复杂煤层下配套采煤工艺的设备选型

任振华

（山西宁武大运华盛老窑沟煤业有限公司， 山西 宁武 036700）

引言

面对实际开采中存在煤层厚度变化大、煤层倾角变化大、地质条件复杂、瓦斯透水事故复杂以及顶底板支护难度大的工作面[1]，有些煤炭企业为提高工作面的生产效率，通常选择弃之不采，从而导致这部分煤炭资源的浪费。造成复杂煤层开采难度大、效率低很大一部分原因是由于采煤工艺和采煤设备所导致的。因此，需针对复杂难采煤层优化其采煤工艺，选择效率最高的综采设备，从而达到提升煤炭开采率的目的。

1 工程概况

本文以老窑沟煤业有限公司16128 工作面为研究对象，该工作面的走向长度为732 m，倾斜长度为283 m，工作面煤层厚度的范围为0.6～5.5 m，属于煤层变化较大的工作面，煤层平均厚度为3.0 m，工作面煤层倾角的范围为6°～17°，属于倾角变化较大的工作面，平均倾角为12.5°。综合分析，16128 工作面煤层的变异系数为13.1%，属于不稳定煤层。16128 工作面顶底板情况如表1 所示。

顶板类型岩层名称岩层厚度/m 岩层特性老顶 粉砂岩 4.14 灰白色，岩层厚度不稳定，局部为泥岩和中细砂岩直接顶 炭质泥岩 6.32 浅灰色，岩层易碎，局部含有少量泥岩直接底 砂质泥岩 1.89 灰色，砂质部分不均匀，局部为泥岩

经现场监测可得：16128 工作面日常生产中的正常涌水量为2.5 m3/h，最大涌水量为20 m3/h；工作面绝对瓦斯涌出量12 m3/min，相对瓦斯涌出量为1.6 m3/t；煤层存在极大的爆炸隐患。16128 工作面煤层的平均普氏硬度为1.1，直接顶的平均普氏硬度为4.5，直接底的平均普氏硬度为5.5。综上所述，16128工作面为复杂难采煤层。

2 复杂煤层综采设备的选型原则

采煤机、刮板输送机以及液压支架为综采工作面的三大综采设备，该三套设备选型时需遵循“三机配套”的原则，主要指的是生产能力配套、尺寸配套、性能配套以及寿命配套等[2]。

2.1 液压支架选型原则

1）液压支架具有合理的支护强度和良好的支护效果。

2）液压支架能够满足煤层倾角及煤层厚度变化较大的生产要求。

3）由于16128 工作面煤层倾角变化大，因此需为所选型液压支架安装防滑倒装置。

4）液压支架应与刮板输送机和采煤机的相关参数相匹配。具体为：所选型液压支架应与所选型刮板输送机中部槽的尺寸一致；推移千斤顶的行程需略大于采煤机的截割深度。

5）液压支架的移架速度应与刮板输送机和采煤机的生产能力相匹配。其中，要求其移架速度大于采煤机的牵引速度[3]。

2.2 采煤机的选型原则

1）根据工作面煤层的平均普氏硬度确定采煤机的功率。一般地，当工作面煤层的普氏硬度小于4时，且煤层属于缓倾斜和急倾斜煤层时主要选用滚筒采煤机。随着普氏硬度的增大，对应采煤机的功率也在增大。

2）采煤机垂直方向的参数主要由工作面煤层厚度所决定。如采煤机的最大采高、最小采高以及过煤高度等参数均是由煤层厚度所决定的。目前，针对工作面煤层厚度在1.3～3.5 m 之间的煤层一般选择功率较大的采煤机；当工作面煤层厚度大于3.5 m 时，选择具有调斜功能的采煤机以确保所选型采煤机能够适应开采条件的变化。此外，还需为采煤机配置相应的煤炭破碎装置[4]。

3）根据工作面煤层倾角进行选型。当煤层倾角大于10°时需为采煤机配置相应的防滑倒装置，以确保采煤机的安全工作。

2.3 刮板输送机的选型原则

刮板输送机选型时的依据有：工作面所采用的采煤工艺、工作面煤层的赋存条件、采煤机的和液压支架的相关参数以及刮板输送机的自身结构等。

1）所选型刮板输送机的运输能力需满足该工作面所采用采煤工艺的生产能力；

2）就复杂难采煤层而言，由于煤层倾角变化较大，为确保刮板输送机运输的稳定性，需在所选型刮板输送机机头和机尾的位置处安装锚固设备，并在输送机中间位置安装千斤顶，以防刮板输送机滑移；

3）为了防止采煤机在推进过程中存在掉道的现象，在刮板输送机溜槽上安装相应的导向装置；

4）所选型刮板输送机的溜槽长度应与液压支架的宽度相匹配[5]。

3 综采设备的选型结果

3.1 采煤机的选型

根据16128 工作面煤层、地质情况，并结合2.1中所述的采煤机选型原则。采煤机最终选型的型号为7LS6C 采煤机，其主要参数如表2 所示。

3.2 液压支架的选型

根据16128 工作面煤层、地质情况及顶底板情况。经计算可得，综采工作面的需要的支护强度为0.568 MPa。因此，需选型液压支架提供的支护强度需大于0.568 MPa。综合分析，所选型液压支架的型号为ZZ10800/18/38，其参数如表3 所示。

3.3 刮板输送机的选型

根据采煤机和液压支架的选型结构，并结合工作面底板的情况最终选型刮板输送机的型号为SGZ1000/1400，其参数如表4 所示。

表2 7LS6C 采煤机主要参数

表3 ZZ10800/18/38 液压支架参数

表4 SGZ1000/1400 刮板输送机参数

4 结语

复杂难采工作面由于其煤层倾角变化大、煤层厚度变化大以及地质水文、顶底板情况较为复杂，导致复杂难采工作面煤层的开采率较低，进而加剧了煤炭的浪费。为提升复杂难采工作面煤层的开采效率，需根据煤层情况设计最佳的采煤机工艺和生产能力最佳、最为匹配的综采设备。