薄煤層及超薄煤層采煤機技術(shù)現(xiàn)狀及趨勢分析

【摘要】在對薄煤層及超薄煤層開采的主要技術(shù)難點進行簡單闡述后，對我國薄煤層及超薄煤層采煤機技術(shù)現(xiàn)狀進行了分析。最后，對薄煤層及超薄煤層采煤機發(fā)展趨勢進行了探討。

【關(guān)鍵詞】薄煤層；采煤機；綜采

引言

同中厚煤層和厚煤層相比，當(dāng)今我國薄煤層及超薄煤層的機械化開采還存在著工作面空間狹窄，條件較差、綜采機械設(shè)備移動較困難、煤層斷層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度變化較大等問題，這些在很大程度上影響了薄煤層及超薄煤層上的機械設(shè)備工作效率和生產(chǎn)效能。另外，薄煤層及超薄煤層其采煤設(shè)備綜合投入產(chǎn)出比偏低，使用經(jīng)濟效益較厚與中厚煤層而言偏低，因此目前我國薄煤層及超薄煤層機械化開采技術(shù)研究發(fā)展速度較為緩慢。但隨著中厚與厚煤層開采資源的不斷枯竭，加上一些中厚煤層特殊的地質(zhì)條件，薄煤層及超薄煤層的機械化開采已成為煤炭開采研究的重要內(nèi)容[1]。

1、薄煤層及超薄煤層開采的主要技術(shù)難點

從實踐工作經(jīng)驗，筆者認(rèn)為薄煤層及超薄煤層開采，其主要特性是煤層厚度較薄、煤層斷層較為嚴(yán)重，與中厚及厚煤層機械化開采相比，存在以下多方面的技術(shù)難點，即：①由于工作面空間受到限制，普遍較狹窄，工作條件復(fù)雜且差；②煤層厚度變化較大、斷層等地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，這在很大程度上影響薄煤層開采機械設(shè)備的投入產(chǎn)出比和生產(chǎn)性能③薄煤層采煤機械受工作面空間影響，其結(jié)構(gòu)尺寸普遍受到限制，設(shè)計難度非常大。由于安全可靠性、適用性、經(jīng)濟效益等多方面的技術(shù)經(jīng)濟間的矛盾很難得到有效匹配，造成薄煤層及超薄煤層采煤機技術(shù)研究發(fā)展速度相對中厚及厚煤層要緩慢。在煤炭資源開發(fā)不斷向深部煤炭開采、薄煤層開采等方面發(fā)展，研究適應(yīng)與薄煤層及超薄煤層的機械化、自動化開采設(shè)備，改變常規(guī)存在投入產(chǎn)出比效益差、工人勞動強度大等問題，有效提高薄煤層及超薄煤層工作面生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益，非常具有工程實踐應(yīng)用研究意義[2]。

2、我國薄煤層及超薄煤層采煤機技術(shù)現(xiàn)狀

2.1滾筒采煤機采煤技術(shù)

上世紀(jì)60年代中后期，雞西、淄博等一些薄煤層礦區(qū)在結(jié)合礦區(qū)實際情況，仿照MLQ-64研制出一些適用于薄煤層開采的小功率爬底板薄煤層采煤機，并在實際應(yīng)用中獲得較好的效果。并從70年代開始對薄煤層采煤機進行技術(shù)升級改造，所研制的MLQ-80、MLQ3-100等系列薄煤層采煤機，裝機功率在60～100kw直接，能夠適用于0.8m以上的薄煤層煤炭資源開采。目前，國產(chǎn)薄煤層滾筒采煤機在煤層厚度0.8～1.3m范圍的薄煤層中發(fā)揮非常良好的應(yīng)用效果，尤其在煤質(zhì)中硬及以下的緩（傾）斜薄煤層煤炭資源開采中應(yīng)用效果非常良好。滾筒采煤機采煤技術(shù)具有以下多方面優(yōu)點：滾筒式薄煤層采煤機雖然其機身設(shè)計較矮，但其功率較大，一般功率均在100kW以上，有的甚至達到1000kW以上，如：山西西山中美機械制造有限公司生產(chǎn)的MG系列滾筒式采煤機，其采高范圍可以覆蓋0.65-5.5m范圍，裝機功率可以覆蓋120KW-2000KW，主要以電作為主要牽引方式，并兼顧液壓牽引同步，能夠適用于工作面傾角范圍在0-45度薄煤層煤炭資源開采；機身設(shè)計足夠短，以確保薄煤層工作面上要有足夠的過煤和過機空間高度；工作面上通常不采取人工進刀方式；采煤機具有較強破巖和過斷層能力。從采煤機輸送方式來劃分，薄煤層滾筒式采煤機主要分為騎輸送機式和沿底板式。常規(guī)的騎輸送機式采煤機，其必須與支架頂梁及下邊的輸送機間有足夠的間隙，這在薄煤層工作面上受到非常大的現(xiàn)在。為了改善滾筒式采煤機在薄煤層開采中的實用性，沿底板式采煤機其在空間、采煤功率、通風(fēng)性能均比騎輸送機式，在薄煤層及超薄煤層開采領(lǐng)域具有非常良好的應(yīng)用前景。

2.2刨煤機采煤技術(shù)

刨煤機采煤技術(shù)主要引進德國，利用帶刨刀的煤刨通過電控系統(tǒng)，沿薄煤層工作面往復(fù)落煤和裝煤。刨煤機可應(yīng)用于1m及以下的薄煤層綜采，在薄煤層工作面上靠輸送機進行導(dǎo)向。刨煤機具有整體結(jié)構(gòu)較為簡單，檢修維護也較方面，截深也較小，單位煤量的能耗較少，煤的塊度大，采煤過程中煤粉及煤塵量少等優(yōu)點。刨煤機其工作效率普遍較高，其切割速度可以達到3m/s，切割功率也超過2×200kW，根據(jù)煤的硬質(zhì)條件，其最大截深可以深入250mm。刨煤機刨煤和裝煤效率較高，可以根據(jù)需求隨時推進實現(xiàn)連續(xù)自動化采煤，自動設(shè)定采煤相關(guān)特性參數(shù)后，無須操控人員直接干預(yù)，1m厚的煤層產(chǎn)量可以達到1500t/h的高產(chǎn)。

“采、運、移”的全自動化智能刨煤機控制系統(tǒng)，是刨煤機目前研究發(fā)展的重要方向，通過刨煤單元、刨頭運行軌道設(shè)備、電液調(diào)控和電氣全控等智能控制單元共同組成，實現(xiàn)刨煤、裝煤、液壓支架升降的全面自動化智能控制[3]。刨煤機配套綜采機械設(shè)備系統(tǒng)是目前薄煤層及超薄煤層開采自動化程度最高的采煤方式，也是效果最好的采煤工藝，操作凸顯其在薄煤層與瓦斯突出煤層間應(yīng)用中的安全可靠性優(yōu)勢。但刨煤機開采工藝其面對復(fù)雜煤層條件時其適應(yīng)性普遍差，刨頭在破煤性能方面還有待進一步提高，國產(chǎn)刨煤機其運行可靠性普遍較差，而進口刨煤機其整體價格較為昂貴，投入短期經(jīng)濟效益不太明顯，需要從技術(shù)、經(jīng)濟等方面進行綜合比對分析采用。

2.3螺旋鉆采煤機采煤技術(shù)

螺旋鉆采煤技術(shù)在我國雖然處于起步階段，但應(yīng)用效果較為明顯，它屬于一種無人工作面的薄煤層開采方法，能夠適用于0.9m以下的薄煤層、圍巖穩(wěn)定較差的薄煤層、三下壓煤、邊角煤、以及各種煤柱的開采和回采，其主要特點是可以采煤巷道中依靠螺旋鉆采煤機將螺旋鉆桿鉆入到煤層中進行采煤，并通過鉆桿將采落的煤有效運出，能夠?qū)崿F(xiàn)0.4～0.9m薄煤層及超薄煤層巷道兩側(cè)50～70m范圍內(nèi)煤炭資源開采和回采，尤其適用于松軟煤層的開采和回采。但螺旋鉆采煤設(shè)備，其鉆頭耐磨性差、巷道掘進率高，丟煤多等問題還有待進一步研究，通過增強鉆頭的過煤能力來解決夾矸煤層的開采問題，通過解決鉆孔充填問題來大大提高采煤量。

3、薄煤層及超薄煤層采煤機發(fā)展趨勢

筆者從多年工作經(jīng)驗，認(rèn)為薄煤層及超薄煤層采煤機今后發(fā)展應(yīng)從以下諸多方面進行，即：

（1）向大功率重機型方向發(fā)展。當(dāng)采煤機的采煤功率增大后，可以提高采煤機的機械安全裕度和增大采煤機的適用范圍。但采煤機向大功率重型機研發(fā)過程中，必須要以安全可靠性、適用經(jīng)濟性作為基礎(chǔ)，只有在技術(shù)可行、經(jīng)濟優(yōu)越的基礎(chǔ)上，方能考慮適用性問題。才能增大其適應(yīng)性。（2）采煤機以發(fā)展交流變頻調(diào)速電牽引節(jié)能技術(shù)為主。通過研制薄煤層及超薄煤層采煤機專用變頻器，取消常規(guī)的牽引變壓器，即可達到優(yōu)化機身結(jié)構(gòu)、縮短機身長度目的，又可以提高采煤機的工作面、工作負(fù)荷適應(yīng)性，通過變頻調(diào)速控制達到節(jié)能經(jīng)濟的目的。（3）進一步完善薄煤層及超薄煤層采煤機智能自動化控制系統(tǒng)的自動水平和故障自診斷水平，實現(xiàn)工作面自動化無人監(jiān)控連續(xù)開采和故障自診斷，確保設(shè)備具有較高性能水平，提高設(shè)備運行經(jīng)濟效益。

4、結(jié)束語

發(fā)展薄煤層開采綜合機械化，應(yīng)根據(jù)礦井的實際情況和功能需求，有針對性的研制相應(yīng)的薄煤層開采機械設(shè)備，確保其在實際運用中具有較高的安全可靠性和節(jié)能經(jīng)濟性，有效提高煤炭企業(yè)運營經(jīng)濟效益。