综采方式比较及综采工作面设备的选型初探

综采方式比较及综采工作面设备的选型初探

李晓宇

李晓宇（煤炭工业太原设计研究院）

摘要：本文探讨了综采几种采煤方式的特点，并对综采工作面设备的选型以及设备发展的趋势作了简要介绍。

关键词：综采方式工作面

0引言

综采是指煤矿的综合机械化采煤，目前，综采是我国最为先进的采煤工业，能够实现破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等主要生产工序的机械化，机械化率可达到95%以上。

1采煤方式的比较

科学合理的采煤方法是矿井高产高效的关键。很多因素影响采煤方法的选择，比如地质构造、煤质条件、煤层的埋深和赋存状况、煤层厚度硬度以及结构、顶底板的条件以及矿井的生产能力等。

1.1人工假顶分层综采。人工假顶分层综合机械化采煤是将厚煤层分成若干层，顶分层为下分层铺设人工假顶的一种采煤方法，该方式适用于煤层顶板中等冒落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。采用该方式煤炭回收率高，厚煤层回采率可达95%以上，但存在推进速度较慢，下分层顶板及巷道不易于维护，反复揭露采空区易燃大火的问题，此外，铺设假顶人工成本高昂、耗时耗力，工艺复杂。随着更先进采煤方式的推行，人工假顶分层开采方式的采用日趋下降，在高产高效的矿井中，由于能够极大提高工作面单产水平，创造突出经济和社会效益，条件许可的状况下，尽量采用放顶煤综采或大采高综采。

1.2一次采全高放顶煤综采。放顶煤综采采煤法是在厚或特厚煤层的底部布置回采工作面，采用滚筒式采煤机、放顶煤液压支架、刮板输送机及其他附属设备进行的配套联合生产作业，使用采煤机正常割煤，并利用矿山压力或辅以人工松动方式破碎工作面上方顶煤，使之随工作面推进从液压支架的上方或后方放出并回收的一种采煤方法。近几年来，随着综采放顶煤设备的技术进步和功能完善，并因其高适应性、低能耗性、安全稳定、高产高效的特点越来越成为厚煤层、厚度变异系数大的厚煤层首选采煤方法。与传统的分层综采相比，放顶煤综放工作面比分层综采面更为高产，产量能提高一半或更高，综放工作面也更为高效，采全厚综放的掘进率比分层综采巷道的减少将近一半，相应降低了巷道维护费用；综采放顶煤与分层综采相比，金属网、坑木、油脂、巷道支护材料等消耗量大量减少，吨煤成本得以降低，同时减少了综采设备的搬家次数与费用，节约大量的搬移资金。另外，综采放顶煤与分层综采相比，吨煤可节电率提高，同时也更加安全，该方式对煤厚变化大、构造比较复杂的地质条件有较好的适应性。但与分层综采相比，煤炭回收率稍低，工作面设备多、投资大管理复杂，易混入矸石，造成原煤灰分高，工作面作业条件差。

1.3大采高综采。大采高综采指分层高度和采煤机割煤高度大于3.5米的综采。大采高采煤法适合煤层厚度为3.5米至5.5米，煤层及顶底板中硬以上的地质条件。随着大采高设备技术和功能的进步与完善，大采高综采已成为我国高产高效矿井的主要采煤方法之一。该方式工作面单产高，增产潜力大，工作面设备少，工序简单且易管理，与放顶煤综采相比，含矸率低，成本低，初期经济效益好。该方式设备投资较高。采高大，工作面煤壁松软时易片帮。下分层工作面易发生漏顶事故。此外，推进速度快要求更快的移架速度。

2综采工作面设备选型以及发展趋势

综合机械化采煤工作面是指用滚筒式采煤机或刨煤机、液压支架、可弯曲刮板输送机以及通讯、照明灯附属设备配套生产的工作面。综采实现了采煤的机械化，大大减轻了人工体力劳动，极大地提高了工作面的产量，工作效率也上升到了崭新的水平，综采工作面平均效率是普采工作面的将近3倍，综采工作面液压支架支撑着工作面的顶板，掩护式和支撑掩护式液压支架以其坚固的掩护梁将工作面和采空区相隔离，把工作面密封成一个工作空间，极大提高了采煤的安全性，减少了人生伤亡事故的方式。综采工作面设备包括工作面和顺槽生产系统中的机械和电气设备。主要有液压支架、双滚筒采煤机、刮板输送机、端头支架、破碎机、桥式转载机、可伸缩胶带输送机、乳化液泵站、冷却灭尘泵、低压磁力起动器、移动变电站、高压防暴开关、综合保护装置以及通讯控制设备等。

高效矿井综采的实现，成套设备的配备、工作面采煤机、液压支架、刮板运输机“三机”的选型和配套是关键，否则将会对单机性能发挥造成影响，降低综采设备开机率，严重时制约综采生产的运行。综采设备的选型和配套是煤矿矿井采区设计和工艺选择的根本和依据，同时也是各单机设计的依据，好的选型和设计能够使成套设备性能与采煤工艺相适应，使综采成套设备与矿井的产能以及自身地质状况适应。

从设备选型而言，首先，“三机”的几何尺寸要配套。综采工作面，横断面几何配套尺寸是设备间配套关系的反应，必须要注意空顶距、铲间距、人行道空间、过机过煤空间、采煤机同刮板运输机行走方向间隙以及煤机牵引部和刮板运输机的牵引销轨等的尺寸等；其次，工作面设备性能要配套。采煤机底托架、牵引部、行走滑靴要与刮板输送机配套，刮板输送机和采煤机配套后要保证割透工作面两端头的三角煤，其中步槽的长度应和支架中心距相同，支架的移动速率要和采煤机牵引速度适应，采煤机截深要与液压支架推移步距适应；另外工作面设备生产能力要配套，工作面刮板输送机生产能力要充分保证采煤机采落煤全部运送出，并有适当余量，即遵循：顺槽皮带机运输能力的值为最大，其要高于转载机的运输能力，而转载机要大于刮板运输机的运输能力，刮板输送机运输能力值要比采煤机生产能力大。

综采工作面成套设备包括采煤机、刨煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等。

对于液压支架来讲，它是影响综采工作面各项参数以及能效的重要设备，要使其支护阻力及强度同工作面矿压适应，支架结构与煤层赋存条件适应，支护断面和通风要求适应，同时要考虑安全生产、工作面推进速度以及设备投资等的因素。简单实用正成为液压支架结构的发展方向，设计上来讲，倾向于整体顶梁掩护式的结构，选用能够减轻支架自重高强度的钢材，加载试验循环次数的标准更高，支架生命周期更长，支护范围逐步扩大，液压支架额定宽度向2米发展，以有效解决支撑高度和工作阻力增大后的稳定性问题。

我国大运量、高强度和可靠性、高质量的工作面刮板输送机以及配套顺槽自动转载机达到了世界先进水平，刮板输送设备中碳锰合金钢整体铸造槽帮中部槽逐步取代了轧制槽帮以及分体槽帮中部槽，有利于提高整机实用寿命的高强度耐磨板也广为采用。能够极大增强刮板链的动力性能和安全系数的大规格、高强度圆环链和接连环以及新型的传动装置都在设计和使用，对于调高刮板输送设备的运行可靠性起到了举足轻重的作用。对于采煤机而言，它是综采工作面小时生产能力的重要生产设备，目前普遍采用双滚筒、以电牵引来取代液压的方式，电机增多，功率更大并且不断向智能化、自动化、机电一体化、运维简单、操作安全的方向发展，对于提高截割牵引速度、截深、提高单产以及设备运行的可靠性而言是非常有益的。

参考文献：

[1]方新秋，钱鸣高，曹胜根，缪协兴.综放开采不同顶煤端面顶板稳定性及其控制[J].中国矿业大学学报.2002.(01).

[2]李秋辉.深矿井冲击地压及防治措施[J].煤炭技术.2008.(07).

[3]鲁建成.深矿井开采[J].煤炭技术.2006.(04).