1、1依靠科技进步 提高装备水平晋城煤业集团公司 袁宗本、 前言我们国家自八十年代初综采上马以来，经过二十多年的历程，积累了丰富的经验，煤矿机械化程度越来越高，采掘设备的装备水平虽然离世界上发达国家的水平，还有一定的差距，但也有了很大的进步，例如，世界上目前领先的交流变频电牵引采煤机，我们国家也可以生产。这二十多年来，笔者一直从事晋城煤业集团位于山西省东南部晋城市境内，是我国重要的无烟煤生产基地。全公司现有四对生产矿井和一对基建矿井。四对生产矿井为：古书院矿、 凤凰山矿、王台铺矿、成庄 矿 。由于老区（即古书院矿、凤凰山矿、王台 铺矿）3#煤储量的急剧枯竭，产量逐年递减，97 年投入运行的成庄矿担
2、负着全局的生产重任；寺河矿属于基建矿井，设计能力800 万吨，为 了延长老区三矿的服务年限，必须加快西区的建设进度。正在建设中的寺河矿将于 2001 年部分投入生产，赵庄矿区正在积极筹建中。晋城矿区东西长约 70Km，南北宽约 35Km。矿区煤炭储量丰富，共有可采煤层 5 层，其中二叠系的三号煤为主采层，煤层平均厚度 6m，地质构造简单，煤层赋存稳定，倾角一般在 3-5 度，顶板多为砂质页岩，底板为砂质泥岩，煤层硬度 f=3.8-4.2。该煤层为优质无烟煤，具有低硫、低灰、高发热 的特点，是化工生产的优质原料，有广阔的发展前景。正是由于这些得天独厚的条件，使得采掘综合机械化水平在我局得到了2快
3、速发展，自 80 年首次使用两套引进的综采设备开始，揭开了我公司综合机械化开采的新篇章。到目前为止，全公司综合机械化程度为100%。1985 年开始出现百万吨综采队，1989 年以后，每年百万吨队组都保持在 6-7 个。1992 年引进国外大功率电牵 引采煤机和高运量、高强度刮板运输机等主要设备后组建的高产高效综采队，93 年首创了分层铺网工作面年产 200 万吨的纪录。从此，在我公司开始了大功率、框架式、横向布置电牵引采煤机的广泛应用。晋城煤业集团的发展，依靠的是科技进步，通过使用先进的采煤设备，使我公司由一个名不见经传的矿区，一跃成为年产千万吨的大公司，这些成绩的取得，都离不开高可靠性的综
4、采设备。现在，就我公司综采发展的简况及设备选型方面的做法做简要阐述。、 综采发展历程：回顾我公司二十多年来的综机发展历史，大体可分三个阶段。第一段：摸索阶段：1978-1991 年，是我局综采从起步走向成熟的 阶段，其主要表现是出现了百万吨综采队。十年动乱刚一结束，党中央就出资引进了 100 套综采设备，由于晋城矿区的资源与赋存条件优越，煤炭部决定晋城局要积极创造条件上综采。1978，公司成立了综采办公室，组织全局技术骨干赴大同、开滦、阳泉、徐州四大局学习、调查，并挑 选出了 12 名技术干部到部组织的各种综采师资培训班学习三个月，收集、整理、编制了有关综采的各种3管理制度和安全规章制度。第一
5、套综采设备 1979 年运到王矿时，经过地面配套、调试后，于年底在井下安装完毕。80 年正式投产，当年就达到了乙级队水平。第二套综采于 80 年下半年下井试生产，也顺利达到了乙级队水平。这两套综采的顺利投产，不仅消除了大家的疑虑，增强了广大职工的信心，也为全公司今后的发展壮大奠定了坚实的基础。做为晋城煤业集团第一个投产的矿井-古书院矿，当王台铺矿、风凰山矿上综采时，正在进行第一次改扩建，能力由 90 万吨扩建成150 万吨，84 年改扩建即将结束时，公司领导高瞻远瞩，决定上综采。该工作面 85 年投产，当年就创造年产 110 万吨的好成绩，不仅开创了我公司百万吨队的先例，而且实现了当年投产、当
6、年夺冠的目标。现在回顾这段时间，虽然仅仅是综采的开始和起步，但这几年的综采发展，为 晋局的腾飞打下了坚实的基础，开拓了新路。总结这几年的主要经验，首先要有一支懂技术、善管理的干部队伍，第二是必须有一支培养有素、作风过硬、懂操作、会 维护保养的技术工人队伍；第三是必须有一套适应综采管理的规章制度，并能操作实施，至今四班作业、四检制度、 设备管理、配件管理、油脂管理仍在坚持执行；第四、与综采配套的各个生产环节必须与工作面生产能力相配套、相适应。这一阶段，全局综采机械化程度由零提高到 78.31%,综采单产由开始的 4.03 万吨/个.月,提高到 7.98 万吨/个.月,综采工作面效率由 13.42
7、t/工提高到 23.842t/工,全 员工效由 1.73t/工提高到 2.299 t/工。这一阶段，主要采煤设备为：采煤机：AM-500 与 EDW-600 型液压牵引采煤机4刮板运输机：SGB-764/264支架：普通四柱 400 吨支撑掩护式支架皮带运输机：DSP-1063/1000 型皮带运输机以上这些设备在实际使用中，主要存在如下问题：1、 液压牵引采煤机牵引力小，当牵引速度达到 3m/min 左右时，泵箱就发热严重，机器振动大；截割部与电机之间的连接强度低，经常损坏；且泵箱结构复杂，对乳化液油的要求较高，出现故障后，判断和维护困难。2、 刮板运输机为轧制结构，铲板、低档板通过 M27
8、 的螺栓与中部槽联接，安装困难，连接强度低；大链规格为 22、86,破断力小，中板材质 16Mn，厚度 20mm，根据统计，中部槽、大链的过煤量只有 50-70 万吨；该运输机的运输长度为 150 米，运量只有 700t/h，根本不能适应高产高效的要求。3、 液压支架工作阻力 400 吨，根据井下实测，完成一个降移升循环的时间在 30s 左右，只能与采煤机 3m/min 的牵引速度相匹配， 这根本不能适应高产高效的要求。4、 胶带输送机的运输能力为 630 吨/小时，带宽 1000mm，水平铺设长度 1000 米（理论），在实际使用中，当皮带铺设长度超过 700 米时，就频繁出 现断带事故；同
9、时，胶带的连接强度较低，驱动装置的启动方式又不是软起动，这样就对皮带的冲击较大。根据实测当拉力达到母带强度的 20%左右时，就从皮带与扣的连 接处拉脱。上述设备所存在的问题，严重制约了生产力的发展，无法实现高产5高效、减人提效的目的。第二阶段：1991-2000 年，这正是我公司全面探索建立高 产高效工作面有效途径的阶段，其主要标志是：引进国外大功率直流电牵引采煤机、大功率高强度刮板运输机，组建高产高效工作面，大力推广横向布置交流电牵引采煤机和整体铸造刮板运输机，在分层铺网和放顶煤条件下实现了日产万吨，年产量突破 200 万吨。1992 年，在国家计委、能源投资公司、煤炭部及山西省的大力支持帮
10、助下，利用古书院矿二次改扩建的机会，引进国外大功率综采设备进行高产高效的尝试。以下是该工作面概况及引进设备的主要性能参数：工作面编号：11303 上分层工作面工作面长度：225 米工作面走向长度：2400 米采高：3 米工作面最高日产：12719 吨工作面最高月产：216896 吨年产量：200 万吨采煤机：德国艾柯夫生产的 EDW450/1000L 型， 纵向布置、直流电牵引采煤机。装机功率：500、 2+40、2=1080Kw；供电电压：3300V ；牵引速度：0-7.6-12.5m/min。工作面运输机：德国布朗公司生产的 1000HB280 整体焊接轧制槽帮刮板运输机，功率 2、400
11、 Kw，长度 250m，单链 42/46 ，槽宽1000mm，中板厚： 40mm，封底板厚 30mm，运输机能力：2000t/h。63.3KV 开关，德国西门子公司生产，型号 8SK9。皮带运输机：SSJ-1200/2 、200，带速 3.15m/s,运输量：1600t/h。支架：ZZP4400-17/35 型 铺底网支架11303 在回采过程中，主要存在着如下问题：1、 EDW-450/1000L 型采煤机采用的是直流电牵引，牵引功率2、40 Kw，调速性能好，加速、减速平 稳，但其致命的缺点是炭刷和整流子的高速磨擦，不可避免地造成炭粉、铜末的积聚和浸入绕组，当采煤机过煤量达到 200 万吨
12、时，事故就频频发生，以致于非更换牵引电机不可。2、 工作面生产能力配套问题：11303 工作面顺槽铺设了 3 条淮南煤机厂生产的 SSJ-1200/2、200 胶带输送机，而顺槽以外至煤仓，由于受旧巷道限制，铺设了 7 条 DSP-1063/1000 型胶带运输机，进行接力运输。在设计时，考 虑 到这条胶带机的运力不足，将带速由原来的2.0m/s 提高到 3.15m/s，电机功率由原来的 125KW 提高到 160KW，并提高了带强。然而在工作面试采的第一个班，当采煤机牵引速度达到5m/min 时，工作面出 现的第一个故障就是断 带。其后，胶 带机事故不断，成了制约工作面生产的主要原因。为此，
13、我们在最后一部皮带机尾处进行了分流，其中一部分煤通过皮带运输机运出，另一部分煤通过刮板运输机运至煤仓后，再通过矿车运到井底煤仓，这样才勉强满足了年产200 万吨的需要。3、 辅助运输问题：井下辅助运输系统，目前多种多样，真正能满足高产高效矿井需要的尚不多见，这虽然对生产系统影响不大，但工7人的劳动强度加大，事故多。4、 11303 工作面的运输环节多，达 10 条皮带，一旦有一处皮带发生故障，将都影响工作面的生产。EDW-450/1000L 型电牵引采煤机牵引力大，调速性能好，这一点是液压牵引采煤机无法比拟的。随后，我们又和上海煤科院、太原矿山机械厂联合开发了 MG375/830 型纵向布置的
14、非机载式交流变频电牵引采煤机，和上海分院合作开发了 MG400/920-WD 型非机载、MG250/600 非机载和机载式、MG-450/1020 机载式横向布置交流变频电牵引采煤机。在刮板运输机方面，针对刮板运输机存在的问题，我们与张家口煤机厂联合研制了 SGB-730/320 型、 SGZ-764/400 型整体铸造刮板运输机、SGZ-880/800 型侧卸式整体铸造刮板运输机。截止到目前为止，我公司的采煤机全部使用的是上海煤科院生产的 MG 系列交流电牵引采煤机，刮板运输机全部采用的是整体铸造刮板运输机。MG 系列交流变频电牵 引采煤机与液压牵引采煤机相比，具有如下特点：1、 技术先进，
15、采用了 90 年代世界上先进的交流变频调速技术，它由模块式大功率晶体管和微机控制技术组成，调速范围广，牵引力大，性能优良，可靠性高。2、 采用了横向布置，结构简单，便于维护。3、 机身分三段，取消了底托架，过煤空间增大，采用了高强度液压螺栓联接，简单可靠，拆装方便。4、 截割电机横向布置在摇臂上，摇臂和机器联接没有动力传递，8取消了螺旋伞齿轮，提高了机械传动效率。5、 电控系统采用可编程控制器（PLC）控制，使控制系统简单可靠，增加了 DSP 显示窗，可随 时撑握牵引速度、左右 牵引电机电流、左右截割电机功率和温度等，并可记忆间隔 5 秒的停机之前 5 组工作参数，便于故障的分析和判断。根据实
16、测，MG 系列采煤机与液压牵引采煤机相比，吨煤配件少消耗费用 0.64 元；事故率降低了 35%；吨煤可减少油脂消耗 0.13 元。SGB-764/264 刮板机与 SGZ-764/400 型刮板运输机性能比较（见下表）：型号 功率 中部槽结构 中板厚 底板厚 链条 运输长度 槽宽 生产能力SGB-764/264 2*132 轧制槽帮 20 22*86 150 764 700SGB-764/400 2*200 整体铸造 40 20 26*92 200 764 800SGB-880/800 2*400 整体铸造 40 25 34*126 250 内宽 880 1500为了进一步提高经济效益，降低
17、成本，推广采用新技术、新工艺，我们将成庄矿的采煤方法确定为放顶煤工艺，所用的设备只是支架不同，其它的设备一样，这一工艺已被成庄矿证明是可行的，2000 年成庄矿综采二队，在外运车皮紧张和工作面瓦斯时常超限的情况下，年产量达到 200 万吨。这段时间所使用的设备，无论从性能、可靠性各方面都比第一阶段有了很大的提高，还是经济效益和安全生产等方面都取得了很好的成绩， 这也是有目共睹的。但仍有不仅人意之处，如：电牵引采煤机可靠性、刮板运输机和皮带运输机的软起动问题等，都有待于进一步提高。第三阶段，晋城煤业集团的明天。随着老区三矿 3#煤储量的不断枯竭，为了延 长老区三矿的服务年限，西区的建设迫在眉睫。
18、9寺河矿系中美合作项目，一期生产能力 400 万吨，二期将达到 800万吨，该矿 井生产系统简单，工作面生产出的煤，经过顺槽皮带、6.9Km 的东大巷胶带运输机直接运至井底煤仓，然后分别通过东、西主斜井运至地面洗煤厂。该矿井完全具备了高产高效矿井的先决条件。正在建设中的寺河矿井田有可采和局部可采煤层 7 层，3#煤层位于山西组下部，是主要的可采煤层之一，厚度 4.4-8.86 米，平均 6.42 米，一般夹矸 0-4 层，夹矸厚度不大，煤层倾角 2-5 度，属近水平煤层。煤质较硬，硬度 f=3.44，根据煤科院重 庆分院提供的 资料，预计寺河矿井田煤层的瓦斯含量 7.67-18.1m3/t，属
19、于高瓦斯矿井。根据寺河矿的地质资料，我们多次组织有关人员赴外进行实地考察，并聘请 国内外有关专家到我公司进行技术咨询，以便确定寺河矿的采煤工艺。寺河矿属于高瓦斯矿井，利用成熟的分层开采和放顶煤工艺，由于工作面断面小，风速过小，无法将工作面瓦斯稀释；风速过大，虽然可以将瓦斯稀释，但这将造成工作面灰尘太大，无法工作；若采用大采高工艺，工作面断面大，可以通过配风来稀释工作面瓦斯，但该采煤机工艺，在世界上虽然有 6m 左右的大采高支架在使用，但产量也都不太理想，在国内也只有神华集团，在大采高方面取得了较好的经济效益，但采高也只有 4.8-5m 左右。针对这一情况，我们多次统一思想，形成共识。在我公司瓦
20、斯大的地质条件下，应采用大采高工艺，虽然在国内乃至世界上，没有这样采高的工作面，但我们可以逐步摸索，一开始采用成熟的采高，当取得一定经验后，我们再逐步加大采高。大采高工作面的设备配套情况如下：101、 支架：厂商：德国 DBT 公司 支撑高度： 2.55-5.5m架型：2 柱掩护式 工作阻力：880 吨立柱直径：345mm （采用冷拨工艺制作）支架控制：PM4 电液控制系统推移行程：865mm 支架中心距：1.75m。2、 刮板运输机：型号：PF4/1132 运量：2500t/h厂商：德国 DBT 公司 刮板链速：1.28m/s大链规格：2、 42、146mm 溜槽长度：1750mm内槽宽：9
21、88mm 中板厚：40mm底板厚： 25mm 电机功率：700KW（3.3KV） 软起动：KP-45 CST，速比 39：13、 转载机：型号：PF4/1332 运量：2750t/h厂商：德国 DBT 公司 刮板链速：1.54m/s大链规格：2、 34、126mm 内槽宽：1188mm中板厚：40mm 底板厚：25mm电机功率：315KW（1.14KV ）减速器：KP25/30，速比 28：14、 破碎机：型号：WB1418 通过能力：3000t/h厂商：德国 DBT 型式：齿滚式出料粒度：0-300mm 。5、 采煤机：型号：SL500 厂商：德国艾柯夫截割功率：2*750KW（3.3KV
22、） 牵引功率： 2*90KW11泵站功率：35KW， 采高：2700-5200mm卧底量：625mm 机面高度：2200mm可切割岩石硬度：f 小于或等于 10 产量：4000t/h6、 乳化液泵：厂商：德国豪森科公司型号：ZHP-3K200/53FL 柱塞直径：53mm流量：309L/min 工作压力：31.5-35.7Mpa功率：200KW（1.14KV ）7、 喷雾泵：厂商：德国豪森科公司型号：ZHP-3K125/80FL 柱塞直径：80mm流量：516L/min 工作压力：3-13.2Mpa功率：125KW（1.14KV ）8、 移变：德国 SAIT 公司该工作面的设备配套可以说是世界
23、上一流的，代表着当今世界上的先进水平。其结构特点如下：液压支架：采用先进的 PM4 操作系统，可与采煤机通过红外线实现自动定位、自动拉架，拉架方式是单架移动还是成组移动，可随意选取。采煤机的位置、支架的工作状态等参数可以传输到顺槽巷的控制装置（MCU）上。采煤机：除了正常的监测监控外，还采用了先进的记忆截割系统，可以模拟记忆中的滚筒位置，实现顶板割平，底板不留台阶；与液压支架的 PM4 系统和红外 线接收装置配合， 实现工作面无人操作。12刮板运输机：驱动装置采用 CST 系统， 实现软 启动，提高设备的寿命；大链的涨紧采用行程为 500mm 的可伸缩 机尾架来实现，涨紧油缸的压力显示出链条的
24、涨紧度，通过压力传感器和埋在油缸内的用来测量油缸行程的测控杆来自动调整机尾驱动架的位置，从而消除多余的松链并防止链条的过渡涨紧；采用 GR 型链轮，将链条通过链轮时由原来的一个轮齿承受载荷，变成三个轮齿承受载荷，降低了链轮和链条的磨损，提高了 链轮和链条的使用寿命。泵站：柱塞采用镍铬高强度合金钢制造，表面采用“斯特里特” 涂层，具有良好的耐磨性和高抗腐蚀性。电气：采用了世界上先进的零点分断技术、电动换向功能和有效的消弧结构，提高了接触器的使用寿命。采用上述设备装备的工作面，将于 2002 年一季度投入使用，如果能够很好地控制住瓦斯，将会获得很好的经济效益。、 综机设备的发展前景就晋城煤业集团来
25、讲，其三个阶段划分的主要标志是综采设备的更新换代，是主要设备技术、性能的提高，而其最终结果表现为矿井单产的提高，效率的增加，工作面的减少，即减人减面提效。如前所述，根据我公司煤层赋存的特点，总结我公司综采设备使用管理的经验，逐步形成“ 采煤机大功率、输送机高强度、胶带机大运量、支架快移升 ”这样一个发展和选择主要综采设备的思路。1、 采煤机：在我公司现有的采煤机基础上，其一要进一步提高可靠性，降低事故率，满足高产高效的生产需要；其二，进一步完善采13煤机健康与否的自诊断系统，为设备的有计划检修和大修提供可靠的依据；其三，选用合适的高产高效滚筒，以提高块率获取最佳的经济效益。2、 刮板运输机向大
26、功率、高可靠性的方向发展，尽快研究开发可靠的软起动装置和大链涨紧装置，以减少大链和链轮的磨损,延长设备的使用寿命。3、 胶带运输机：大运量、长运距的胶带输送机起动转矩大，必须依靠软起动来实现皮带机的平稳起动。大运距的皮带运输机一方面要求皮带强度增加,另一方面要求皮带之间的接头强度也要相应的增强,研制高强度皮带扣也迫在眉睫 。4、支架：日产万吨工作面的大功率采煤机，都加大了采煤机的切割速度和牵引速度，这就要求一方面要采用大流量快速移架系统，加快支架的移架速度；另一方面采用电液控制阀来配合采煤机的牵引速度，实现“ 无人”工作面。、 对综采发展中存在问题的思考当前，困扰高产高效综采工作面的发展，急需
27、解决以下几个问题：1、3.3KV 供 电系统：高产高效工作面要求采煤机与刮板运输机的功率加大，采煤机的切割电机功率 750KW 及 1000KW，如仍维持1140V 电压等级，带来的后果是：电缆多，断面大，难于管理，压降大，起动电流大，波及范围广，维护工作量大。我集团公司 1998 年，在完成煤炭部“八五 ”一条龙 3.3KV 电牵引采煤机的工 业性试验项目中，就有3.3KV 供电系统，在 试验 中存在的主要问题是移变的低压头及开关的14事故较多，应针对这些问题加快改进速度，以提高 3.3KV 供电系统的可靠性。2、 设备的软起动问题目前，国内在顺槽皮带机上使用的调速型液力偶合器，体积庞大，密
28、封性能差，附属装置复杂，刮板运输机则使用的是水介质液力偶合器。随着高产高效工作面长度及顺槽的走向长度的增加，相应的工作面刮板运输机和顺槽皮带机长度也越来越长，加上运量增加，而又不能无限制地增加皮带的强度，这就要求我们必须尽快解决软起动问题。3、 掘进速度问题高产高效工作面，尤其是高瓦斯工作面，由于风量的要求，不能采用单进单回来组织生产，必须采用多进多回巷道来满足工作面通风的要求。这些巷道如果仍采用现有的综掘机来掘进，肯定满足不了工作面推进速度的要求，必须采用连续采煤机来加快掘进速度，而国内还没有这样的连续采煤设备。4、 高产高效矿井与工作面的建设对各类保护监测要求越来越高，国内现有一些传感器可靠性低，尤其是机载式的传感器，如瓦斯、位移、压力等传感器尚需抓紧开发。5、 高瓦斯矿井的通风、除尘、安全，仍是制约现代化矿井建设的主要因素，尚需加大努力，下大功夫去研究、解决与实施。以上是我公司二十多年来综采机械化从起步、推广、发展到如今已跨入新的世纪，正在迈向当今世界一流水平的综合采煤机械化，憧景明天会更美好！15
