极薄煤层三机配套设备选型分析

刁云飞

（山西煤炭进出口集团左云草垛沟煤业有限公司， 山西 大同 037102）

引言

极薄煤层即厚度小于0.8 m以下的煤层，在煤矿开采工作中，由于极薄煤层平均厚度小，且存在一定斜角，部分顶为砂质泥岩，易垮落，底板通常为炭质泥岩，若遇水会发生膨胀，向下推移，给开采工作带来难度。因此，在极薄煤层开采工作中，应确保三机配套设备在实际开采中能够适应极薄煤层的开采环境，确保开采工作的安全进行。

1 极薄煤层开采现状

依据煤层厚度的划分，0.8～1.3 m厚度的为薄煤层，小于0.8 m以下的为极薄煤层。我国煤炭的储存量具有多样化的特点，部分地区极薄煤层储存量如表1所示，薄煤层与极薄煤层的可采储存量极高，约占煤炭总储量的20%，如何实现高效、安全的煤炭开采是当前煤炭行业的当务之急[1]。

表1 部分地区极薄煤层储量统计表

目前来看，极薄煤层的主要开采方式有三种：电牵引采煤机综采、螺旋钻采煤机开采与刨煤机开采。相比较来说，极薄煤层开采的技术及设备都比较落后，部分矿区对极薄煤层没有安全的开采技术只能放弃开采，对煤炭资源造成了极大浪费。

2 极薄煤层开采的选型与配套设备的基本原则

2.1 采煤机

对采煤机选型的基本要求是功率大、体积小、稳定性高、机面高度要保证在开采较薄地段时有充足的过机空间。因此，应选用大功率的双滚筒无链电牵引采煤机。

2.2 液压支架

液压支架可选用两柱双伸缩掩护式支架（如图1所示），工作阻力和支护强度范围可满足极薄煤层矿压的要求，可实现采高0.9 m的需求，同时符合最小过机空间和三机配套的参数合理。

图1 两柱双伸缩掩护式支架图

2.3 输送机

为适应极薄煤层的开采需求，选用双中链封底结构的铸焊中部槽，并降低中部槽的高度。为降低机头高度和卸载高度，可选用高效减速机，确保双速启动、机头尾互换的实现[3]。

3 三机选型的具体参数及要求

3.1 采煤机

对采煤机的选型应严格按照极薄煤层对采煤机的结构要求进行科学选择。其要求主要有：首先，极薄煤层的开采工作要求采煤机机身薄、短，以适应煤层薄，工作面支护，实现采高在0.9 m时的三机配套的需求。其次，由于极薄煤层综采的实际开采工作当中存在采煤机，其在进行切割顶底板时会产生震动和冲击，因此要求采煤机的功率、强度和稳定性都要有良好的保证。最后，极薄煤层开采时，空间较小，工作人员走动不便，这就要求采煤机可离机控制。

依据煤矿的极薄煤层情况和地质条件，并结合极薄煤层实际开采情况，选用双滚筒无链电牵引采煤机。机面高度不超过850 mm，滚筒直径取最大采高的0.65～0.75倍，工作面最大采高按2.1 m，取滚筒直径D=Φ1150 mm。

采煤机最大牵引速度为：

式中：Kc为采煤机割煤不均匀系数，取1.3；Vcp为采煤机平均牵引速度，取4 m/min。

代入数据计算得Vmax=5.2 m/min。

按采煤机单位能耗计算采煤机割煤功率：

式中：N为需要的采煤机功率；Kb为备用系统，取1.3；B为截深，取0.63 m；H为最大采高，取2.1 m；Vmax为最大牵引速度，取5.2 m/min；Hw为采煤机每个单位能耗，取0.75 kW/h。

代入数据计算得N=402.46 kW。

依据以上计算，并结合极薄煤层赋存条件的特点及采煤机发展现状，可选择大功率的双滚筒无链电牵引采煤机，该机具有功率大、切割能力强、体积小的特点，完全符合极薄煤层对采煤机结构的要求。

3.2 液压支架

依据矿区地质条件及工作面其他设备的合理匹配条件来对液压支架进行选择，可选用两柱双伸缩掩护式支架。首先，由于支架的结构形式采用了较大直径的平衡千斤顶结构，增大了支架顶梁和掩护梁之间的调节能力和强度，利用计算机技术对其进行设计优化，可满足支架的可靠性。其次，通过优化，合理的选用高强度材板可有效减轻支架重量，在确保支架可靠性的前提下，满足体积小、自身重量轻的要求。最后，两架间可采用调底装置来减小对底板的比压，以适应倾角工作面的极薄煤开采，并可以采用电液操作系统，来实现支护自动化[2]。

用垮落带岩重法估算两柱双伸缩掩护式支架的支护强度P：

式中：K1为来压动载系数，1.5M为最大采高，2.1 m；φ为直接垮落后未经压实的碎胀系数，1.2；ρ为岩石密度，2500 kg/m3；g 为重力加速度，10 kg/m3。

代入数据计算得P=0.40 MPa。

根据煤层地质条件及液压支架的综合条件分析，工作面的支护强度取0.4 MPa；支架工作阻力依据计算结果及支架的伸缩比来确定，为4000 kN；支架高度结合当前成熟型和煤炭回收率的要求，最大高度为2300 mm，最低高度为900 mm。

3.3 运输机

结合极薄煤层开采的特点，选用SGZ-630/220型刮板输送机并对其结构进行优化设计。在确保可靠性的前提下降低整体高度、降低输送机机头的卸载高度，实现采高0.9 m的整体配套要求。

刮板输送机能力的核算原则是运输能力不小于采煤机落煤能力，即：

式中：Qg为刮板输送机运输能力；Ky为运输机的装载不均匀系数，1.3；Qm为采煤机的落煤能力，382 t/h。代入数据计算得Qg≥496.6 t/h。依据能力核算及采煤机配套情况，选用SGZ-630/220型刮板输送机，可满足极薄煤综采的配套要求，通过优化设计，提高了设备的综合性能。

4 极薄煤层三机配套设备的选型确定及特点

依据极薄煤层的开采条件及设备选型并结合配套要求，对三机配套的设备选型如表2所示。

表2 三机配套的选型统计表

根据极薄煤层的地质条件，对三机配套设备的科学选型及优化改进，配套参数如下：

支架高度为0.7～1.3 m；支架宽度为1.35 m；支架中心距为1.5 m；推移步距为620 mm；输送机中部槽高度为228 mm；过煤高度为218 mm；滚筒直径为950 mm；机面高度为707 mm。

优化改进后三机配套的特点：首先，选用了双滚筒无链电牵引采煤机，机身厚度薄，降低至707 mm，满足了极薄煤层对采煤机的结构要求。其次，对刮板输送机的设计优化，对其中部槽和机头机尾进行了改进，确保高强度运转的前提下，最大程度的降低了中部槽的高度，使中部槽高度达到了228 mm，卸载高度445 mm，机头机尾的高度降低到了690 mm。最后，过煤高度满足了218 mm，完全符合了生产过程中的基本要求。

5 结语

通过对极薄煤层三机配套设备的合理选型和科学优化，使三机配套设备能够更好地适应极薄煤层的开采工作，从而提高了对极薄煤层的开采效率，保证了开采工作的安全进行。

[1]郑军.大倾角薄煤层保护层综采实践与探讨[J].江西煤炭科技，2017（3）：5-8.

[2]魏秋玉.薄煤层综采可行性分析及支护强度研究[J].山东煤炭科技，2017（8）：67-69.

[3]姜辉，姚永，刘道龙.薄煤层综采远程可视智能化三机配套设备的研究与应用[J].山东工业技术，2017（12）：79.