极薄煤层开采设备研究与选型

极薄煤层开采设备研究与选型
摘要：介绍了煤矿极薄煤层的现状及其开采的意义，研究了极薄煤层机械化采煤装备技术解决方案，提出了采煤机、液压支架、刮板运输机选型及参数确定技术要点。

为矿井极薄煤层开采提出新的思路和解决办法。

关键词：极薄煤层开采采煤装备电液控制设备选型
1、国内极薄煤层开采技术现状
煤炭在我国能源结构中占有重要地位，随着国民经济的快速发展，我煤炭仍将是我国的主要能源。

根据煤层厚度划分，厚度0.8～1.3m属于薄煤层，小于0.8m属于极薄煤层。

我国煤炭赋存多样化，部分省区极薄煤层储量见（表1）所示，薄与极薄煤层的可采储量约为60多亿吨，约占全国煤炭总储量的19%。

薄煤层的高效安全开采问题是当前煤炭行业的重要研究课题。

我国薄煤层现在采用的主要机械化开采方法有电牵引采煤机综采、刨煤机开采及螺旋钻采煤机开采。

极薄煤层的开采技术与装备发展缓慢，许多矿区对极薄煤层因没有经济安全的极薄煤层的开采技术只好弃采，造成了煤炭资源的巨大浪费。

2、极薄煤层开采配套设备研究与选型
极薄煤层主要采煤装备选型原则
（1）液压支架：采用两柱双伸缩掩护式支架的形式，工作阻力及支护强度等参数要满足极薄煤层矿压要求，最低采高实现0.9m，同时要保证最小过机空间和三机配套的参数合理。

（2）采煤机：选用大功率的交流变频电牵引采煤机，机面高度要充分保证在开采较薄地段条件时有足够的过机空间，要求功率大、体积小，稳定性好。

（3）运输机：选用双中链封底结构的铸焊中部槽，降低中部槽的高度，以适应极薄煤层开采的需要。

降低机头高度和卸载高度，选用高效减速机，实现双速启动、机头尾互换。

3、极薄煤层液压支架选型
根据矿井煤层顶底板条件，结合围岩类型，选用基本支架架型为二柱掩护式，立柱双伸缩，电液操作方式。

结构设计上，充分考虑极薄煤层开采时的特点，以重点降低整体配套高度、保证良好工作性能为目标，满足三机配套技术要求。

3.1 极薄煤层对液压支架的要求
（1）支架的机构采用两柱掩护式结构形式，采用了较大直径的平衡千斤顶结构，增大支架顶梁和掩护梁之间的调节能力和强度。

运用计算机辅助设计手段，对支架四连杆机构各项参数进行优化设计、受力分析和结构强度校核，满足支架高可靠性要求。

（2）支架结构力求简单、可靠。

通过优化设计，合理选用高强度材板，减小支架重量，在保证支架高可靠性的前提下，满足尺寸小、重量轻等要求。

（3）减小了对底板的比压，两架间采用新型调底装置以适应大倾角工作面。

（4）为了保证支架具有较大的推拉力和行走速度，采用先进的
电液操作系统，保证快速跟机作业和支护自动化。

3.2 支架架型确定
3.2.1 支架工作阻力
支架工作阻力大小直接影响支架的支护能力，选择较大工作阻力有利于提高支架的适应能力及可靠性，考虑支架中心距（1500mm）及立柱缸径230mm，在立柱安全阀合理开启压力范围内，确定支架工作阻力为3300kn（安全阀开启压力39.7mpa）。

3.2.2 支架中心距的确定
液压支架按1.5m中心距进行选取。

3.2.3 推移步距的确定
在顶板条件允许的情况下，增大截深可有效地提高每一循环的产量，提高生产率。

但截深过大，将造成对架前顶板的支护能力减小。

采煤机截深确定为0.6m，将支架移架步距确定为0.6m。

3.2.4 顶梁前后比
立柱作用点到顶梁前端长度与立柱作用点到顶梁后端长度之比值称为顶梁前后比。

顶梁前后比直接影响支架顶梁载荷分布及支架承载能力。

此值越大顶梁前端承载能力越小，顶梁前后比过小时将严重影响支架前端支护能力。

3.3 液压支架结构特点
（1）支架架型为两柱掩护式液压支架，稳定性好，具有足够的抗扭能力。

（2）支架采用电液控制，技术先进，安全可靠，支护、推溜、
移架机构完善，人行道畅通。

（3）顶梁为整顶梁结构，对支架前部顶板的支撑效果好；
（4）控顶距小。

顶梁较短，因而对顶板反复支撑次数少，减少了对直接顶的破坏。

4、极薄煤层采煤机选型
根据极薄煤层赋存条件特点以及国内采煤机发展现状，选用非机载交流变频调速采煤机，该机具有功率大、切割能力强、机身高度低等特点。

极薄煤层对采煤机结构的要求：
（1）极薄煤层开采要求采煤机机身厚度薄、机身短，以适应煤层薄，工作面起伏，实现采高在0.9米时三机配套高度的需要。

（2）极薄煤层综采开采存在着采煤机在切割顶底板时带来的震动和冲击。

对整机的功率、重量、强度和稳定性要求高。

（3）极薄煤层综采开采，煤层较薄架内空间小，行人不便，要求薄煤采煤机必须能够离机控制。

5、极薄煤层运输机选型
采用sgz-630/220整体铸焊结构刮板输送机，根据薄煤开采特点，对输送机的结构进行了特殊设计。

即在保证可靠性的前提下，降低整体溜槽的高度、降低输送机机头的卸载高度，实现在采高0.9m煤层条件下的配套要求。

对刮板机影响配套的要求：第一、降低中部槽的高度；第二、降低刮板机的卸载高度；第三、采用双速启动方式；第四、具有适
应高产的运输能力；第五、整机强度要好，性能可靠。

对刮板机几个方面进行了改进设计：
根据总体配套，要求能够在采高0.9～1.3m时实现综采设备的正常配套和生产。

要求刮板机中部槽既要保证强度又要降低高度，中部槽高度的降低，才能实现三机配套、特别是采煤机和刮板机配套后的机面高度的降低，且有利于装煤效果的提高，实际中部槽的高度降低到了208mm。

通过优化设计。

刮板机达到了在薄煤综采配套要求的效果。

同时提高了设备的可靠性能。

6、极薄煤层综采成套设备的配套参数确定
根据极薄煤层开采的具体条件以及综采机械化装备选型、配套要求，通过对支架、采煤机、刮板输送机选型改造和对三机配套的合理设计，确定了配套设备，如下表所示。

通过对以上设备的选型设计和改进，结合极薄煤层的地质条件，配套参数如下：
支架高度： 0.7m～1.3m
支架宽度： 1.45m
支架中心距： 1.5m
推移步距： 600mm
输送机中部槽高度： 208mm
过煤高度： 226mm
铲间距： 230mm
滚筒直径： 900mm（1000mm）
卧底量： 156mm
机面高度： 711mm
本薄煤层三机配套的特点：
（1）选用整体机身的电牵引采煤机，使机身厚度降低为711mm；
（2）采用铸焊结构封底中部槽的刮板输送机，对中部槽和机头尾进行了特使设计，在保证强度的情况下，尽最大的努力降低中部槽的高度，实现了630铸焊结构中部槽高度达到了208mm，卸载高度460mm，机头尾最高降到了710mm；
（3）过煤高度实现了226mm，基本满足了生产过程中煤和矸石块度的要求。

7、极薄煤开采设备配套研究结论
（1）对极薄煤开采工艺进行研究，为解决了部分极薄煤层开采的难题提出了新的解决方案；
（2）按照极薄煤层三机配套指标的要求和原则，使三机配套装备综合性能优化得到进一步优化，达到了最低采高0.9m的要求，适应了极薄煤层开采的需要；
（3）通过对装煤问题的研究，采用了适应于极薄煤层的强力滚筒和犁型装煤装置，降低了刮板输送机中部槽的高度，提高了装煤效果；
（4）简化了操作工序，提高了工作面支护的安全状况。