下一级皮带机尾加设挡煤胶带作为缓冲装置，使往下一胶带抛煤时冲击力较小，减少块煤破碎损失。

（2）优化转载环节，对煤仓进行技术改造。

杉木树煤矿综采工作面煤炭运输距离较远，达6 km以上，运输须经过采区煤仓、大巷转载煤仓和主井煤仓，运输距离远、转载次数多，块煤损失严重。为了使块煤在入仓过程中损失最小，在煤仓上口设置缓冲减震设施，使煤炭缓慢进入煤仓，此外，在系统运行正常时，使煤仓保持有一定的存煤量，以减少煤炭入仓时的下落高度，减少破坏。

3.3.3 组织管理措施

抓好煤炭筛分工作，块煤提升到地面，最后进行筛分。地面专门加工了一套块煤筛选装置，并根据市场的需求设计了不同的筛孔，同时地面配备选块煤人员。

3.4 应用效果

在采用新型提高块煤率采煤机螺旋滚筒，以及采用技术及管理等手段，杉木树煤矿2013年原煤产量956400 t，块煤产量12217.93 t，块煤率1.28%；2012年原煤产量1159777 t，块煤产量2506.96 t，块煤率0.22%；2013年较2012年块煤率提高了1.06%。

4 结论

（1）实践证明，通过减少滚筒截齿数量、调高破碎机锤头，可从根源上提高综采工作面块煤率。

（2）从对工作面生产工艺改进入手，通过降低割煤机滚筒转速、改变滚筒旋转方向，使块煤被破坏的机率大大降低。

（3）通过对煤炭各运输环节、煤仓进行优化改造，以及采取一系列的管理措施，可减少块煤在生产及运输过程中的损失，加强地面对块煤的分选工作，对矿井提高块煤率起到了推波助澜的作用。

（4）提高综采工作面块煤率，不仅增加了企业原煤销售收入，还可以使工作面割煤期间产尘量大幅下降，起到改善作业环境的作用。

参考文献

[1] 徐建文，曹伟康，田素川，等.采煤机滚筒参数对块煤率的影响[J].矿山设备，2010（4）：62-64.

[2] 白秀英，李春英.螺旋滚筒采煤机提高块煤率探讨[J].煤矿机械，2008（4）：160-161.

[3] 马正兰，杜长龙，刘送永.高块煤率采煤机变速截割的理论研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜长龙，李建平.采煤机滚筒与块煤率的关系分析[J].煤矿机械，2008（29）：76-77.

②调高破碎机锤头，减少破碎机破碎损失。

大块煤经破碎后，块煤率损失的多少主要与块煤的纹理结构、抗碎强度、破碎方法、破碎机性能和块煤进出破碎机的粒度要求有关。在实际生产过程中，为防止大块煤压坏皮带和造成煤仓堵塞，大块煤必须破碎。因此，杉木树煤矿采煤工作面在原破碎机锤头高度的基础上适当调高破碎机锤头100 mm，使破碎机锤头距底面的距离为400 mm左右，使工作面的大块煤被破碎的机率大大减少。

（2）改进工作面生产工艺。

①滚筒转速减小。

滚筒转速对滚筒的截割和装载过程影响较大。滚筒转速低可以增加切削厚度，提高块煤率，但转速过低，会降低装煤效果，增加切割功率，易出现滚筒堵塞现象；滚筒转速过高则切削太薄，将生成较多的粉煤，同时引起循环煤的增多，但转速高可以提高滚筒的装载能力。同时滚筒转速与滚筒的直径、牵引速度等有着密切的关系。滚简直径大，要求的转速低；滚筒直径小，要求的转速高。杉木树煤矿MG 300/700型采煤机滚筒直径为2000 mm，滚筒转速为37.1 r/min，而选用的MB2000×630型采煤机滚筒，其转速改为35.4 r/min。

②改变滚筒旋转方向。

为了增强采煤机的工作稳定性，避免2个滚筒受到的截割阻力方向相同，双滚筒采煤机的2个滚筒转向都采用转向相反的布置方式，这种布置方式有“前顺后逆”（图1中的实线表示）和“前逆后顺”（图1中的虚线表示）。本工作面采用“前顺后逆”割煤方式，前滚筒截煤量大于后滚筒，后滚筒装煤量大于前滚筒，这时，装煤效果好，煤块不易破碎，且前滚筒不向司机甩煤，飞扬的灰尘也较少。

③MB2000×630型螺旋滚筒与MG300/700型采煤机滚筒配合使用。

为使采煤机适应不同的地质条件，克服滚筒截齿减少、转速减小出现机组冒死、齿座啃煤等问题。研究过程中将MG300/700-QWD型割煤机其中一个滚筒更换成了MB2000×630型螺旋滚筒进行回采。经应用机组切割、牵引困难、齿座啃煤等问题得到显著改善，同时工作面块煤率也有了显明提高。

3.3.2 运输环节采取的措施

（1）重视煤炭运输环节。

煤炭从井下到井上到装车有很多运输环节，特别是采用胶带化运输的矿井，装载点更多，每经过一个转载点，就损失一部分块煤。因此，对运输环节进行了优化改造。一是尽量采用大胶带长距离运输，+250 m补作皮带运输巷及主井运煤上山均采用胶带运输机，每条胶带长度均大于1000 m，减少了胶带数量；二是调整了搭接胶带机头和机尾高度，降低了重力加速度对块煤的破碎；三是在上一级皮带机头设置缓冲溜槽，在下一级皮带机尾加设挡煤胶带作为缓冲装置，使往下一胶带抛煤时冲击力较小，减少块煤破碎损失。

（2）优化转载环节，对煤仓进行技术改造。

杉木树煤矿综采工作面煤炭运输距离较远，达6 km以上，运输须经过采区煤仓、大巷转载煤仓和主井煤仓，运输距离远、转载次数多，块煤损失严重。为了使块煤在入仓过程中损失最小，在煤仓上口设置缓冲减震设施，使煤炭缓慢进入煤仓，此外，在系统运行正常时，使煤仓保持有一定的存煤量，以减少煤炭入仓时的下落高度，减少破坏。

3.3.3 组织管理措施

抓好煤炭筛分工作，块煤提升到地面，最后进行筛分。地面专门加工了一套块煤筛选装置，并根据市场的需求设计了不同的筛孔，同时地面配备选块煤人员。

3.4 应用效果

在采用新型提高块煤率采煤机螺旋滚筒，以及采用技术及管理等手段，杉木树煤矿2013年原煤产量956400 t，块煤产量12217.93 t，块煤率1.28%；2012年原煤产量1159777 t，块煤产量2506.96 t，块煤率0.22%；2013年较2012年块煤率提高了1.06%。

4 结论

（1）实践证明，通过减少滚筒截齿数量、调高破碎机锤头，可从根源上提高综采工作面块煤率。

（2）从对工作面生产工艺改进入手，通过降低割煤机滚筒转速、改变滚筒旋转方向，使块煤被破坏的机率大大降低。

（3）通过对煤炭各运输环节、煤仓进行优化改造，以及采取一系列的管理措施，可减少块煤在生产及运输过程中的损失，加强地面对块煤的分选工作，对矿井提高块煤率起到了推波助澜的作用。

（4）提高综采工作面块煤率，不仅增加了企业原煤销售收入，还可以使工作面割煤期间产尘量大幅下降，起到改善作业环境的作用。

参考文献

[1] 徐建文，曹伟康，田素川，等.采煤机滚筒参数对块煤率的影响[J].矿山设备，2010（4）：62-64.

[2] 白秀英，李春英.螺旋滚筒采煤机提高块煤率探讨[J].煤矿机械，2008（4）：160-161.

[3] 马正兰，杜长龙，刘送永.高块煤率采煤机变速截割的理论研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜长龙，李建平.采煤机滚筒与块煤率的关系分析[J].煤矿机械，2008（29）：76-77.

②调高破碎机锤头，减少破碎机破碎损失。

大块煤经破碎后，块煤率损失的多少主要与块煤的纹理结构、抗碎强度、破碎方法、破碎机性能和块煤进出破碎机的粒度要求有关。在实际生产过程中，为防止大块煤压坏皮带和造成煤仓堵塞，大块煤必须破碎。因此，杉木树煤矿采煤工作面在原破碎机锤头高度的基础上适当调高破碎机锤头100 mm，使破碎机锤头距底面的距离为400 mm左右，使工作面的大块煤被破碎的机率大大减少。

（2）改进工作面生产工艺。

①滚筒转速减小。

滚筒转速对滚筒的截割和装载过程影响较大。滚筒转速低可以增加切削厚度，提高块煤率，但转速过低，会降低装煤效果，增加切割功率，易出现滚筒堵塞现象；滚筒转速过高则切削太薄，将生成较多的粉煤，同时引起循环煤的增多，但转速高可以提高滚筒的装载能力。同时滚筒转速与滚筒的直径、牵引速度等有着密切的关系。滚简直径大，要求的转速低；滚筒直径小，要求的转速高。杉木树煤矿MG 300/700型采煤机滚筒直径为2000 mm，滚筒转速为37.1 r/min，而选用的MB2000×630型采煤机滚筒，其转速改为35.4 r/min。

②改变滚筒旋转方向。

为了增强采煤机的工作稳定性，避免2个滚筒受到的截割阻力方向相同，双滚筒采煤机的2个滚筒转向都采用转向相反的布置方式，这种布置方式有“前顺后逆”（图1中的实线表示）和“前逆后顺”（图1中的虚线表示）。本工作面采用“前顺后逆”割煤方式，前滚筒截煤量大于后滚筒，后滚筒装煤量大于前滚筒，这时，装煤效果好，煤块不易破碎，且前滚筒不向司机甩煤，飞扬的灰尘也较少。

③MB2000×630型螺旋滚筒与MG300/700型采煤机滚筒配合使用。

为使采煤机适应不同的地质条件，克服滚筒截齿减少、转速减小出现机组冒死、齿座啃煤等问题。研究过程中将MG300/700-QWD型割煤机其中一个滚筒更换成了MB2000×630型螺旋滚筒进行回采。经应用机组切割、牵引困难、齿座啃煤等问题得到显著改善，同时工作面块煤率也有了显明提高。

3.3.2 运输环节采取的措施

（1）重视煤炭运输环节。

煤炭从井下到井上到装车有很多运输环节，特别是采用胶带化运输的矿井，装载点更多，每经过一个转载点，就损失一部分块煤。因此，对运输环节进行了优化改造。一是尽量采用大胶带长距离运输，+250 m补作皮带运输巷及主井运煤上山均采用胶带运输机，每条胶带长度均大于1000 m，减少了胶带数量；二是调整了搭接胶带机头和机尾高度，降低了重力加速度对块煤的破碎；三是在上一级皮带机头设置缓冲溜槽，在下一级皮带机尾加设挡煤胶带作为缓冲装置，使往下一胶带抛煤时冲击力较小，减少块煤破碎损失。

（2）优化转载环节，对煤仓进行技术改造。

杉木树煤矿综采工作面煤炭运输距离较远，达6 km以上，运输须经过采区煤仓、大巷转载煤仓和主井煤仓，运输距离远、转载次数多，块煤损失严重。为了使块煤在入仓过程中损失最小，在煤仓上口设置缓冲减震设施，使煤炭缓慢进入煤仓，此外，在系统运行正常时，使煤仓保持有一定的存煤量，以减少煤炭入仓时的下落高度，减少破坏。

3.3.3 组织管理措施

抓好煤炭筛分工作，块煤提升到地面，最后进行筛分。地面专门加工了一套块煤筛选装置，并根据市场的需求设计了不同的筛孔，同时地面配备选块煤人员。

3.4 应用效果

在采用新型提高块煤率采煤机螺旋滚筒，以及采用技术及管理等手段，杉木树煤矿2013年原煤产量956400 t，块煤产量12217.93 t，块煤率1.28%；2012年原煤产量1159777 t，块煤产量2506.96 t，块煤率0.22%；2013年较2012年块煤率提高了1.06%。

4 结论

（1）实践证明，通过减少滚筒截齿数量、调高破碎机锤头，可从根源上提高综采工作面块煤率。

（2）从对工作面生产工艺改进入手，通过降低割煤机滚筒转速、改变滚筒旋转方向，使块煤被破坏的机率大大降低。

（3）通过对煤炭各运输环节、煤仓进行优化改造，以及采取一系列的管理措施，可减少块煤在生产及运输过程中的损失，加强地面对块煤的分选工作，对矿井提高块煤率起到了推波助澜的作用。

（4）提高综采工作面块煤率，不仅增加了企业原煤销售收入，还可以使工作面割煤期间产尘量大幅下降，起到改善作业环境的作用。

参考文献

[1] 徐建文，曹伟康，田素川，等.采煤机滚筒参数对块煤率的影响[J].矿山设备，2010（4）：62-64.

[2] 白秀英，李春英.螺旋滚筒采煤机提高块煤率探讨[J].煤矿机械，2008（4）：160-161.

[3] 马正兰，杜长龙，刘送永.高块煤率采煤机变速截割的理论研究[J].煤炭工程，2009（12）：91-92.

[4] 程雪，杜长龙，李建平.采煤机滚筒与块煤率的关系分析[J].煤矿机械，2008（29）：76-77.