薄煤层综合机械化开采设备的研究

辛永刚　崔丽娟　刘军美

【摘要】 在我国煤矿中, 较薄煤层的储量占可采储量比例较大, 为保证矿区的可持续性发展, 薄煤层的开采被提到议事日程上来。介绍了开滦东欢坨矿、枣庄田陈矿、晋城凤凰山矿综合机械化开采工艺, 同时对配套设备及今后注意改进方向进行了研究, 并分析了其经济效益和社会效益

【关键词】 机械化；开采设备；研究

一、薄煤层开采的现状

我国具有丰富的薄煤层资源，据资料介绍已探明的可开采薄煤层储量达到61.5亿吨。近年来，薄煤层可采储量所占比例逐年增加，2006年薄煤层可采储量已经占总煤炭可采储量的41.18%。其中0.8-1.3m的缓倾斜薄煤层占73.4%。中硬以下的薄煤层占总层数的64.5%。总的来说，我国薄煤层资源中厚度0.8-1.3m中硬度煤层占大多数，这些煤层完全可以实现机械化开采。国内薄煤层开采技术的长期落后，许多矿井无法遵循科学开采程序，被迫“吃肥丢瘦、采厚弃薄”，过早开采厚煤层，造成其上覆一定范围内的薄煤层原始赋存状态和连续性遭受实质性破坏，以致这些资源无法回收的问题十分严重。

二、目前薄煤层开采配套型式

①采用刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组；

②采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤机综采机组。

两种机组各有特点与适应性。刨煤机结构简单，可以开采厚度较小的煤层，缺点对地质条件要求较高；滚筒式采煤机优点是适应能力强，对地质条件要求不高，缺点是最小采高受到一定限制。

刨煤机开采优点：

⑴结构简单、操作方便，易于实现自动控制；

⑵充分利用地压采煤，能耗较低；

⑶原煤块度大，煤粉及煤尘量少，劳动条件好；

⑷司机不必跟机作业，可在平巷内操作，拉架和移动输送机时工人的工作位置相对固定，劳动强度小；

⑸开采瓦斯涌出量均匀，有利于高瓦斯矿井生产。

刨煤机开采缺点：

刨煤机缺点是对工作面地质条件要求较高，其适宜的开采条件要求工作面断层相对少，地质构造简单，煤层硬度系数f<3～4，顶板相对稳定，底板比较平整，煤不粘顶。

滚筒采煤机开采优点：

①适应于煤层厚度变化较大的工作面；

②对煤层顶底板起伏变化适应能力强；

③适用于含有夹矸的煤层回采；

④对工作面长度要求较刨煤机低。

滚筒采煤机开采缺点：

薄煤层滚筒采煤机最大缺点是“小机身、大功率”问题难以得到有效解决，如何在降低机面高度的前提下进一步提高装机功率是薄煤层采煤机面临的最大难题。

从各国的使用情况来看，刨煤机综采设备工作安全、块煤率高，适于开采厚度较小且地质条件变化不大的煤层；滚筒式采煤机对地质条件适应能力强，适应于硬煤以及煤层厚度变化较大的薄煤层开采。

三、薄煤层综采设备

薄煤层综合采煤机械化工作面的设备与普通综采工作的设备相同，只是由于受到采高的限制。各种配套设备要在有限的空间内实现综采工作面的割煤、装煤、推溜、移架等全部操作，各种设备就需要合理的配套。

1、三机选型及配套原则

(1)按照煤层附存条件和生产条件，合理配套综采设备，提高设备对煤层的适应性。

(2)选择成熟合理的设备，充分发挥设备的综合潜力，满足最低综采指标的要求。

(3)设备选型配套能力要适当留有余地，以便有利于进一步提高生产能力。

2、工作面“三机”选型

(1) 采煤机的要求：

a ）机型以骑溜子采煤机为主，爬底板采煤机虽然具有机面高度低，功率大等优点，但是由于这种机型对地质条件的适应性差，使用范围受到限制。

b ）总装机功率要进一步提高，装机功率、机面高度与过煤空间三者之间的矛盾仍然是大功率薄煤层采煤机的主要技术难题，除发展新型高效电机外，采用特殊的总体布置方式仍是一条有效途经。

c）以交流变频调速电牵引技术为主，根据不同用户的需求，其他电牵引方式如开关磁组和电磁滑差调速也要有所发展。

d）改进截割机构，提高截割效率，降低工作面粉尘生成量。采用中高压喷雾降尘，改善工作面生产环境。增加滚筒截深，增大截深可提高每一循环的产量，截深从目前的800mm增加1000mm左右 。

e）完善采煤机自动控制系统与故障诊断系统，实现薄煤层采煤机远距离操纵和故障的早期处理，并逐步发展自动调高技术，实现薄煤层工作面自动化开采 。

(2)液压支架的要求

在液压支架有足够初撑力和工作阻力、足够的强度前提下，尽量减少顶梁、底座的厚度，增加顶梁下行人道的尺寸，提高支架调高范围，发展支架远程遥控操作，减少劳动强度。

针对具体煤层条件，支架应满足下列要求：

a)适应采高，薄煤层的厚度变化一般较大，采高调节幅度大，尽量选择伸缩比大的支架；

b）能有效支护顶板，支护强度符合要求，顶梁相应加长；

c）支架底座设计尽量要薄，且推移千斤顶后方能排掉矸石，选用两柱掩护型；

d）支架上的操纵阀设置要为增加行人空间提供便利；

e）对于破碎顶板采场，应考虑设计前伸缩梁，并将伸缩梁千斤顶镶嵌于支架顶梁内，以保证梁下高度。

考虑到薄煤层矿压显现相对缓和、保证行人空间、满足通风要求等综合因素，目前薄煤层一般选择两柱掩护型支架。

(3)刮板运输机的要求

a) 机头要为矮机头，以适应电机在工作面中的布置。

b）中部槽采用低合金钢铸造槽帮，底板、中板为高强度耐磨板，提高了中部槽的整体强度和耐磨性。槽间连接采用哑铃销连接，强度提高，连接强度可达800-1000KN.

c） 采用D级链条或扁平链，中双链结构，受力较均匀，有利于提高输送机的可靠性。

d） 销排侧挂，最大限度减小机面高度。

3、三机合理配套

(1)工作面“三机”合理配套的几何尺寸：见图1

A——采煤机机身高度；

B——截深，采煤机滚筒的宽度；

C——割煤安全高度；

D——梁端距；

E——输送机与采煤机之间的过煤高度；

F——立柱底到煤壁的距离；

G——输送机宽度；

H——采高；

L——立柱到梁端的长度；

S——输送机中部槽宽度；

a——电缆槽和导向槽宽度；

b——前柱与电缆槽之间的距离；

e——煤壁与铲煤板之间的空隙距离；

f——铲煤板的宽度；

x——立柱斜置产生水平增距。

(2)三机能力配套

采煤工作面生产能力取决于采煤机落煤能力，而刮板运输机、液压支架及转载机、可伸缩皮带设备能力要大于采煤机的生产能力，液压支架移架速度要满足采煤机割煤、落煤、装煤的工作速度的要求。

(3)满足设备性能要求

①采煤机自开切口时摇臂长度、卧底深度与刮板运输机机头、机尾长度相适应。

②采煤机底托架型式、规格参数与刮板运输机的中部槽及铲煤板、挡煤板的导向方式与其强度相适应。

③采煤机牵引机构、行走机构与刮板运输机的联系、配合方式及其强度相适应。

④液压支架推移装置与刮板运输机的连接及运用方式、连接位置及性能强度相适应。

⑤液压支架移架速度与采煤机割煤速度相适应。

⑥液压支架、采煤机、刮板运输机与煤层倾角相适应。

⑦采煤机的采高、机身高度、刮板运输机机头机尾高度与液压支架的高度相适应。

⑧采煤机的截深与支架的移架步距相匹配。

4、满足安全生产的要求

①梁端距一般为150—300mm，以防止漏顶和滚筒切割顶梁。

②保证过煤高度达到350—400mm，以便煤流顺利通过采煤机机身底部。

③保证割煤安全高度一般不小于200—300mm。

④保证支架与刮板运输机及采煤机有足够的安全距离，最小200—400mm。

⑤推移千斤顶的行程要大于采煤机截深，一般为100—200mm.

⑥煤壁和铲煤板之间有空隙，防止采煤机在通过刮板运输机弯曲段时滚筒割铲煤板，间隙保证100—200mm。

⑦总的配套要使支架柱前到煤壁无柱空间宽度愈小愈好。

四、结论

薄煤层综采通过生产检验，在技术上可行，安全上可靠，经济上合理，井下安全状况得到改善，生产高度集中，生产系统简化，为管理科学现代化矿井创造了条件，为矿井减负增效、扭亏增盈和建设现代化矿井打下良好基础。（薄煤层综采年产达到60万吨，采高1.1-1.5m，高档普采月产达2.3万吨）

我国是世界煤炭产量最大的国家，2006年产量占世界总产量的37.4%，占世界井工产量的3/4，可我国人均可采储量仅相当世界平均水平的62%。党和政府提出了建设节约型社会、节约利用资源的国策。薄煤层是宝贵的煤炭资源。近年来，我国薄煤层机械化开采技术和装备取得新的进展，积累了在各种地质和矿井条件下的高产、高效、安全生产经验。我国引进和新研制各种薄煤层机械化开采装备必将为提高薄煤层产量和开采技术水平做出贡献。

参考文献：

1中国工业煤炭协会《我国薄煤层和倾斜煤层开采经验汇编》

2中国矿业大学出版社 《采场支架围岩关系及应用》

3煤炭工业出版社《综采技术手册》