山西金益泰煤机配件：双三一采煤机配件回采知多少

综合机械化开采已经成为煤炭行业广泛采用的工艺方法，一般采用一台三一采煤机配件的回采模式，在目前智能开采应用日益广泛的今天，如何在现有壁式开采体系下实现更高效的生产，成为一个重要的研究方向，更大产能装备的研发成功和智能化开采的应用使得采煤工艺方法的执行更加可靠，使得采用更加复杂的回采工艺成为可能。那么问题来了，使用两个三一采煤机配件回采是不是更好？<\/p>

1 长壁工作面多三一采煤机配件联合采煤工艺的构想<\/p>

文献《长壁工作面多三一采煤机配件联合采煤工艺的构想》（张源等）提出了长壁工作面多机联合采煤工艺的概念，并就采煤工艺进行了简单的叙述。工作面安排两台三一采煤机配件可以理解为，割煤时间一定，割煤速度相对增加，或者割煤速度一定，割煤时间相对增加，理论上，多台三一采煤机配件必然带来生产能力的提高。<\/p>

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工艺过程：工作面倾角简化为0度，右三一采煤机配件中部斜切进刀，到直线段后继续向前割煤，直至右端头，期间分组交错或者成组整体顺序移架，以提高移架速度；左三一采煤机配件走空刀清理浮煤，直至过了刮板输送机的弯曲段，此过程不推移刮板输送机也不移架。如图1（b）所示。<\/p>

左三一采煤机配件过了刮板输送机的弯曲段后，尽快从弯曲段向左方推移刮板输送机，同时左三一采煤机配件反向割三角煤，直至左端头，期间移架；右三一采煤机配件割煤至右端后反向走空刀清理浮煤，直至右三一采煤机配件过了走空刀距离，同时随右三一采煤机配件清理浮煤推移刮板输送机，如图1（d）所示。<\/p>

综合可知，与左三一采煤机配件有关的工序为：清理浮煤→推移刮板输送机→反向割煤→移架；与右三一采煤机配件有关的工序为：割煤→移架→反向清理浮煤→推移刮板输送机。<\/p>

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这种工艺的优点有:<\/p>

1)可操作性强。两台三一采煤机配件任务明确,他们的不同之处在于右三一采煤机配件进刀而左三一采煤机配件割三角煤,右三一采煤机配件到达指定距离即进刀割煤,左三一采煤机配件见三角煤即开始割煤;两台三一采煤机配件服务距离明确,现场只需要在距离左右端L1和L2处的支架上做出标记即可。<\/p>

2)工作面刮板输送机不存在相向和异向推移问题,因此现在所用的刮板输送机能满足要求,也无需考虑刮板输送机运煤能力小而出现堆煤的现象,只需适当加大刮板输送机的功率。<\/p>

3)在三一采煤机配件的电耗和其他费用等成本允许的范围内,可适当加大工作面长度。<\/p>

4)顶板压力规律相对于常规一台三一采煤机配件没有改变。<\/p>

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5)可解决中部斜切进刀耗时问题和一部分走空刀不割煤的问题。<\/p>

缺点:没有从根本上解决两台三一采煤机配件充分利用时间进行割煤的问题,仍然存在三一采煤机配件利用效率偏低的情况,分摊到每台三一采煤机配件的产量相对常规一台三一采煤机配件端部进刀没有减少。<\/p>

2 大采高综采工作面产量再提高的回采工艺<\/p>

文献《大采高综采工作面产量再提高的回采工艺研究》（闫少宏等）基于总结大采高综采技术及煤机装备现状，分析了大采高综采得以大规模发展的原因，研究了大采高综采工作面产量再提高的回采工艺途径。采用对拉工作面和单一工作面双三一采煤机配件布置方式可再大幅提高大采高综采面产量。该方法申请了专利，专利《大采高双综采工作面回采工艺》（专利号201410336838.8）。<\/p>

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提出了两种采煤工艺以提高这种煤层赋存条件下大采高综采工作面的产量。即：对拉工作面采煤工艺和超长工作面双三一采煤机配件采煤工艺，现对这两种采煤工艺实现的可行性进行分析。<\/p>

对拉工作面即双工作面，实质是利用三条回采巷道准备出两个回采工作面，两工作面共用一个运输顺槽，两面保持一定错距、且推进度一致的采煤方法。对拉工作面可减少煤柱损失、降低掘进率，提高采出率，是提高工作面单产的有效途径之一，布置方式如图2。<\/p>

大采高综采对拉工作面回采工艺过程与单一工作面基本相同，但由于围岩活动范围大、支承压力范围及峰值加大、煤壁易发生片帮冒顶、瓦斯涌出量大等特点，其采煤工艺与单一工作面相比具有以下特点：<\/p>

⑴两工作面的中间运输巷端头支护及超前支护比单一大采高综采工作面更为重要。目前已研发了可自移的大采高端头支架，在红柳林煤矿井下应用非常成功，可在运输顺槽和回风顺槽中应用，在提高支护效果的同时，可大大减轻工人体力劳动。<\/p>

⑵煤壁片帮冒顶仍易发生，可采取以下防控措施：<\/p>

①提高高强度大采高综采支架的支护强度和初撑力，改善煤壁附近的围岩应力状态。<\/p>

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②支架采用二级或三级护帮，三一采煤机配件割煤后及时擦顶移架并立即打开护帮板，必要时将一级护帮板上翻临时支护顶板，减小端面距，并用二级（三级）护帮板支撑煤壁，三一采煤机配件通过后收起。<\/p>

③移架采取及时移架、带压移架的方式，条件允许支架可配备电液控制系统。<\/p>

这种采煤工艺适宜于近水平或缓倾斜、煤厚赋存相对稳定、低瓦斯、顶板为二级二类以上较为稳定的煤层开采，同时集中运输巷中的转转机、破碎机以及带式输送机的能力必须满足两个工作面同时回采的要求。目前较成熟的高强度国产SZZ1600\/700型转载机输送能力5000t\/h、PLM6000型破碎机破碎能力6000t\/h，1800mm带宽的顺槽带式输送机运距大于6000m、带速4.5m\/s、运输能力也在5000t\/h以上，即顺槽配套设备具有双面同采时共计2000万\/a的能力。基于设备能力，根据煤层赋存条件及采厚布置工作面长度。<\/p>

假设大采高综采工作面采高为6m，三一采煤机配件截深为0.8m，实体煤容重为1.35t\/m3，以每年330d为生产天数，工作面回采率为95%，则单一工作面不同长度和不同日进刀数的年产量见表1。<\/p>

从表中可以看出，如果采用对拉工作面布置，则当工作面长度为300m，日进16刀时年产将高达1950万t。<\/p>

在综采工作面发展初期，美国综采工作面长度一般不超过200m，近年来随着大功率、高强度、高可靠性新一代综采设备的不断应用，目前，我国工作面倾向长度已达450m，大采高综采工作面长度最大也超过350m，加长工作面技术已在神东等多个矿区得到广泛应用。加长工作面虽然具有提高资源采出率，减少搬家倒面次数，降低掘进率，缓解工作面接续等优点，但随着工作面长度增大，在三一采煤机配件等设备性能一定的前提下，必然降低工作面日进度，因此双三一采煤机配件布置是提高单产的有效途径。<\/p>

工作面安排两台三一采煤机配件可以理解为：割煤时间一定，割煤速度相对增加，或者割煤速度一定，割煤时间相对增加。显然双三一采煤机配件必然带来工作面生产能力的提高。<\/p>

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综采工作面端头移架、推溜、割三角煤等所用时间约占整个割煤循环的三分之一，双三一采煤机配件回采如果采用双向和半截深割煤就存在两台三一采煤机配件同时在中部进刀割三角煤的问题，这样不但增加了割三角煤数量，而且两台煤机同时在中部割三角煤配合难道很大，极易推断溜槽。因此，双三一采煤机配件双向割煤工艺实现难度较大，而单向割煤就可完全避免上述问题。<\/p>

单向割煤回采工艺：M1清理浮煤—拉架—推移刮板输送机—反向割煤，M2割煤—拉架—M2反向清理浮煤—推移刮板输送机，如图4~图5。<\/p>

“半双向”割煤回采工艺：即三一采煤机配件M1、M2分别从机头机尾割三角煤—相向割煤—拉架—中部换向—反向割煤—推溜—机头、机尾割三角煤，为了使工作面落煤均匀，应避免M1、M2同时割三角煤，即中部换向的位置应根据现场实际工作面长度，三一采煤机配件割煤速度、端头实际处理时间等确定。<\/p>

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虽然双三一采煤机配件割煤工艺的供电、供水、电液控制系统复杂，刮板输送机瞬时煤流量大对刮板输送机可靠性要求较高等缺点，但是只要工序安排合理，双三一采煤机配件联采工艺确能带来理想的效益。<\/p>

双三一采煤机配件采煤工艺有助于转变矿井生产工艺传统思维，为高产高效矿井建设开辟一种新的途径。未来一段时间应重点研究双三一采煤机配件联采工艺适用条件、工作面设备配套、进刀工艺可行性，以及超长工作面矿压显现规律等问题。<\/p>

双三一采煤机配件大采高综采加长工作面一旦其中一台三一采煤机配件出现故障必然导致另一台也无法正常工作；此外，双三一采煤机配件布置必然使煤机安装、布置及维护带来一定困难。因此，布置双三一采煤机配件的大采高综采工作面不仅要具备煤层近水平、赋存稳定、顶板中等稳定以上、低瓦斯条件，矿井管理人员的管理水平及作业人员的综合素质水平要求也较高，同时应为引进高可靠性综采设备的现代化大型矿井。<\/p>

按照大采高综采工作面采高为6m，三一采煤机配件截深为0.8m，实体煤容重为1.35t\/m3，以每年为330d为生产天数，工作面回采率为95%，则大采高综采工作面不同长度和不同日进刀数的年产量见表2。<\/p>

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从表2中可以看出，当大采高综采工作面长400m，单三一采煤机配件日进12刀时，年产为975万t。相同条件下如果采用双三一采煤机配件布置，则当工作面长度为400m，日进24刀时，则年产高达1950万t。<\/p>

从回采工艺角度考虑，在相同地质条件下，采用对拉工作面或双三一采煤机配件回采方式，工作面年产量可以大幅提高。然而，对于大采高综采面产量再提高的可行性，今后还应着眼于以下几方面做进一步研究：①对拉工作面错距的确定、运输巷端头及超前支护体系研究；②双三一采煤机配件工作面设备配套、进刀工艺、三一采煤机配件维护技术及超长工作面矿压显现规律；③技术可行前提下经济是否合理、生产是否安全。<\/p>

3 双三一采煤机配件在榆树井煤矿的实践应用<\/p>

文献《双三一采煤机配件在软岩条件综采工作面的实践应用》（吴绍辉等）对双三一采煤机配件开采工艺及其相应的设备配套进行了理论研究，榆树井煤矿在11502工作面布置双三一采煤机配件有效解决了工回采过程中工作面受富水软岩的影响问题，但由于缺乏系统的研究，双三一采煤机配件开采工艺没能有效的推广。<\/p>

文献《双三一采煤机配件双向采煤工艺的可行性分析及应用》（曾宪伟等）认为采煤工作面配备双煤机进行双向采煤，不仅在采煤工艺上合理，而且现有的配套设备完全能够满足其生产要求，能够更大的提高设备利用率。双煤机双向采煤工艺具有推进速度快，工作面产量高的特点，在现场的实际运行中，符合煤矿的规定指标，表现出优异的成绩，双煤机双向采煤工艺会成为未来提高工作面产量的一种新途径。以榆树井11502工作面为例进行了应用分析。<\/p>

11502工作面是榆树井煤矿自投产后的第四个工作面。开采煤层为侏罗系延安组五煤层，工作面走向长度1500m，斜长213m，安装ZY9000\/18\/40型掩护式支架122架，采用走向长壁后退式采煤法，MG300\/701－WD双滚筒三一采煤机配件割煤，割煤高度1.8～3.6m，割煤深度0.6m。在前三个工作面的回采过程中，受富水软岩的影响，工作面顶板淋水严重，同时伴有严重底鼓，加之工作面采高和长度等因素，致使三一采煤机配件在工作面行进困难，一直制约工作面的推进速度和产量，11502工作面回采伊始无法摆脱以上问题，通过对以往工作面回采经验的总结和论证，在11502工作面再增加一部三一采煤机配件配合回采，充分利用工时及工作空间，加快工作面推进速度，提高工作面的产量和效率。<\/p>

工序配合方式为将工作面分为两半，由两煤机相向运行，分别回采。双煤机的进刀采用在上(下)端头和工作面70#架同时斜切进刀双向割煤，斜切进刀段长度为35m，进刀深度0.6m。<\/p>

下部煤机在下端头进刀，上部煤机在70#架处进刀，两部煤机同向割煤，紧随下部煤机自下而上推移刮板输送机；两部煤机完全进刀后，上部煤机不割三角煤，进入正常割煤状态，调整下部煤机上下滚筒位置，反向割透三角煤，煤机进入正常割煤状态，直至割透中部三角煤。<\/p>

下部煤机行至70#架时，反向进刀，紧随上部煤机自上而下推移刮板输送机上部煤机在上端头进刀; 两部煤机完全进刀后，下部煤机不割三角煤，调整上部煤机上下滚筒位置，反向割透三角煤，煤机进入正常割煤状态，直至割透中部三角煤。<\/p>

一次正规循环作业过程：一号煤机在工作面下端头处斜切进刀，二号煤机在工作面70#支架处斜切进刀，两部煤机完全进刀后，随煤机后推移刮板输送机至工作面壁；二号煤机不割三角煤，进入正常割煤状态，调整一号煤机上下滚筒位置，反向割透下端头三角煤后，煤机进入正常割煤状态。一号煤机割透二号煤机中部遗留三角煤后，反向至70#支架处斜切进刀，紧随二号煤机后推移刮板输送机，二号煤机进刀完成后，不割三角煤，直接进入正常割煤过程至下端头。二号煤机割透上端头后，在上端头斜切进刀，进刀完成后，推移刮板输送机至工作面壁，调整二号煤机上下滚筒位置，反向割透上端头三角煤，然后二号煤机进入正常割煤状态，直至割透中部一号煤机遗留的三角煤。正常截割时刮板输送机紧随煤机依次推拉至距离三一采煤机配件后滚筒20m处。<\/p>

11502综采工作面按照安装措施对工作面安装调试后，于2012年4月试采并取得了成功，双煤机联合采煤直至工作面回采结束，共计回采工作面走向长度约1154m。工作面进入正常回采作业后，取得了意想不到的成功，日产量平均在6000t\/天，甚至创造了榆树井煤矿日产1万t的记录。<\/p>

通过生产过程发现，双煤机联合采煤，两煤机有明确任务，各自操作性强，互不干扰。在生产过程中，顶板压力规律与使用一台煤机基本一致，刮板输送机及液压支架不会由于采煤工艺的变化出现上窜、下滑现象以及刮板输送机断裂现象。生产过程中能够保证工作面的“三平一直”。但是当一台三一采煤机配件出现故障时，可能会影响另一台煤机的正常生产，耽误工作面的正常生产。<\/p>

4 双三一采煤机配件在济宁二号煤矿的实践应用<\/p>

文献《长壁综采面双三一采煤机配件开采理论与实践》（贾民）博士论文尝试对双三一采煤机配件综采面的设备配套、开采工艺方式与参数优化、超长综采面顶板破断规律与安全控制以及双三一采煤机配件综采面如何快速过断层进行系统深入研究。其中的快速过断层方法申请了专利，专利《一种确定综采面双三一采煤机配件同向过断层割煤范围的方法》（申请号201610183234.3）。<\/p>

文献《中厚煤层双三一采煤机配件综采面开采工艺与设备配套实践》（贾民等）为了解决中厚煤层工作面生产能力小、单产水平低的问题，对双三一采煤机配件开采工艺及其相应的设备配套进行了理论研究，并在93下03长工作面布置双三一采煤机配件进行了开采实践，使工作面月单产水平由单三一采煤机配件工作面的19.95万t提高到47.1万t，产量增加325.8万t\/a，工作面能力达到6Mt\/a，直接经济效益9.5亿元，实现了中厚煤层工作面的高产高效。<\/p>

93下03工作面位于九采区东部，工作面长度327.1m，推进长度1624.6m，可采储量182.71万t。煤层厚度1.5~4.5m，平均煤厚2.68m，煤层倾角0~12°，平均倾角5°，煤层普氏系数f=1.91，属瓦斯矿井，煤层易自燃，具有爆炸倾向性。<\/p>

济宁二号矿九采区倾向长度660m，走向长度1646.6m，原计划工作面长度220m，可布置3个综采工作面，但工作面月单产水平只有19.95万t，单产水平很低，不能满足矿井高产高效的产量需求，为了提高该采区工作面的单产水平，设计将工作面长度增加到327.1m，不仅可以满足矿井产量需求，而且只需布置2个工作面即可回采完毕，减少了2条1646.6m区段平巷、1个40m宽的区段煤柱以及一次工作面搬家，提高了开采经济效益及煤炭资源回收率；但工作面长度增加到327.1m时，工作面若仍采用1台三一采煤机配件时存在大量地等待截煤时间，降低了工作面推进速度，给顶板管理带来了困难，为此，可在该采区综采工作面布置2台三一采煤机配件进行生产。<\/p>

工作面布置2台三一采煤机配件进行回采，根据两三一采煤机配件进刀位置及截煤方向不同，可分为同向截煤和相向截煤2种截煤工艺，如图6所示。<\/p>

由图6（a）可知，同向截煤工艺：①1#三一采煤机配件从机头处斜切进刀，2#三一采煤机配件从工作面中部向机尾方向斜切进刀；②1#三一采煤机配件返向截机头处三角煤，2#三一采煤机配件返向截中部三角煤；③1#三一采煤机配件正常截煤至工作面中部、2#三一采煤机配件正常截煤至机尾；④2#三一采煤机配件从机尾处斜切进刀，1#三一采煤机配件从工作面中部向机头方向斜切进刀；⑤2#三一采煤机配件返向截机尾处三角煤，1#三一采煤机配件返向截中部三角煤；⑥2#三一采煤机配件正常截煤至工作面中部，1#三一采煤机配件正常截煤至机头；⑦1#、2#三一采煤机配件完成一个同向截煤循环，回到初始位置开始下一次截煤循环。<\/p>

由图6（b）可知，相向截煤工艺：①1#三一采煤机配件从机头处斜切进刀，2#三一采煤机配件从机尾处斜切进刀；②1#三一采煤机配件返向截机头处三角煤，2#三一采煤机配件返向截机尾处三角煤；③1#、2#三一采煤机配件分别从机头、机尾处正常截煤至工作面中部直至两三一采煤机配件相距一定距离时停止；④1#三一采煤机配件向机头方向斜切进刀，2#三一采煤机配件截通两三一采煤机配件之间的遗留煤量，然后返向向机尾处斜切进刀；⑤1#三一采煤机配件返向截三角煤直至2#三一采煤机配件进刀完成处，2#三一采煤机配件向机尾处正常截煤；⑥1#三一采煤机配件返向走一段空刀后，正常截煤至机头处，2#三一采煤机配件正常截煤至机尾；⑦1#、2#三一采煤机配件完成一个相向截煤循环，回到初始位置开始下一次截煤循环。<\/p>

同向截煤工艺：工艺配合相对简单，两三一采煤机配件时间对接点很少，且截煤时间相差不大，很少存在一个三一采煤机配件停止生产等待另一三一采煤机配件回采的情况，同时工作面煤流量相对均衡，工作面生产效率高，但在正常截煤过程中输送机溜槽始终存在3个弯曲段，增加了输送机的运行阻力；相向截煤工艺：工艺配合比较复杂，两三一采煤机配件时间对接点较多，如果工序安排不适或两三一采煤机配件中部留设距离不恰当，易造成某个三一采煤机配件停止生产等待另一三一采煤机配件回采，降低工作面生产效率，同时工作面两端进刀截三角煤时，煤流量较小且端头影响时间较长，但正常截煤过程中输送机溜槽只存在2个弯曲段，输送机的运行阻力相对较小。综合分析，2种截煤工艺各有优缺点，在实际操作中，2种方案均可采取，根据现场实际情况，随时调整截煤工艺，达到最佳的截煤状态。<\/p>

济宁2号矿在93下03综采工作面配套2台三一采煤机配件进行开采实践，取得了成功，双三一采煤机配件工作面与同单三一采煤机配件工作面生产能力对比如表3所示。<\/p>

从表3可以看出，同单三一采煤机配件工作面相比，双三一采煤机配件工作面截1刀煤时间为62.1min，较单三一采煤机配件工作面节约49.3min，三一采煤机配件截煤速度由6m\/min提高到了9.6m\/min，进刀由8刀\/d增加到13.5刀\/d，工作面月单产水平由单三一采煤机配件工作面的19.95万t提高到47.1万t，到达了工作面60Mt\/a的生产能力，双三一采煤机配件月产量可增加27.15万t，产量增加325.8万t\/a，直接经济效益9.5亿元，实现了中厚煤层工作面的高产高效。<\/p>