The practice on high production highly effective mining equipment in top-coal caving face of very thick coal seam

LIU Da-tong

（Datong Mining Group Co. ltd , Datong Shanxi 037003）

Abstract: The practice on mining equipment in top-coal caving face of very thick coal seam by Tasan of Datong coal mine group co. ltd, introduced the implementation disposition synthesis puts the high production highly effective mining equipment the performance, the parameter and the use effect. Through to the behavior in service and the test data analysis, had pointed out the existence question and the reason, proposed the solution way and the suggestion.

Keywords: top-coal caving; high production and highly effective; mining equipment

 

1概述

      据预测，2020年中国煤炭需求将达到25～30亿吨，按目前生产和在建矿井能力分析供应缺口将达到9～14亿吨。为了满足国民经济，当前和长远发展对煤炭的需求是我国能源领域的重大任务。高产高效开采装备是提高煤炭生产能力的重要手段，是国际采矿界持之以恒研制内容和发展方向。我国高产高效开采装备的研发水平较美、英、德等发达国家低，但煤炭生产总量是却居世界第一位，2006年全国原煤产量达到23.8亿吨，煤炭供应仍出现了紧张的局面。为此，早在2004年国家发展改革委对建设年产600万吨的特大矿井需要现代的高端综采工作面设备给予了肯定和支持。塔山矿根据其煤层条件特点和我国煤机装备现状，采用研制放顶煤关键设备和引进可靠设备的技术途径，开发了超厚煤层综放高产高效开采装备，并进行了开采实践，取得了很好的技术与经济效果。截止2007年6月原煤产量达到763.6万吨/年，最高日产量突破了五万吨。实践证明，这套超厚煤层综放高产高效开采装备的研制、设计、配置是成功的。为全国产化提供了借鉴和范例。

 

2装备配置

2.1主要设备及参数

配置设备的总体思路是以保证综放工作面年生产能力为600万吨为前提，具有安全可靠、免维修、寿命长的特点。为此在进行塔山首采工作面成套设备选型配置时，采用研制、引进方式，并结合国内综采放顶煤技术水平程度，使配置的成套装备达到科学合理、经济实用的效果。各设备选配思路是：

从特厚煤层放顶煤负重角度看，工作面刮板输送机承担的负荷较大而且要求其寿命长，特别是后部刮板输送机负荷更重、可靠性要求更高，因此，刮板输送机采取引进世界上最先进、最可靠的设备，所以招标选中了德国DBT公司负责设计制造的PF6/1142型和PF6/1342型用于前后部的刮板输送机。并根据塔山矿生产能力要求和煤层较厚的特点，配备大功率、中双链、双速电机+CST系统+重型紧凑型双级行星减速器传动，以此达到刮板输送机运输能力富裕系数大、启动性好的特性。

放顶煤工作面采煤机相对要求不高，国内、国外都有能与之技术上相配的产品，只是国内产品可靠性相对要差一些，从企业和今后的发展的角度来看还是选择了目前世界上功率最大、技术内涵最先进采煤机，SL500交流电牵引滚筒采煤机，由德国艾柯夫公司设计制造。

刮板转载机和破碎机的选型，是以输送机的能力和溜槽宽度或链速略大于工作面输送机为原则，考虑了与工作面保持同样的寿命选用了德国DBT公司负责设计制造的PF6/1542型转载机和SK1118型破碎机，以及Matilda自移皮带机尾。但DBT公司无法提供满足用户要求先进的转载方式，因此配备张家口煤机厂设计制造的ZY1100型转载机自移装置。

可伸缩胶带输送机传动功率的选择，必须大于转载机的运输能力。根据综采工作面煤流系统运输的原则和简化设备管理环节的原则，顺槽采用一部可伸缩胶带输送机，运输能力不小于3500t/h，运输机长度应和工作面走向长度协调。选用了煤科总院上海分院运输机电研究制造中心按运输长度3300米计算功率，实际按1700米供货的SSJ1400/2×250胶带输送机。

乳化液泵站、喷雾泵配备了德国豪森科公司制造的EHP3K200/53 型和EHP3K125/80型。

采煤机、转载机、破碎机、泵站动力中心选配了德国贝克集团的TS1534:RET+TEK1534+PBE3004型；前后刮板机动力中心选配了英国阿兰维斯特华莱士唐有限公司的AW2000型。各设备主要参数见表2-1。

表2-1

 

2.2研制设备及参数

放顶煤液压支架是实施放煤工艺的关键设备，也是保证顶煤回收率的重要环节，而目前从放顶煤技术和放顶煤设备的制造国内是处于世界领先水平，所以放顶煤设备由国内设计和制造。综放支架工作阻力是按现行较通用的岩石容重法计算确定，计算工作阻力值为10128 kN，整合值为10000kN。支架的最大支撑高度的确定取决于工作面顶板管理理念和放顶煤工作面的出煤量，适当增加割煤高度，可以提高煤炭回收率，并且有利于特厚顶煤的放出。带来的后果是矿山压力显现加剧，工作面片帮冒顶现象严重，可能影响工作面的正常生产。同时，合理的割煤高度还要考虑通风和工作面风速的限制。为了保证合理的采放比（1：2～1：3），并且提高顶煤回收率，塔山矿采高应该尽可能选择较大。由于煤层底部6m～7m结构相对比较稳定，为了减少或取消顶煤弱化措施，希望单纯依靠支架的反复支撑去破碎支架上方、机采剩余的结构稳定顶煤。实践和研究都表明支架对上方顶煤的影响范围在3m左右，并且与支架的架型、支护强度、顶梁长度等有关。综合考虑以上各种因素，确定塔山首采工作面机采高度为3.0～3.5m，剩余的3m～4m的结构稳定的顶煤，在液压支架工作阻力为10000kN支撑作用下，可以依靠支架破碎，所以支架的最大高度确定为3.8m。并由天地科技股份有限公司开采所事业部设计、郑州煤矿机械集团有限责任公司和北京煤矿机械厂制造。主要参数如：

ZF10000/25/38型放顶煤液压支架

架  型：                      四柱支撑掩护式正四连杆低位放顶煤支架

型  号：                             ZF10000/25/38

支架结构高度：                       2500～3800 mm

支架宽度：                           1660～1860 mm

支架中心距：                         1756 mm

初撑力：                             7730KN（P=31.4MPa）

支架工作阻力：                       10000 kN（P=40.62MPa）

支护强度：                           1.04 MPa

移架步距                             800mm

泵站压力：                           31.4MPa

操纵方式：                           本架操纵$Page_Split$

 

3开采实践

3.1条件

8102工作面煤层厚度为11.1~31.7m，平均煤厚19.4m。煤层伪顶0.01m-0.05m，为灰黑色炭质泥岩、高岭质泥岩，局部为白色煌斑岩；直接顶0.51m-30m，下部以深灰色及灰黑色高岭岩、砂质泥岩、炭质泥岩，以及2#煤层，局部赋存，中夹岩浆岩侵入体，局部分叉2层以上。中部为灰白色中、粗砂岩及含砾细砂岩，局部夹薄层粉砂岩或多层煤线。上部为山西组4#煤；老顶30m以上，下部为深灰色粉砂岩及砂质泥岩，局部赋存岩浆岩，厚度0.4－1.8m，中夹1－2层煤线。上部以深灰色及灰白色中、粗砂岩及细、粉砂岩为主，局部地段有细砾岩1－2层，厚度在3.0－5.0m，以及砂质泥岩；底板为棕色高岭质泥岩南部较薄，局部相变为深灰色粉砂岩，灰白色中或粗砂岩。

3.2产量

本套装备是首次在塔山进行开采实践，其首采8102工作面的长度为231m，走向1531m，采用1.75m中心距液压支架，共135架。从2006年6月6日开始试运转，中间经历了设备调试、磨合协调，截止2007年7月20日停产，推进1285m，累计生产煤炭763.6万t，最高月产量109万t，最高日产突破5万t。

3.3测试

3.3.1放煤工艺

根据塔山8102工作面超厚煤层的实际赋存情况，开采以来综采工作面制定了多种采放煤工艺，通过现场对几种放煤工艺的比对试验，最终确定采煤工艺主要使用头尾端头斜切进刀，“一采一放”多轮顺序放煤，见矸关门，头尾过渡支架不放煤，平均采高3.5m，平均采放比1：4.67，测得工作面顶煤回收率平均76.83%，工作面回收率80.78%，单架放煤时间最长为5～8分钟，一般为3～4分钟，放煤时间相对较长。

3.3.2工作面顶板压力显现情况

矿压显现比较规律，来压步距基本14～18m之间，部分区域来压频繁、强度也较大，顶板出现台阶下沉，多次出现压架状况。支架经常在其额定工作阻力上限和安全阀经常处于开启状态下工作，见抽样图3-1

图3-1 综采支架压力曲线

3.3.3设备运行情况

设备的总体运行情况是很好的，具有较大的生产能力，能达到高产高效目的。目前主要影响因素除外运及洗煤厂影响外，综采工作面机电事故占主体，其中有采煤机、液压支架、刮板输送机和电气等各类故障的影响。在2006年的6～10月统计，开机率最高达到73％、平均59.1%。设备运行统计情况见表5-3所示。

月份	影响时间总计	综采机电事故影响（小时）		矿井主运输系统影响（小时）		外运影响 （小时）		其他影响 （小时）		开机率
6月	243.5	206.5	84.8％	33	13.6％	4	1.64％			55％
7月	269	65	24.2％	90	33.6％	113	42.1％			52％
8月	254.75	34.7	13.6％	31.3	12.3％	117.6	46.2％	71.2	27.9％	46％
9月	148	37.5	25.3％	32.8	22.2％			77.7	52.5％	72.5％
10月	145.7	80	56.6％	24	16.8％			38	26.6％	73％
累计	1060.9	423.8	39.9％	211.1	19.9％	234.6	22.1％	186.9	17.6％	59.1％

3.4存在的问题和建议

3.4.1液压支架工作阻力偏低

对超厚煤层综采放顶煤工作面的矿压显现预测不足，放顶煤液压支架工作阻力设计偏小，在实践开采中出现过几次较大范围机道漏顶和较强来压造成压架现象，对支架的部件有不同程度的损伤和损坏。为了提高支架的支撑性能，采取了调高安全阀的开启压力的措施，将1000L大流量安全阀由42MPa增大到45MPa、125L小流量安全阀由40.62MPa增大到44.6MPa，即：支撑工作阻力提高10%，收到一定的效果，但是在来压时全工作面有57%的 大小安全阀开启，有的开启后还形成烟雾状，见图3-1。所以应创新超厚煤层综采放顶煤工作面顶板管理理念，调整在此条件下的放顶煤液压支架工作阻力的设计依据，依照这一思路，目前已经进行了工作阻力为13000kN的液压支架的设计与制造，应用效果如何拭目以待。

 

 

 

 

 

图3-1安全阀开启后形成了烟雾状

3.4.2故障对开机率的影响较大

排除外部因素，仅从装备自身系统来讲，各设备发生故障是影响开机率的主要因素，故障的类型中80%以上是部件质量和可靠性造成的，17%是管理、协调不到位和操作不合理形成的，有3%是设计不当和其它因素干扰造成的。部件的质量可进行专项的技术研究进行改进；配件的足量配备和及时供应是储备与成本矛盾的老生常谈问题，特别是进口配件的储备和及时供应对生产影响很大，虽短时较难解决的，但必须进行这方面的改变工作。

 

4结束语

这套装备首次在塔首采工作面的开采，取得了年产763.6万吨的好成绩，由此说明配置装备的总体思路和原则、采用的方法和措施、选择的技术数据和性能，以及采取的技术路线和途径基本是正确的。这次实践为超厚煤层综放高产高效开采装备的应用积累丰富的经验，我们相信在今后的使用中会创造出更好的成效。与此同时国内已开发的相关设备，在技术、性能和质量都有较大进步，也完全能够配置出这一技术指标的高产高效综放开采装备。

作者简介：刘大同（1958-），男，教授高工，现任大同煤矿集团公司技术中心矿山机电研究所所长。

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