薄煤層綜采設(shè)備面面觀

1、薄煤層綜采設(shè)備面面觀 我國是一個(gè)煤炭資源比較豐富的國家，但一個(gè)不能忽視的現(xiàn)實(shí)是，在我國的可采煤層中，薄煤層占據(jù)了很大一部分。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，在我國已探明的煤礦資源中，84.2%的礦區(qū)均有薄煤層分布，主要分布在河南、山西、河北、山東、四川、貴州、吉林、遼寧、安徽、內(nèi)蒙古等省區(qū)，其中有的礦區(qū)薄煤層儲(chǔ)量更是占有相當(dāng)大的比重，如安徽省占到了72%，四川省占51.8%，貴州省占37.2%。我國長期以來以煤為主的能源結(jié)構(gòu)導(dǎo)致了對(duì)煤炭資源的依賴。經(jīng)過多年的開采，不少礦井的中、厚煤層已近枯竭。而一些礦區(qū)的薄煤層可采儲(chǔ)量豐富，貯存條件比較穩(wěn)定，而且煤質(zhì)較好，因而這些年對(duì)薄煤層的開采力度在逐漸加大，薄及較薄煤

2、層逐漸變?yōu)橹鞑擅簩印Ｅc此同時(shí)，隨著對(duì)薄煤層開采的日益重視，薄煤層采煤設(shè)備的開發(fā)和研制也成為我國一些煤礦機(jī)械企業(yè)研發(fā)的重點(diǎn)，并有了較大的發(fā)展。一、目前薄煤層主要采掘方式據(jù)調(diào)查，通過近些年的發(fā)展，目前國內(nèi)薄煤層綜合機(jī)械化開采水平已大為提高，形成了三種主要的開采方式：刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法、螺旋鉆采煤法。1、刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法：刨煤機(jī)是一種十分成功的薄煤層開采裝備，能極大提高煤炭生產(chǎn)效率。一般刨煤機(jī)的切割速度可達(dá)到3米/秒，切割功率超過2×200千瓦。根據(jù)煤的硬度，每刀截深可達(dá)到250毫米。目前，工作面輸送機(jī)和刨煤機(jī)均可采

3、用智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，加上可靠的支架控制系統(tǒng)，可使采煤工作面實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)化。刨煤機(jī)開采薄煤層有優(yōu)點(diǎn)如：（1）可以實(shí)現(xiàn)落煤、裝煤、運(yùn)煤的聯(lián)合機(jī)械化。（2）刨煤機(jī)動(dòng)力部分放在兩側(cè)巷道中，不進(jìn)工作面。另外刨頭較低，適用薄煤層工作面。（3）刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，沒有復(fù)雜的液壓元件和液壓系統(tǒng)，使用、維修方便。（4）可開采有突出危險(xiǎn)的煤層，可以沿工作面煤壁刨出一道深20毫米100毫米的煤槽，使瓦斯自然釋放，防止瓦斯聚集。（5）操作安全。刨煤機(jī)司機(jī)可以在工作面下端或順槽里操作，無須在工作面內(nèi)跟機(jī)作業(yè)。（6）同電液控制的液壓支架配套后，可實(shí)現(xiàn)由井下計(jì)算機(jī)控制的無人工作面作業(yè)。2、滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化法據(jù)了解，薄

4、煤層滾筒采煤機(jī)在我國已有30年的研制歷史，并已開發(fā)出多種機(jī)型，從液壓驅(qū)動(dòng)、鋼絲繩或鏈牽引發(fā)展到目前電牽引?，F(xiàn)在國產(chǎn)薄煤層滾筒采煤機(jī)基本可以滿足煤層厚度0.8米1.8米，煤質(zhì)中硬以下的緩傾斜薄煤層開采需求。與刨煤機(jī)相比，滾筒采煤機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是可以適應(yīng)于煤層厚度變化較大的工作面，對(duì)煤層頂?shù)装迤鸱兓m應(yīng)性強(qiáng)，適用于含有夾矸煤層的回采，過斷層能力強(qiáng)，對(duì)工作面長度要求比刨煤機(jī)工作面短。薄煤層滾筒采煤機(jī)基本可分為騎溜式和爬底板式兩種。騎溜式薄煤層滾筒采煤機(jī)：具有結(jié)構(gòu)簡單、牽引阻力低及空頂面積小等特點(diǎn)、但因采煤機(jī)騎溜運(yùn)行，故通過空間和過頂空間大，需要有較高的空間。爬底板式薄煤層滾筒采煤機(jī)：具有結(jié)構(gòu)緊湊、機(jī)

5、械強(qiáng)度高、滾筒拆卸方便、裝煤效果好、易于制造和維修方便等特點(diǎn)，但采煤機(jī)爬底板運(yùn)行時(shí)，控頂距離較大。所以，當(dāng)采高在0.85米以下時(shí)，宜采用爬底板式采煤機(jī)。如采高在0.85米以上時(shí)，采用騎溜式采煤機(jī)較好。另，為實(shí)現(xiàn)無切口采煤，最好選用短機(jī)身雙滾筒采煤機(jī)。鑒于采煤機(jī)司機(jī)跟機(jī)操作不方便，最好采用具有遙控功能的采煤機(jī)。3、螺旋鉆采煤法螺旋鉆采煤法為目前無人采煤工作面中較為成熟，廣泛地用于開采圍巖不穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層，還可用于開采邊角煤和回收各種煤柱。螺旋鉆采煤法的最大特點(diǎn)是不需回采工作面及不需回撤工作面內(nèi)的采煤機(jī)、輸送機(jī)和支護(hù)設(shè)備，僅在巷道中用螺旋鉆采煤機(jī)就可將兩側(cè)各50米70米范圍內(nèi)的煤采出。工人

6、在支護(hù)條件良好的巷道中工作，安全狀況有了可靠的保障，改變了薄煤層回采工人在工作面內(nèi)爬行的工作狀況。螺旋鉆采煤機(jī)適用于煤厚0.45米1.5米，傾角15°以下，切割阻力小于250千牛/米330千牛/米的煤層。 螺旋鉆采煤法盡管丟煤多，但用人少，巷道掘進(jìn)率高，同時(shí)還可使一些平衡表外的儲(chǔ)量得到開采，相對(duì)提高了工業(yè)儲(chǔ)量，延長了礦井的服務(wù)年限。據(jù)專家預(yù)計(jì)，隨著螺旋鉆采煤法的不斷完善，此種采煤方法將有較好的發(fā)展前景。二、薄煤層采煤的核心設(shè)備從這三種綜合采掘方式中，我們可以看到，液壓支架、采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)是薄煤層開采的三種核心設(shè)備。 1、液壓支架是薄煤層綜采的關(guān)鍵設(shè)備之一對(duì)煤層地質(zhì)

7、條件要有很強(qiáng)的適應(yīng)能力和可靠的工作性能。它能可靠而有效地支撐和控制工作面的頂板，推進(jìn)輸送機(jī)，隔離采空區(qū)，防止矸石進(jìn)入回采工作面。它與采煤機(jī)配套使用，可以實(shí)現(xiàn)采煤綜合機(jī)械化，解決機(jī)械化采煤工作中頂板管理落后于采煤工作的矛盾，進(jìn)一步改善和提高采煤和運(yùn)輸設(shè)備的效能，減輕煤礦工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，最大限度保障煤礦工人的生命安全。液壓支架的型式很多。根據(jù)液壓支架與頂板相互作用的原理進(jìn)行分類，大體分為三大類：支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式。支撐式支架有跺式支架和節(jié)式支架兩種；掩護(hù)式支架有支頂式和支掩式兩種；支撐掩護(hù)式有支頂式和混合式兩種。另，具有中國特色的液壓支架類型放頂煤支架。近年來，我國液壓支架的研制工作發(fā)展很

8、快，從基本上依靠進(jìn)口，發(fā)展到自行設(shè)計(jì)、自行制造，而且品種繁多、功能齊全、質(zhì)量可靠。2、采煤機(jī)是一個(gè)集機(jī)械、電氣和液壓為一體的大型復(fù)雜系統(tǒng)。采煤機(jī)的工作環(huán)境惡劣，如果出現(xiàn)故障將會(huì)導(dǎo)致整個(gè)采煤工作的中斷，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著煤炭工業(yè)的發(fā)展，采煤機(jī)的功能越來越多，其自身的結(jié)構(gòu)、組成也愈加復(fù)雜，因而發(fā)生故障的原因也隨之復(fù)雜。薄煤層開采由于其特殊的地質(zhì)條件，對(duì)采煤機(jī)又有特定的要求。薄煤層開采其中一個(gè)很大的困難就是設(shè)備的拆裝和運(yùn)輸。對(duì)薄煤層采煤機(jī)來說，首先的要求就是靈活，能夠適應(yīng)薄煤層工作面。再次就是要求結(jié)構(gòu)、操作簡單，有可靠的工作性能，各零部件具有較高的強(qiáng)度和剛性，要有很好的安裝性和維修性。其中雙滾

9、筒采煤機(jī)綜合了國內(nèi)外薄煤層采煤機(jī)的成功經(jīng)驗(yàn)，是針對(duì)我國具體國情而設(shè)計(jì)的新型大功率薄煤層采煤機(jī)。據(jù)了解，目前我國有關(guān)部門正在從事著采煤機(jī)技術(shù)領(lǐng)域的多項(xiàng)科研課題的研究，例如：適應(yīng)有夾矸煤層的半煤巖采煤機(jī)的研制；增大塊煤率的滾筒無級(jí)調(diào)速研究；液壓牽引采煤機(jī)和無線遙控技術(shù)的應(yīng)用研究；電牽引采煤機(jī)水介質(zhì)調(diào)高及高壓噴霧滅塵系統(tǒng)研究，包括利用工作面的乳化液作為傳動(dòng)介質(zhì)的調(diào)高系統(tǒng)研究；特殊條件下開采的采煤設(shè)備研究，如螺旋鉆式采煤機(jī)的開發(fā)；故障診斷、工況監(jiān)測、顯示及自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)的研究；大功率電牽引采煤機(jī)(1000千瓦以上)的研制等。國家期望通過對(duì)這些內(nèi)容的研究，使我國采煤機(jī)械的性能更為完善，適應(yīng)范圍更

10、廣，效率更高，從而使國內(nèi)采煤機(jī)械技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。3、薄煤層開采運(yùn)輸機(jī)具體要求：運(yùn)輸能力滿足要求，槽幫、鏈條耐磨強(qiáng)度高，電纜架在滿足存放電纜、水管的前提下，結(jié)構(gòu)盡可能低、窄。由于薄煤層出煤的穩(wěn)定性較差，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層薄厚不均，在經(jīng)歷較大范圍的斷層構(gòu)造帶或煤層變薄區(qū)時(shí)，輸送機(jī)容易出現(xiàn)一些不足。比如，運(yùn)輸機(jī)在通過薄煤區(qū)時(shí)，容易出現(xiàn)斷鏈、槽幫磨薄、中板磨透等事故。這些事故一旦出現(xiàn)，會(huì)使修復(fù)和更換溜槽費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響生產(chǎn)的正常節(jié)奏。此外，薄煤層煤炭資源的開采對(duì)運(yùn)輸機(jī)的要求比較高，運(yùn)輸機(jī)的一些性能參數(shù)必須要進(jìn)行強(qiáng)化，例如增大刮板鏈安全速度，加厚中板厚度，鏟板側(cè)槽幫上槽翼加厚；為采煤機(jī)提供更加穩(wěn)固的

11、軌道，采用行星減速器使傳動(dòng)機(jī)構(gòu)更為緊湊；增大兩出口的有效空間，這些措施可以保證運(yùn)輸機(jī)更加高效、安全地運(yùn)行。三、薄煤層采煤設(shè)備發(fā)展展望目前，我國薄煤層綜合采掘設(shè)備的生產(chǎn)已經(jīng)有了一定規(guī)模。以中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司為代表的國內(nèi)多家國有大中型企業(yè)目前都已具備了薄煤層綜合采掘設(shè)備的生產(chǎn)能力。有業(yè)內(nèi)專家表示，國產(chǎn)設(shè)備較國外同類設(shè)備的差距主要集中在采煤機(jī)上。要使我國薄煤層開采實(shí)現(xiàn)機(jī)械化作業(yè)，重中之重是研制適應(yīng)我國煤礦需要的薄煤層電牽引采煤機(jī)。我國薄煤層電牽引采煤機(jī)今后將從以下幾個(gè)方面得到發(fā)展：（1）總裝機(jī)功率得到進(jìn)一步提高，總裝機(jī)功率達(dá)到600千瓦700千瓦，裝機(jī)功率、機(jī)面高度與過煤空間三者之間的矛盾

12、仍然是研制大功率薄煤層采煤機(jī)的主要技術(shù)難題，除發(fā)展新型高效電機(jī)外，采用特殊的總體布置方式仍是一條有效途經(jīng)。由于采煤機(jī)截割與牽引功率的增大，采煤機(jī)可靠性的提高而具有更高的開機(jī)率，日產(chǎn)可望達(dá)到4000噸5000噸，達(dá)到現(xiàn)在中厚煤層工作面的生產(chǎn)能力。（2）以發(fā)展交流變頻調(diào)速電牽引技術(shù)為主，根據(jù)不同用戶的需求，其他電牽引方式如開關(guān)磁組和電磁滑差調(diào)速也將得到發(fā)展。（3）發(fā)展的機(jī)型主要以騎刮板輸送機(jī)采煤機(jī)為主，爬底板采煤機(jī)雖然具有機(jī)面高度低、功率大等優(yōu)點(diǎn)，但是由于這種機(jī)型對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性差，使用范圍受到限制。（4）簡化采煤機(jī)結(jié)構(gòu)，采用先進(jìn)工藝與技術(shù)，提高采煤機(jī)的工作可靠性。（5）改進(jìn)截割機(jī)構(gòu)，提高截割效

13、率，降低工作面粉塵生成量。采用中高壓噴霧降塵，改善工作面生產(chǎn)環(huán)境。增加滾筒截深，增大截深可提高每一循環(huán)產(chǎn)量。（6）完善采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)與故障診斷系統(tǒng)，利用煤巖識(shí)別技術(shù)自動(dòng)調(diào)整截割高度；利用交流變頻電牽引技術(shù)，自動(dòng)調(diào)整牽引速度；利用紅外技術(shù)和電液閥技術(shù)，引導(dǎo)液壓支架和工作面輸送機(jī)自動(dòng)推移；工作面巷道集中控制站與采煤機(jī)、液壓支架、輸送機(jī)、工作面巷道設(shè)備以及地面調(diào)度室的雙向遠(yuǎn)程通訊；工作面巷道集中控制站、地面調(diào)度室對(duì)采煤機(jī)等工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)現(xiàn)薄煤層工作面自動(dòng)化開采。（7）開發(fā)能適應(yīng)較大傾角薄煤層生產(chǎn)需要的薄煤層電牽引采煤機(jī)。（8）加大牽引速度。四、國外主要薄煤層采掘設(shè)備國外長壁式薄煤層

14、高效開采主要有兩種技術(shù)途徑：采用刨煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的刨煤機(jī)綜采機(jī)組；采用滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的采煤機(jī)機(jī)組。上世紀(jì)90年代開始，德國DBT公司開始研究電液控制系統(tǒng)。目前，該公司已經(jīng)研究開發(fā)的以液壓支架PMC電液控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)的全自動(dòng)化無人刨煤機(jī)綜采工作面成套設(shè)備已經(jīng)投入生產(chǎn)應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)薄煤層綜合機(jī)械化采煤向綜合自動(dòng)化無人工作面采煤的發(fā)展，使薄煤層開采達(dá)到了高產(chǎn)、高效、安全的目的。如，德國魯爾公司佛德利希萊茵蘭特礦，煤厚1.3米，面長310米，采用刨煤機(jī)和電液控制系統(tǒng)平均日產(chǎn)煤達(dá)到12653噸，最高日產(chǎn)16500噸。該公司的羅伯特礦，煤厚1米1.16米，刨煤機(jī)綜采工作面

15、面長308米，平均日產(chǎn)原煤13500噸。英國Long-Airdox公司、美國Joy公司也研究開發(fā)了具有自動(dòng)化功能的滾筒采煤機(jī)綜采工作面計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，均取得了較好的成績。如美國煤鋼聯(lián)BW50#煤礦，煤厚1.38米，工作面長330米，采用采煤機(jī)綜采，曾創(chuàng)下日產(chǎn)原煤22310噸的記錄。澳大利亞正在研制遠(yuǎn)程控制全自動(dòng)無人長壁工作面開采技術(shù)。為適應(yīng)“一礦一面”的高度集中化生產(chǎn)模式和煤礦生產(chǎn)集團(tuán)化管理模式，先進(jìn)采煤國家研制開發(fā)了礦井自動(dòng)化監(jiān)測控制系統(tǒng)，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜采工作面和礦井運(yùn)輸、通風(fēng)、排水等設(shè)備和礦井瓦斯、煤塵等安全參數(shù)的全自動(dòng)化監(jiān)測和控制。代表性產(chǎn)品有美國MSA公司生產(chǎn)的DAN6400系統(tǒng)，德國BEBRO公司的PROMOS系統(tǒng)等。上世紀(jì)80年代以來，德國Eickhoff公司研制了SL2300LN、美國JOY公司研制了4LS、英國Anderson公司研制了Electra550等電牽引采煤機(jī)，均取得很好效果。1999年全美69個(gè)綜采工作面中，約27個(gè)薄和較薄煤層工作面，