大倾角“三软”煤层工作面三机装备配套研究与实践

刘景成

（肥城矿业集团公司，山东 肥城 271608）

1 概况

单县能源公司陈蛮庄矿井田位于山东省西南部，主采（3上）煤层埋藏深（-600～ -1200m之间），地温高（大部位于二级高温区），倾角大，顶底板软且破碎，煤层软。矿井开采时地压大，支护相对困难，成本高。建井以来，针对工作面的三机装备配套优化，实现高产高效，开展了研究与实践。

2 主要开采条件

2.1 煤层产状

本井田内的总体构造形态为向北北西倾斜的单斜构造，伴有部分断层和宽缓褶曲，地层倾角一般在 18°～31°之间。

2.2 各煤层顶底板岩性特征

（1） 3（3上）煤层直接顶板为细砂岩、粉砂岩和泥岩，厚1.35～17.32m，一般在2～8m之间。粉砂岩抗压强度为17.0～35.1MPa，细砂岩抗压强度为67.6～173.9MPa，属较稳定～极稳定顶板；泥岩则属于不稳定顶板。

（2） 3（3上）煤层底板为泥岩、粉砂岩或砂质泥岩，厚度一般1～3m。据邻区张集井田资料，其抗压强度为7.80～51.2MPa，属不坚固～坚固底板。

（3） 3下煤层直接顶板为细砂岩和泥岩，厚0.43～3.48m，一般在2m左右。细砂岩抗压强度为67.6～173.9MPa，属较稳定～极稳定顶板；泥岩则属于不稳定顶板。

（4） 3下煤层底板为泥岩或粉砂岩，厚度3.01～5.49m，其抗压强度为7.80～51.2MPa，属不坚固～坚固底板。

2.3 首采面煤层特征

首采面3206煤层基本情况（实际揭露）：煤层总厚1.6～5.5m，平均3.5m；煤层结构简单，煤层倾角23～39°，平均31°；可采指数3.5；变异系数46.02%；稳定程度为稳定；该面3上煤为焦煤，煤质硬度f=0.15，可采储量998831t；走向长度1182～1199m，平均 1190m；倾向长度 182～196m，平均191m；面积222519m2。

3 首采区工作面“三机”设备配套

3.1 初次研究论证配套方案

对陈蛮庄矿首采面采煤机械的配备，进行了类似条件的矿井外部调研。联合研究院所，采煤机、刮板运输机、综采支架生产厂家进行研究论证，结合陈蛮庄矿矿井勘探及实际揭露的现场地质情况，根据矿井煤层开采条件及矿井生产规模，设计一个综采面达到设计生产能力。首采工作面布置在3200上山采区的北部第一个工作面，即3206工作面。投产工作面长度为191m，推采长度1190m。借鉴周边矿井经验，结合本矿井初期采区的开采条件和调研的矿井三机配套装备状况，研究确定了三机配套方案。表1为配套设备参数，图1为三机配套中部图。

表1 配套设备

3.2 配套设备主要技术特征

(1) SGZ800/500型刮板输送机头、尾各变线3节，总变线量75mm，输送机与采煤机配套销轨采用锻造销轨，确保采煤机大坡度爬坡强度，销轨节距为126mm。

（2）输送机采用端卸，机头卸载高度850mm，确保大倾角的搭接。机尾链轮中心高度650mm。

（3）输送机与支架连接耳为双耳结构，耳厚70mm，间距120mm，销孔尺寸Φ62mm。

（4）采煤机机面高度为1584mm，滚筒直径为Φ2000mm，截深为800mm。

（5）中部支架、过渡支架整体顶梁（含行程800mm伸缩）、护帮板采用及时支护方式，支架采用双侧活动侧护板，活动行程200mm，伸缩。

（6）侧护板配侧推千斤顶，普通双作用，4个，缸径/杆径80/60mm，行程170mm，推力/拉力158/69kN。

图1 三机配套中部图

3.3 首次“三机”配套应用

首次配套“三机”设备安装应用在3200采区的3206工作面，自2013年7月份投产，2016年6月结束，始终未能达到预期的产能。主要问题：

（1）该支架在适应大倾角软煤、破碎顶板的护顶、护帮方面效果不好。割煤后护帮板不能有效地防止煤壁溜帮；支架的整体顶梁对不平整顶板的适应性差，接顶不严，极易造成顶板断裂破碎恶化；支架顶梁前端伸缩梁伸出后，梁间的间隙极易使破碎的碎状顶板岩粉块持续漏出，导致顶梁上部漏空支架失稳；支架出现下倾斜、歪架、挤架、咬架、倒架，架间可调间隙小，扶架极其困难。

（2）所选刮板运输机适应大倾角工作面的能力不足。主要表现在工作面刮板机道停机后，往往因溜帮压机、溜槽底槽水冲淤积物料，重新开机启动困难；链条易损坏。

（3）采煤机截割功率偏小，对煤层条件变化适应性差；采煤机在推采过程中遇到仰采角度稍大时卧底不足，出现运输机上飘。

（4）工作面布置面长191m，面长过大不利于管理；沿走向长度内设计中有一个5°调向，也短期影响推采；推采过程中实际揭露6个煤层异常区、17条断层，3次顶板灰岩少量出水，水量分别约为20m³/h、33m³/h、42m³/h，一度影响生产。

（5）管理与操作缺乏经验和方法，不熟练，用人多。

4 “三机”设备配套的改进优化

4.1 研究“三机”优化改进配套方案

（1）通过3206首采面“三机”配套设备的使用，首次的配套方案主要参数，如支架工作阻力及支撑高度、采煤机牵引爬坡能力及制动、刮板机运输能力能够满足现场基本的要求，但是对现场大倾角“三软”煤层适应性存在护帮护顶效果不好、支架间隙较小不便于调整、采煤机割煤时对面前顶板扰动大等问题，还需要优化改进。通过与科研院所、设备生产厂家深入探讨研究协商，形成改进优化方案。

（2）对支架的改进。ZY8000/20/43支架的顶梁由整体顶梁改为前后段铰接顶梁，两段顶梁分别设置侧护板，前梁带护帮板，便于前梁及时护顶护帮，前梁段侧护板千斤顶可以配合侧推、底调千斤顶起到调架作用；减少底座前端比压，选用整体刚性半开裆底座，底座中后部底板敞开，便于浮煤碎石排出，减少支架前倾扎底。乳化液泵站采用膜分离反渗透软化水设备供水，支架的供液进口设置反冲洗过滤器，采用电液阀操控，改善液压系统的工作条件。

（3）刮板运输机。提高电机功率，选用SGZ800/800刮板运输机，中部槽采用整体铸焊封底结构，同时提高链条的强度，选用优质链条和连接环，改进铲板角度，改善装煤效果，平衡采煤机身的走向适当倾斜角度。尝试穿插异型中部槽，机身采用普通中部槽+异形溜槽（1.625m）配置（即每2节普通中部槽加1节异形溜槽），增加中部支架的架间空间，方便调架。

（4）采煤机。加大截割功率，提高对煤层硬度及夹矸变化的适应性。加强制动器性能，保证采煤机制动。改造滚筒为截深600mm，减弱对顶板的扰动破坏，增大滚筒直径，适当加大了卧底量。

（5）优化工作面设计参数。减少工作面长度，工作面面长控制在80～150m，便于管理。

（6）完善管理规定，加强培训，提高操作技能。通过前期的回采，针对大倾角工作面回采取得的教训和经验，到工作面现场重点检查支架移架质量，支架的上窜、下滑、失稳、垂直刮板机的控制状况、刮板运输机下滑上窜、防飞矸设施等，固化完善制度，针对操作员工加强培训，加强对割煤速度控制、移架、移机质量控制关键操作的训练，提高操作技能。

中部支架改造后重新配套三机断面，如图2所示。

图2 中部支架改造后重新配套三机断面

4.2 “三机”优化应用效果检验

优化后的三机设备，协作单位加工完成运至矿后，2018年8月份在3408工作面安装完成。煤层条件相似，工作面走向长956m，面倾斜长136m。9月份产量4.536万t，10月份产量6.77万t，11月份月产达到了7.76万t，生产能力提升，优化后的设备在现场的适应性上有较好的体现。设备的操控性能明显提高，操作便捷，工作面上仅需6人，减少人员15人。

5 结 语

（1）结合单县能源公司陈蛮庄矿井开采煤层的特点，通过对综采工作面“三机”配套设备的三机配套参数研究改造，提高了设备的操控性、适应性，对相似条件下的矿井具有一定的借鉴意义。

（2）针对埋藏深、大倾角、“三软”煤层工作面实际情况，研究装备智能化无人工作面，继续深入开展“三机”配套适应性研究和实践，进一步提高装备水平。