論綜采工作面采煤機(jī)截深截深與生產(chǎn)的關(guān)系

文/戚良礦，淮南礦業(yè)集團(tuán)

振興煤炭行業(yè)，煤機(jī)要先行。我國作為世界第一的產(chǎn)煤大國，對高性能的煤機(jī)有著巨大的需求。采煤機(jī)作為煤炭行業(yè)所必須的煤機(jī)之一，有著其不可或缺的重要性，目前我國滾筒式采煤機(jī)的截深一般小于1m ，多數(shù)采用0.6m，大功率采煤機(jī)可取0.75m左右。在此大需求、高質(zhì)量的要求下，我國煤機(jī)企業(yè)必須以提高產(chǎn)品質(zhì)量、加大創(chuàng)新力量、擴(kuò)大產(chǎn)品供應(yīng)量為己任，大力促進(jìn)我國煤機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，成為煤炭行業(yè)的堅(jiān)強(qiáng)后盾。

1 截深與生產(chǎn)的關(guān)系

1.1 與頂板管理的關(guān)系

控頂距的大小直接關(guān)系到頂板下沉量的大小。若增大控頂距，頂板的下沉量隨之增大，當(dāng)控頂距增大到使頂板下沉量達(dá)到頂板的破壞極限時(shí)，頂板就會斷裂?？仨敺绞揭坏┐_定，綜采工作面決定控頂距大小的是采煤機(jī)截深，控頂距隨采煤機(jī)截深的增加而增大。所以，頂板下沉量也隨采煤機(jī)截深的加大而增加，采煤機(jī)截深越小，頂板下沉量越小，頂板也相對越穩(wěn)定。

在頂板管理方面，空頂距越小，空頂面積越小，頂板越容易管理。煤層頂板由偽頂、直接頂和基本頂組成。直接頂和基本頂對支護(hù)設(shè)備的選型和工作阻力確定有決定性影響。直接頂主要表現(xiàn)在架前頂板的維護(hù)和管理上。對于中等穩(wěn)定以下頂板，易于冒落，應(yīng)采用較小截深；對于穩(wěn)定以上頂板，頂板堅(jiān)硬，不易冒落，則應(yīng)采用較大截深。具體截深的選擇，主要看矩形無支護(hù)區(qū)頂板能支持多久而不冒落，要根據(jù)工作面地質(zhì)條件和實(shí)際觀測記錄來確定。

1.2 與工作面生產(chǎn)能力的關(guān)系

截深與工作面生產(chǎn)能力、配套設(shè)備運(yùn)輸能力和工作面推進(jìn)速度間存在密切關(guān)系。截深越大，工作面生產(chǎn)能力越大，要求配套設(shè)備的運(yùn)輸能力也就越大。如果配套設(shè)備運(yùn)輸能力小，勢必影響工作面推進(jìn)速度，造成頂板壓力顯現(xiàn)，導(dǎo)致煤壁片幫，影響工作面支護(hù)。長期惡性循環(huán)，將嚴(yán)重影響工作面生產(chǎn)，所以設(shè)備選型配套時(shí)要特別注意工作面生產(chǎn)能力和運(yùn)輸能力相匹配，保持足夠的推進(jìn)速度。

工作面生產(chǎn)能力按下式計(jì)算:

Q=HhVβ

式中，H為工作面采高；h為截深，mm；V為采煤機(jī)截割速度，；β為煤的密度。

可知，截深越大，生產(chǎn)效率越高，生產(chǎn)能力也相應(yīng)地提高。

2 確定截深需要考慮的“三機(jī)”方面的因素

2.1 采煤機(jī)方面的因素

目前，我國采煤機(jī)都設(shè)計(jì)2種以上截深，電機(jī)功率多按截深630 mm裝備。采煤機(jī)的螺旋滾筒，既要割煤又要裝煤，滾筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)對綜采的割煤效率、塊煤產(chǎn)出率和裝煤效果有著決定性的影響，電機(jī)功率所轉(zhuǎn)化的工作力必須滿足滾筒切入煤壁所需的切削力、工作阻力以及牽引力。采煤機(jī)功率大小關(guān)系到刀齒沿滾筒徑向和軸向切入煤墻的厚度和寬度。采煤機(jī)功率越大，牽引力、切削力越大，截深相應(yīng)也會提高。反過來，工作面截深增加，“三機(jī)”配套時(shí)必須加大采煤機(jī)功率。

2.2 液壓支架因素

工作面液壓支架推移行程決定截深范圍。工作面采煤機(jī)、液壓支架和刮板機(jī)之間配套關(guān)系如圖1。從圖1可看出，截深大致為采煤機(jī)滾筒寬度，而實(shí)際生產(chǎn)中截深是由液壓支架推移千斤頂行程決定的，與液壓支架、采煤機(jī)結(jié)構(gòu)及安全幾何尺寸關(guān)系不很密切。

截深影響液壓支架的選型。液壓支架最大控頂距與最小控頂距的差值便是滾筒寬度，也就是截深。工作面截深一旦選定，液壓支架選型時(shí)，其工作阻力、支護(hù)控頂距便受到截深的影響。由于液壓支架的梁端距是個(gè)定值(一般為260～350mm)，若工作面截深增加，則最大控頂距增大，支架受力增大，支架設(shè)計(jì)時(shí)工作阻力必須相應(yīng)增大。另一方面，工作面截深增大后，支架移架步距增大，頂板冒落面積增大，冒落矸石對支架掩護(hù)梁的沖擊載荷增大，只有通過增加支架的支護(hù)強(qiáng)度才得以解決。

3 截深確定舉例

某礦區(qū)是復(fù)合破碎型頂板，頂板易于冒落，截深不宜過大。通過不斷研究和實(shí)踐，最后確定合理的截深為630mm。

3.1 700mm截深效果

該礦區(qū)一煤礦首先采用截深為700mm。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，操作人員技術(shù)業(yè)務(wù)不熟練，特別是設(shè)備體積大，巷道寬度大，變形嚴(yán)重，轉(zhuǎn)載機(jī)推移困難，工作面推進(jìn)速度慢，導(dǎo)致頂板壓力大，造成煤壁片幫、頂板冒落；液壓支架為整體頂梁結(jié)構(gòu)，不能及時(shí)有效地支護(hù)頂板，造成惡性循環(huán)，影響了正常生產(chǎn)。

3.2 600mm截深效果

自2001年后，該集團(tuán)選用了輕型綜采設(shè)備。該集團(tuán)在第二對礦井建設(shè)時(shí)，選用的液壓支架為ZY4000-14/32型，截深為600mm，設(shè)備功率、體積變小，相應(yīng)的巷道寬度由4.4m降到3.2m；同時(shí)液壓支架使用了伸縮梁，對片幫冒頂起到了很好的支護(hù)和控制作用，提高了生產(chǎn)能力。之后，支架又增加了護(hù)幫板，進(jìn)一步加強(qiáng)了頂板管理效果。

3.3 630mm截深的確定

隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，大功率、大運(yùn)量設(shè)備的廣泛應(yīng)用，該礦區(qū)普遍采用600mm截深綜采工作面，煤壁片幫程度仍然很大，需要經(jīng)常拉超前架及時(shí)支護(hù)。從現(xiàn)場情況觀察分析，造成煤壁片幫的主要原因是:煤層自然條件、頂板壓力和斷層影響，受截深影響不是很大。為此，對液壓支架強(qiáng)度、截深進(jìn)行了進(jìn)一步地研究。經(jīng)過近幾年的綜采生產(chǎn)實(shí)踐，在設(shè)備選型配套、截深選擇等方面不斷積累經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合該礦區(qū)煤田賦存狀況，地質(zhì)構(gòu)造情況、綜采裝備及綜合機(jī)械化水平，最終確定該礦區(qū)綜采生產(chǎn)技術(shù)模式和合理截深:工作面巷道寬度一般不超過3.8m，液壓支架工作阻力不低于3800kN，采煤機(jī)截割電機(jī)功率不低于400kW，刮板機(jī)槽寬不低于730mm，電機(jī)功率不低于200kW，合理的截深為630mm。