魏墙煤矿综采工作面长度与设备的合理配套

程进保，李军胜，焦长军

(陕西延长石油集团横山魏墙煤业有限公司，陕西 榆林 719100)

0 引言

我国在煤炭开采中，多采用壁式体系采煤法[1-3]，而壁式体系又以长壁综合机械采煤为主[4-5]。近年来，随着综合机械化采煤装备的提升，工作面装备趋于重型化、大型化，工作面单产显著提高[6-9]。设备外形尺寸的增加大部分可通过工程技术手段解决，但工作面设备与巷道工程(主要为工作面长度)配套不合理，对工作面的安全高效生产具有一定的影响。基于此，针对魏墙煤矿综采工作面设备与工作面长度配套所存在的问题进行探究，以提出合理的解决对策。

1 工程背景

1.1 魏墙矿井概况

魏墙煤矿2015年11月建成投产，设计生产能力300万t/年，核定生产能力600万t/年，是陕北侏罗纪煤田榆横矿区南区唯一一座特大型现代化矿井，实现“一井一面”开采模式。矿井采用斜井单水平盘区式开拓，地质构造简单，煤层赋存稳定，主采煤层为3-1号煤层，煤层平均厚度3.07 m，煤层倾角小于1°。井田划分为4个盘区，首采盘区一盘区南翼已回采结束，现生产盘区为二盘区。

1.2 工作面概况

魏墙矿井采用走向长壁综合机械化开采，综采工作面设计长度以300 m为主，与综采工作面配套的回采巷道胶运顺槽设计净宽5.5 m，辅运/回风顺槽(上一工作面辅运顺槽为下一工作面回风顺槽)设计净宽5.4 m；工作面两顺槽全部沿煤层顶底板掘进，且净高不低于2.8 m。魏墙矿井综采工作面刮板输送机为中煤张家口煤矿机械有限公司生产的SGZ1000/2100型刮板输送机，装机功率3×700 kW，输送机内槽宽1 000 mm，机头架组件长5 024 mm、过渡槽长3 950 mm、中部槽及变线槽长1750mm、机尾架长6144mm。综采工作面液压支架全部为山西平阳重工生产，其中中部架型号为ZY10000/20/38D，过渡架型号为ZYG10000/20/38D，端头支架型号为ZYT10000/20/38D，支架中心距均为1 750 mm。

2 回采过程中遇到的问题

2.1 问题一简述

魏墙煤矿首采工作面为1301工作面，工作面设计长度300 m，工作面设计安装支架176台(安装刮板输送机中部槽167节)，工作面开始回采时，机头安全出口约为0.5 m，机尾安全出口约1.5 m。此时，机头排头架至帮约为0.8 m，机尾排头架至巷帮约为0.7 m。为确保工作面机头安全出口满足《煤矿安全规程》综合机械化采煤工作面人行道宽度不得小于0.8 m的规定，工作面通过机头加刀向机尾调整，调整后工作面机头安全出口约为0.9 m，机尾安全出口约为1.1 m。此时，机头排头架至帮约为1.2 m，机尾排头架至巷帮约为0.3 m。虽然此时保证了工作面机头机尾安全出口宽度，但工作面后续推采中轻微上窜下滑便导致工作面机头安全出口不足或机尾排头架挤煤帮现象的发生，严重影响工作面的安全高效生产。同时，机尾排头架挤帮或排头架至帮小于0.4 m后，工作面机尾回风隅角甲烷、一氧化碳传感器无法按照《煤矿安全监控系统及检测仪器使用管理规范》要求吊挂，影响工作的安全生产[10-11]。因此，工作面不得不在机尾处拆除一台中部支架与一节中部溜槽。300 m长工作面安装176台支架后平面关系如图1所示。

图1 安装176台支架现场设备与巷道关系平面图Fig.1 Plan of relationship between 176 supports and roadway

2.2 问题二简述

吸取首采工作面教训后，后续1303、1307、1311工作面设计长度均为300 m，全部安装175台支架(安装刮板输送机中部槽166节)。回采过程中，机头、机尾安全出口平均约为2 m，虽然未发生机尾端头架挤煤帮、机头安全出口不足与传感器无法按要求吊挂问题，但是减少一台支架后两端头排头架至巷帮距离增加，特别是机头排头架至巷帮距离达到2.3 m，按照《煤矿安全生产标准管理体系基本要求及评分方法》要求，排头架距巷帮大于0.5 m需进行加强支护，这样两端头均需沿切顶线打设单体支柱约5根(间距按0.5 m)，增加了工作面的工作量。同时，工作面轻微上窜下滑便会发生两端煤壁割不透现象，只能通过降低煤机运行速度(防止煤机滚筒割在转载机槽帮上损坏设备)深度卧底来割透煤壁，制约着工作面的高效生产。300 m长工作面安装175台支架后现场设备与巷道关系平面图，如图2所示。

图2 安装175台支架现场设备与巷道关系平面图Fig.2 Plan of relationship between 175 supports and roadway

3 原因分析

问题一未能得到有效解决而引发问题二，即综采工作面长度与工作面设备配套不合理所致，也就是综采工作面长度同支架与刮板输送机配套问题。对此，通过理论分析与现场比对的方法寻找原因。

3.1 理论分析

工作面设计长300 m，胶运顺槽设计净宽5.5 m、回风顺槽设计净宽5.4 m，工作面与两巷总长度=工作面设计长度+胶运顺槽设计宽度+回风顺槽设计宽度≈311 m。

工作面长度与刮板输送机长度配套分析:根据SGZ100/2100型刮板输送机使用说明书，该输送机机头架组件长5 024 mm、过渡槽长3 950 mm、机尾架长6 144 m、中部槽每节长1 750 mm(总计167节)，刮板输送机理论长度≈307.4 m。按此计算，该刮板输送机长度短于工作面与两巷长度和3.6 m，即工作面机头、机尾安全出口宽度和为3.6 m，则两安全出口平均宽度约为1.8 m。而现场实际机头、机尾安全出口和约为2 m。

工作面长度与支架数量分析:ZY10000/20/38D型支架中心距为1 750 mm，176台支架理论长度为308 m。按此计算，支架长度长于刮板输送机长度0.6 m，短于工作面与两巷长度和3 m，即工作面机头、机尾排头架至巷帮和为3 m，则两端头排头架至巷帮平均约1.5 m。而现场实际机头、机尾排头架至巷帮宽度和约为1.7 m。

3.2 现场比对

根据以上理论分析，300 m长工作面安装176台支架理论计算与现场实际差别较大，存在2种可能性。可能性一为综采工作面两顺槽未按设计施工，工作面长度小于300 m；可能性二为工作面刮板输送机存在质量问题，总长度偏大。

公司组织测量及相关人员多次对工作面长度进行现场实测，均与设计相符，可能性一可以排除。经对工作面SGZ100/2100型刮板输送机相关组件进行实测发现，刮板输送机中部槽中心距平均约为1 758 mm，大于设计值1 750 mm，故可能性二得到证实。

4 现场验证与原因总结

4.1 对生产现场实际进行分析验证

按照设计，刮板输送机总长+刮板输送机机头安全出口宽+刮板输送机机尾安全出口宽=工作面长+工作面胶运顺槽宽+工作面回风顺槽宽。

问题一验证:按现场实测SGZ100/2100型刮板输送机中心距1 758 mm计算，SGZ100/2100型刮板输送机安装167节中部槽总长度约为309 m，机头安全出口约为0.9 m，机尾安全出口约为1.1 m(工作面机尾回风隅角刚好满足传感器吊挂)。工作面与两顺槽总长约311 m，与生产现场相符。

问题二验证:按现场实测刮板输送机中心距1 758 mm计算，SGZ100/2100型刮板输送机安装166节中部槽总长度约为307 m。后续1303、1307、1311工作面刮板输送机机头、机尾安全出口平均约为2 m，那么计算得工作面与两顺槽总长约311 m，与生产现场相符。

4.2 原因总结

通过理论分析与现场实际验证，造成综采工作面长度与设备配套不合理的原因之一为刮板输送机中部槽中心距尺寸偏大。因综采工作面刮板输送机中部槽尺寸偏大，工作面刮板输送机实际长度长于理论值，从而导致工作面安全出口实际数据小于理论值，出现安全出口不足问题；又因工作面刮板输送机与支架为一一对应关系，刮板输送机中心距的偏大导致了工作面支架中心距的偏大，从而引发工作面机尾排头架挤帮与传感器不能按要求吊挂的问题。其次，综采工作面刮板输送机机头架组件及过渡槽、机尾架与工作面支架配套不合理也是一项重要原因[12]。

4.3 设计经验总结

综上，综采工作面长+胶运顺槽宽+回风顺槽宽=工作面刮板输送机长+机头安全出口宽+机尾安全出口宽=工作面液压支架总长+机头排头架距帮宽+机尾排头架距帮宽。为方便后续计算说明，设综采工作面合理长度为L、胶运顺槽宽度为Lj、回风顺槽宽度为Lh、机头安全出口宽为A1、机尾安全出口宽为A2、刮板输送机机长为G(此处必须为实测长)。根据魏墙矿井综采工作面多年生产经验，总结综采工作面设备的合理长度配套程序。首先，确定支架与刮板输送机的长度关系。此合理配套计算过程详见文献[12]，即工作面支架总长度长于刮板输送机总长度(由综采工作面安全出口宽度与排头架距巷帮宽决定)，这里取1.4 m，按两端头等长取值，即工作面机头、机尾处支架均长于刮板机0.7 m(一般应为0.5～0.8 m)。

其次，根据综采工作面机头、机尾安全出口宽度留设确定刮板输送机与工作面的长度关系。由L+Lj+Lh=A1+A2+G可知，L=A1+A2+G-Lj-Lh。单从综采工作面割煤来考虑，刮板输送机越长于工作面煤壁越有利于煤机割透煤体，但受井下空间限制，刮板输送机须在机头机尾留有足够宽度的安全出口，结合生产现场经验，在保证安全出口不小于0.8 m的前提下，还需考虑顺槽宽度与转载机槽帮至煤壁距离，同时给工作面上窜下滑留有一定余量，机头、机尾安全出口宽度取1.4 m为宜。则有，L=2.8+G-Lj-Lh。

4.4 实例验算

以魏墙煤矿综采工作面为例，SGZ100/2100型刮板输送机安装167节中部槽总长度约为309 m，胶运顺槽净宽5.5 m，回风顺槽净宽5.4 m。则有，L=2.8+G-Lj-Lh=300.9 m。魏墙煤矿1309工作面设计长度301 m，安装中部槽167节，生产过程中未出现上述问题。经现场验证，该计算方法合理可靠。最终的综采工作面液压支架、刮板输送机及巷道合理配套尺寸关系如图3所示。

图3 工作面设备合理配套与巷道关系平面图Fig.3 Plan of relationship between reasonable matching of working face equipment and roadway

5 结语

通过魏墙矿井综采工作面生产过程中遇到的问题，分析发现了刮板输送机制造质量对工作面配套的影响，重点总结了刮板输送机长度与工作面长度的合理搭配经验，给出基于刮板输送机长度的工作面长度计算方法，提及了液压支架与刮板输送机的合理配套经验，未考虑其他因素对工作面长度的影响。基于综采工作面合理端头配套下得出的液压支架与刮板输送机的合理配套关系，很好地解决了生产过程中遇到的现实问题，对魏墙矿井后续工作面及其他矿井综采工作面的设计、设备的升级改造具有很高的参考价值，对刮板输送机制造商提升制造工艺、改进设计也有一定的参考价值。