張高杰 趙楷棣 時(shí)小勇

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南 平頂山 467091）

智能化開(kāi)采體現(xiàn)了井工煤礦少人、無(wú)人安全理念，同時(shí)也為礦井高效提供了設(shè)備支撐，因此綜采智能化將成為未來(lái)煤炭開(kāi)采的發(fā)展趨勢(shì)[1]。綜采工作面“三機(jī)”配套是綜采設(shè)備的核心，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件工作面選用智能化設(shè)備更為重要。

我國(guó)安全高效較薄煤層工作面按裝備區(qū)分主要有兩種類型：（1）全套國(guó)產(chǎn)新型設(shè)備；（2）國(guó)產(chǎn)液壓支架、重型刮板輸送機(jī)配以進(jìn)口電牽引采煤機(jī)[2-3]。六礦戊8-32010工作面選用全套國(guó)產(chǎn)智能化綜采設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了安全高效開(kāi)采。

1 工作面概況

戊8-32010保護(hù)層工作面位于六礦三水平戊二上山采區(qū)東翼，設(shè)計(jì)可采走向2400 m，采長(zhǎng)220 m，采高2.3 m，埋深780～840 m。工作面煤層較穩(wěn)定，煤厚1.4～3.0 m，平均2.3 m，屬中厚偏薄煤層。煤層傾角9.7°～1.8°，平均5.7°。煤層偽頂為碳質(zhì)泥巖，厚度0.2～0.4 m；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度10.0～15.15 m；老頂為細(xì)砂巖，厚3.0～5.75 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚7.0～11.8 m。該工作面呈緩傾斜單斜構(gòu)造，對(duì)回采有影響的斷層有13條。

2 配套選型原則

（1）滿足礦井提升運(yùn)輸能力及尺寸要求。

（2）適應(yīng)戊8-22310工作面地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)參數(shù)。

（3）滿足工作面生產(chǎn)能力要求，使用國(guó)內(nèi)成熟設(shè)備。

（4）智能化控制系統(tǒng)兼具狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控制、數(shù)據(jù)分析、智能控制和智能維護(hù)功能，滿足順槽控制和地面遠(yuǎn)程控制。

3 主要設(shè)備選型

3.1 液壓支架

根據(jù)礦井煤層頂?shù)装濉⒚簩淤x存條件，參照近年礦區(qū)開(kāi)采經(jīng)驗(yàn)，確定選用兩柱掩護(hù)式液壓支架。

應(yīng)用于戊8煤層時(shí)支架支護(hù)強(qiáng)度按經(jīng)驗(yàn)公式估算：

式中：K為作用于支架上的頂板巖石厚度系數(shù)，一般取6～8；H為最大采高，3 m；R為巖石容重，一般取25 kN/m3。經(jīng)計(jì)算分析，確定戊8-32010采面支架支護(hù)強(qiáng)度大于0.6 MPa。

液壓支架工作阻力的確定：

（1）按現(xiàn)行較通用的巖石容重法公式

式中：qz為支架的動(dòng)載支護(hù)強(qiáng)度，kN/m2；kd為動(dòng)載系數(shù)，一般取1.5～2.0（Ⅱ級(jí)以上老頂條件），取2；M為一次采厚，取最大采厚3 m；Kp為冒落矸石碎脹系數(shù)，一般為1.25～1.35，取1.25；γ為頂板巖石平均容重，取25 kN/m3。

式中：P為支架工作阻力，kN；LK為端面距，取0.5 m；LD為頂梁長(zhǎng)度，取4.0 m；B為支架寬度，取1.5 m。

（2）巖層結(jié)構(gòu)法

式中：qz為支架的動(dòng)載支護(hù)強(qiáng)度，MPa；k為動(dòng)載備用系數(shù)，取2(Ⅱ級(jí)以上老頂一般取1.5～2.0)；γ為頂板巖石的容重，取25 kN/m3；H為對(duì)支架有直接影響的巖層厚度，H=Ltanθ=4.5×tan70°=12.36 m（L為有效控頂距，m；L=LK+LD，取L=4.5 m；LK為端面距，取0.5 m；LD為頂梁長(zhǎng)度，取4.0 m；θ為頂板斷裂角，一般為60°～70°）。

式中：P為支架的工作阻力，kN；Lk為梁端距，0.5 m；LD為頂梁長(zhǎng)度，取4.0 m；B為支架中心距，取1.5 m；ηs為支架的支護(hù)效率，取75%。

根據(jù)以上方法，確定工作阻力為6800 kN，根據(jù)支架設(shè)計(jì)架型選取ZY6800-15/32D型掩護(hù)式支架。

3.2 采煤機(jī)

滿足戊8-32010工作面地質(zhì)條件及接替面使用，需要功率大、強(qiáng)度高、矮機(jī)身、破巖能力強(qiáng)的采煤機(jī)。（1）根據(jù)礦井工作面年產(chǎn)要求，按平均煤層厚度2.3 m，采煤機(jī)截深0.8 m，日平均循環(huán)個(gè)數(shù)8個(gè)，確定采煤機(jī)牽引速度：）

式中：Vavq為采煤機(jī)所需平均牽引速度，m/min；N為工作面平均日循環(huán)數(shù)8個(gè)；L為工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度220 m；L1為工作面生產(chǎn)時(shí)采用斜切進(jìn)刀方式，開(kāi)機(jī)窩長(zhǎng)度取40 m；T為工作面開(kāi)機(jī)時(shí)間，12 h；T1為開(kāi)機(jī)窩時(shí)間，取20 min。

（2）工作面的最大牽引速度應(yīng)為：

按照計(jì)算，采煤機(jī)的實(shí)際截煤速度應(yīng)達(dá)到2～4 m/min。

（3）采煤機(jī)的截割功率為：

式中：W為需要的采煤機(jī)截割功率，kW；Vavq為采煤機(jī)平均牽引速度，2.57 m/min；B為工作面截深，取0.8 m；H為采高，取2.3 m；α為破巖能力系數(shù)，取1.4；Hγ為能耗系數(shù)，取3～3.5。

根據(jù)最大、最小煤層厚度，確定采煤機(jī)最大 采 高[4]為3 m、最 小 采 高 為1.40 m，選 用MG500/1180-AWD型交流電牽引采煤機(jī)，配套強(qiáng)力破巖滾筒，截深定為800 mm。

3.3 刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)

3.3.1 刮板輸送機(jī)選型

選用SGZ800/1050型刮板運(yùn)輸機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率2×525 kW，電壓3300 V，輸送能力1500 t/h，緊鏈方式為液壓馬達(dá)緊鏈，鏈型為中雙鏈。根據(jù)該面運(yùn)輸巖石量較大情況，選擇整體鑄造運(yùn)輸機(jī)。

3.3.2 轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)選型

轉(zhuǎn)載機(jī)應(yīng)具有高強(qiáng)度，能夠與皮帶機(jī)尾整體自移，選擇參數(shù)以工作面運(yùn)輸機(jī)額定運(yùn)量乘1.1環(huán)節(jié)系數(shù)確定，選擇SZZ800/315轉(zhuǎn)載機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率315 kW，電壓3300 V，輸送能力1800 t/h，鏈型為中雙鏈，結(jié)構(gòu)與運(yùn)輸機(jī)相同為整體鑄造。

破碎機(jī)應(yīng)確保工作面刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)煤流及時(shí)通過(guò)，選擇PLM2200破碎機(jī)，主要技術(shù)參數(shù)：電機(jī)功率200 kW，電壓3300 V，破碎能力2200 t/h。

3.4 乳化液泵站

支架供液系統(tǒng)應(yīng)具有的流量QL由下式估算[5-6]：

式中：QL為支架供液系統(tǒng)應(yīng)具有的流量，L/min；Vy為移架速度，取 4.0 m/min；Kf為同時(shí)用液工況富裕系數(shù)，取2.5；N1為推移千斤頂個(gè)數(shù)，1個(gè)；S1為支架移動(dòng)步距，取0.8 m；F1為推溜千斤頂活塞作用面積，0.031 4 m2；N2為立柱個(gè)數(shù)，2根；S2為升柱降柱行程，0.95 m；F2為降柱時(shí)活塞作用面積，取0.001 2 m2；F3為升柱時(shí)活塞作用面積，取0.013 8 m2；J為支架中心距，取1.5 m。經(jīng)計(jì)算，QL=357.5 L/min。

支架供液系統(tǒng)最低流量應(yīng)不低于357.5 L/min，乳化液泵站選用WRB400/37.5型，配套兩泵一箱，液箱RX400/50 (容積≥5000 L)型。乳化液泵站主要參數(shù)：功率315 kW，電壓1140 V，額定流量400 L/min，額定壓力≥37.5 MPa。

3.5 智能化系統(tǒng)組成

綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)按照工控結(jié)構(gòu)分為設(shè)備控制層、數(shù)據(jù)傳輸層和智能化控制層。智能化控制系統(tǒng)包含順槽控制室和地面控制室。設(shè)備控制層包含采煤機(jī)子系統(tǒng)、液壓支架子系統(tǒng)、三機(jī)通訊控制子系統(tǒng)、智能刮板監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、泵站系統(tǒng)、負(fù)荷中心供電系統(tǒng)、順槽皮帶控制系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和工作面內(nèi)人員定位系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包含工作面以太網(wǎng)系統(tǒng)、工作面數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)接入系統(tǒng)。

4 “二三二”設(shè)備管理模式

（1）雙重包機(jī)，明確設(shè)備管理責(zé)任

將采面智能化設(shè)備包機(jī)：檢修班包機(jī)檢修，生產(chǎn)班包機(jī)操作檢查。檢修包機(jī)人每天必須對(duì)設(shè)備全面檢查維護(hù)，生產(chǎn)班包機(jī)人負(fù)責(zé)接班設(shè)備檢查、班中設(shè)備操作和班末設(shè)備交接。

（2）三級(jí)巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患

生產(chǎn)班接班必須給包機(jī)人充足設(shè)備巡查時(shí)間，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理隱患；檢修班班長(zhǎng)每天詳細(xì)巡查設(shè)備，及時(shí)協(xié)調(diào)處理隱患并對(duì)生產(chǎn)班設(shè)備使用和排查監(jiān)督；跟班干部每旬至少對(duì)設(shè)備全面巡查一次并記錄，檢查督促生產(chǎn)班和檢修班工作。

（3）兩級(jí)責(zé)任追究，強(qiáng)化設(shè)備意識(shí)

對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中損壞設(shè)備落實(shí)兩級(jí)責(zé)任追究。一是責(zé)任班組自行追查分析事故原因和主要責(zé)任，并對(duì)責(zé)任人提出處理意見(jiàn)；二是隊(duì)主要領(lǐng)導(dǎo)根據(jù)班組處理意見(jiàn)，判斷班組的責(zé)任大小，參照隊(duì)里的相關(guān)制度對(duì)班組最終處理。

5 創(chuàng)新與改進(jìn)

（1） 在工作面走向長(zhǎng)度超過(guò)2000 m、信號(hào)傳輸難度大的情況下，采取增加中繼器提升信號(hào)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了井下集控中心及地面數(shù)據(jù)傳輸、一鍵啟停功能正常使用。

（2）反沖洗過(guò)濾廢液實(shí)現(xiàn)復(fù)用。支架反沖過(guò)濾廢液直接排放造成乳化油和凈化水浪費(fèi)，設(shè)計(jì)布置架間廢液回收管路，將廢液直接排入風(fēng)巷打鉆專用泵箱，實(shí)現(xiàn)了廢液再利用。

6 效果分析

通過(guò)科學(xué)設(shè)備選型和管理，工作面實(shí)現(xiàn)了減人提效，見(jiàn)表1。八點(diǎn)班、零點(diǎn)班兩班生產(chǎn)，四點(diǎn)班打鉆對(duì)煤層卸壓注水，最高月產(chǎn)20.35萬(wàn)t。

表1 智能化與常規(guī)綜采工作面比對(duì)

7 結(jié)論

（1）智能化工作面開(kāi)采，減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，單班人員由25人縮減至9人，減少事故根源，保證了安全生產(chǎn)。

（2）設(shè)備升級(jí)，必須配套管理升級(jí)，才能實(shí)現(xiàn)人機(jī)安全。