中國薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)開采現(xiàn)狀與展望

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

中國薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)開采現(xiàn)狀與展望

呂金龍 張守祥

（中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司，北京 102400）

本文對(duì)中國目前的薄和極薄煤層全自動(dòng)化配刨煤機(jī)工作面開采技術(shù)及裝備進(jìn)行了簡單分析，探討了刨煤機(jī)開采技術(shù)及裝備的特點(diǎn)，分別對(duì)目前我國已有的進(jìn)口和國產(chǎn)自動(dòng)化刨煤機(jī)配套技術(shù)及裝備進(jìn)行了研究。最后介紹了目前我國薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)成功應(yīng)用狀況和效果。

薄和極薄煤層；開采技術(shù)；刨煤機(jī)；自動(dòng)化與電液控制；配套設(shè)備 液壓支架；礦山應(yīng)用

引言

國外發(fā)達(dá)國家的薄和極薄煤層開采機(jī)械化程度比較高，實(shí)現(xiàn)了薄和極薄煤層安全﹑高產(chǎn)﹑高效開采。其中，德國全自動(dòng)化刨煤機(jī)在薄煤層工作面開采中得到大量應(yīng)用，刨煤機(jī)設(shè)備及配套技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先水平，并在許多國家得到推廣應(yīng)用。

中國薄和極薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)開采技術(shù)及裝備研究始自鐵法，1997年著手進(jìn)行立項(xiàng)﹑配套﹑攻關(guān)﹑應(yīng)用。與德國DBT公司﹑國內(nèi)科研單位和北京煤機(jī)公司等合作，以“薄煤層刨煤機(jī)全自動(dòng)化無人工作面安全高效開采模式研究與應(yīng)用”為課題，瞄準(zhǔn)國際最前沿的薄煤層開采技術(shù)和裝備，探索出了一條適應(yīng)中國國情的“薄和極薄煤層安全高產(chǎn)高效自動(dòng)化刨煤機(jī)設(shè)備”以及國際化“集成創(chuàng)新”之路，一舉獲得成功。并被國際采礦界稱為“鐵法模式”，在國內(nèi)﹑外許多礦區(qū)得到推廣應(yīng)用。

1 薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)開采特點(diǎn)

1.1 薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)配套設(shè)備

刨煤機(jī)主要有拖鉤刨﹑滑行刨﹑拖鉤滑行刨﹑緊湊式刨煤機(jī)等形式，配套運(yùn)輸機(jī)（刨煤機(jī)運(yùn)行軌道）﹑轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)﹑工作面液壓支架﹑端頭支護(hù)技術(shù)等。自動(dòng)化刨煤機(jī)因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同，是1.8m以下煤層首選開采設(shè)備。

1.2 自動(dòng)化刨煤機(jī)配套設(shè)備的先進(jìn)性

1.2.1 全自動(dòng)化刨煤機(jī)開采，即工作面用刨煤機(jī)落煤，用與刨煤機(jī)配套的運(yùn)輸機(jī)（刨煤機(jī)運(yùn)輸軌道）運(yùn)煤﹑液壓支架支護(hù)控制頂板，并采用智能化電液控制系統(tǒng)，使破煤﹑運(yùn)煤﹑支護(hù)等工序，全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化﹑機(jī)械化，是一種高產(chǎn)﹑高效的采煤方式。

1.2.2 薄和極薄煤層自動(dòng)化刨煤機(jī)開采成套支護(hù)設(shè)備，能夠?yàn)榈V工提供安全的作業(yè)空間。采煤時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)“遠(yuǎn)程”操作，工作面內(nèi)無人作業(yè)，最大限度地減輕礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度和傷亡事故的發(fā)生。薄煤層電液控制掩護(hù)式支架地面聯(lián)試如圖1所示。

1.2.3 刨煤機(jī)因其較低的過機(jī)高度為薄煤層開采帶來方便，選擇刨煤機(jī)，其機(jī)身比較矮，能適應(yīng)低采高，同時(shí)由于刨煤機(jī)不需要從液壓支架頂梁下面通過的特點(diǎn)，需要的過機(jī)空間更?。ㄅc采煤機(jī)相比）。從而，使得薄和極薄煤層支架最低的支護(hù)高度可以接近極限。薄煤層成套支護(hù)設(shè)備研制為薄和極薄煤層開采提供了技術(shù)支持和保障。

1.2.4 用刨煤機(jī)采煤，資源回收率高，煤的顆粒度比較均勻，塊煤率高，煤塊度較大，出塊率可達(dá)30%。

1.2.5 可以充分利用地壓落煤，特別在煤層較軟﹑節(jié)理發(fā)達(dá)的煤層中更為明顯。

1.2.6 采用刨煤機(jī)開采產(chǎn)生的粉塵量少，由于刨煤機(jī)刨深小，產(chǎn)生的瓦斯?jié)舛纫脖炔擅簷C(jī)大大減少，對(duì)高瓦斯礦井管理﹑開采帶來安全和便利。

1.2.7 刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護(hù)成本低。

1.3 刨煤機(jī)適應(yīng)條件及局限性

1.3.1 刨煤機(jī)適用于煤層傾角≤25°﹑煤的硬度f≤4﹑煤厚小于2m的薄煤層。當(dāng)煤層大于2m，使用采煤機(jī)更為經(jīng)濟(jì)。

1.3.2 對(duì)煤質(zhì)硬度有一定要求，煤質(zhì)在軟和中硬（f≤1.8）可選用拖鉤刨，中等硬度以上（f=2.4～3）易選用滑行刨。硬煤及特黏性高的煤層不易選用刨煤機(jī)。

1.3.3 由于刨頭的高度不能隨時(shí)調(diào)整，遇到頂板起伏變化就要留頂煤或割頂板巖石；如果煤粘頂，不及時(shí)落下，就會(huì)給支架前移帶來困難，采高過小時(shí)很容易出現(xiàn)“壓死支架”。因此，適合于煤層厚度變化不大的工作面。

頂板狀況良好，刨煤機(jī)不適合黏頂。若輕度黏頂，應(yīng)采用人工處理。

1.3.4 如遇煤層中有夾石﹑斷層﹑頂板出現(xiàn)巖石包﹑煤層中含有硫磺石等堅(jiān)硬雜物時(shí)，生產(chǎn)效率要明顯下降或者根本刨不動(dòng)。因此，適合于地質(zhì)構(gòu)造簡單的工作面。夾矸厚度過大，不適合刨煤機(jī)。

1.3.5 刨煤機(jī)刨頭不能隨時(shí)大量“臥底”或“抬高”，遇到底板起伏較大就要“飄刀”或“啃底”。因此，適合于煤層起伏變化較小的工作面。斷層及褶曲變化不易過大，當(dāng)斷層過大時(shí)，必須先進(jìn)預(yù)處理。

1.3.6 對(duì)頂板起伏有一定要求，過大難于發(fā)揮刨煤機(jī)的先進(jìn)性。底板平整，不易“啃底”和“飄刀”。

2 進(jìn)口刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面配套技術(shù)及應(yīng)用狀況

2.1 國外刨煤機(jī)：德國﹑俄羅斯﹑西班牙﹑捷克等國，均生產(chǎn)刨煤機(jī)，其中德國原DBT公司的刨煤機(jī)最為著名，是世界上研制刨煤機(jī)最早﹑產(chǎn)量最大﹑技術(shù)程度最高的一家公司。目前，中國鐵法﹑西山﹑晉城﹑大同﹑沈陽﹑離柳﹑寧夏寶豐等礦區(qū)使用DBT自動(dòng)化刨煤機(jī)系統(tǒng)，已經(jīng)有10余套。

2.2 薄煤層刨煤機(jī)自動(dòng)化液壓支架

2.2.1 配刨煤機(jī)液壓支架的特點(diǎn)

支架的工作阻力大，安全系數(shù)大；支架的最低結(jié)構(gòu)高度低；支架的伸縮比大 （2.2～2.5∶1）分體式底座；電器﹑液壓管路復(fù)雜；結(jié)構(gòu)件梁體??；有帶調(diào)斜作用的推移機(jī)構(gòu)，要求有最小的行人通道 （600×400） ，配套合理端頭支架。

2.2.2 中國第一套自動(dòng)化刨煤機(jī)配套設(shè)備

ZY6400/09/20D薄煤層電液控制掩護(hù)式支架如圖2所示。

（1）支架主要技術(shù)參數(shù)

①支架型號(hào)：ZY6400/09/20D型二柱掩護(hù)式支架；

②支架高度：900mm～2000mm；

③初撐力：5066kN；

④工作阻力：6400kN；

⑤推移步距：600mm；

⑥支護(hù)強(qiáng)度：0.773MPa～0.995MPa；

⑦操作方式：電液控制；

⑧支架重量：15.6t。

（2）工作面三機(jī)配套設(shè)備

①液壓支架：ZY6400/09/20D 北京煤機(jī)公司設(shè)計(jì)﹑制造

②刨煤機(jī)：德國DBT公司 型號(hào)：GH9-34Ve/4.7 滑行刨

③刨頭運(yùn)行軌道：德國DBT公司 型號(hào)：PF2.30/732

2.3 應(yīng)用狀況

鐵煤集團(tuán)從1998年開始進(jìn)行技術(shù)洽談。2000年4月，在中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司進(jìn)行了國內(nèi)﹑外刨煤機(jī)及配套設(shè)備的配套地面試驗(yàn)。2000年12月在鐵煤集團(tuán)小青礦W1E—730工作面安裝調(diào)試，并于2001年1月5日開始對(duì)我國第一套全自動(dòng)刨煤機(jī)系統(tǒng)及裝備進(jìn)行井下工業(yè)性試驗(yàn)。至2002年4月末在小青礦共完成試采工作面3個(gè)。試驗(yàn)期間設(shè)備運(yùn)行性能良好，無發(fā)生故障，平均日產(chǎn)達(dá)到3712t，最高日產(chǎn)達(dá)到6480t。在采高1.2m左右情況下，實(shí)現(xiàn)了年產(chǎn)原煤120萬噸～150萬噸的既定目標(biāo)。截至到2011年，小青礦已經(jīng)應(yīng)用全自動(dòng)刨煤機(jī)開采薄煤層工作面14個(gè)，生產(chǎn)煤炭536.43萬噸。

目前，已有四套設(shè)備在集團(tuán)公司小青礦﹑曉南礦﹑大明礦﹑曉明礦20多個(gè)工作面使用。截至2011年，鐵法能源公司利用刨煤機(jī)生產(chǎn)煤炭超過1000萬噸，創(chuàng)造了中國刨煤機(jī)產(chǎn)煤的新紀(jì)錄。

鐵法小青礦自動(dòng)化刨煤機(jī)的成功應(yīng)用，極大地促進(jìn)了全國煤炭行業(yè)應(yīng)用刨煤機(jī)的積極性，全國各礦區(qū)對(duì)薄煤層開采也愈加器重。從2001～2011年，接踵又有西山﹑晉城﹑大同﹑沈陽﹑寧夏等引進(jìn)了多套自動(dòng)化刨煤機(jī)系統(tǒng)。

3 國內(nèi)刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面配套技術(shù)及應(yīng)用狀況

我國的刨煤機(jī)研制水平尚處于發(fā)展階段，是在借鑒﹑吸收國外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上逐步成熟起來的。中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司﹑淮南長壁煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司﹑三一重裝等單位均生產(chǎn)過刨煤機(jī)。但國產(chǎn)自動(dòng)化刨煤機(jī)系統(tǒng)剛進(jìn)入起步階段，目前僅在南梁﹑鐵法曉明礦等進(jìn)行工業(yè)性試驗(yàn)。

3.1 中煤集團(tuán)刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面配套

中煤裝備公司﹑中煤張家口煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司﹑中煤北京煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司聯(lián)合為南梁煤礦研發(fā)了成套刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面設(shè)備。中煤南梁礦刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面設(shè)備配套表見表1。

3.2 其它國產(chǎn)刨煤機(jī)自動(dòng)化工作面配套技術(shù)

（1）三一集團(tuán)公司刨煤機(jī)情況：三一重裝公司為鐵法曉明礦刨煤工作面研制了BH38/2×400型刨煤機(jī)國產(chǎn)刨煤機(jī)自動(dòng)化設(shè)備。2010年，成套開采設(shè)備在鐵法曉明礦刨煤工作面完成安裝。

（2）其它煤機(jī)企業(yè)和礦區(qū)刨煤機(jī)研制情況：國內(nèi)許多企業(yè)雖然也進(jìn)行刨煤機(jī)及配套設(shè)備研究，取得一定進(jìn)展，但截至到目前，還沒有自動(dòng)化刨煤機(jī)成套設(shè)備應(yīng)用的業(yè)績。

總之，國產(chǎn)刨煤機(jī)產(chǎn)品無論是拖鉤刨還是滑行刨，與國際先進(jìn)國際刨煤機(jī)等產(chǎn)品仍存在較大差距，自動(dòng)化控制系統(tǒng)還需要不斷完善，有關(guān)企業(yè)不斷認(rèn)清技術(shù)和設(shè)備的不足，適應(yīng)中國國情，提高設(shè)備的總體性能和配套的可靠性。

4 展望

我國發(fā)展薄煤層刨煤機(jī)開采裝備研究和應(yīng)用，應(yīng)著重從以下幾個(gè)方面解決問題：

4.1 國家應(yīng)制定相關(guān)政策，對(duì)薄煤層進(jìn)行合理開采和規(guī)劃，確定薄煤層開采地位和必要性。

4.2 對(duì)國內(nèi)刨煤機(jī)裝備研究與制造進(jìn)行優(yōu)惠政策扶持，解決刨煤機(jī)配套設(shè)備參數(shù)及設(shè)備配套性問題，提高刨煤機(jī)可靠性﹑適用性。

4.3 加快國產(chǎn)刨煤機(jī)電控系統(tǒng)成套研發(fā)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制技術(shù)的先進(jìn)性，應(yīng)加快推進(jìn)高端煤炭開采裝備產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，以滿足國內(nèi)煤炭產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的需求。

[1]錢建鋼，等.高產(chǎn)高效刨煤機(jī)綜合機(jī)械化采煤設(shè)備及技術(shù)（合著）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[2]張守祥.薄煤層全自動(dòng)化配刨煤機(jī)工作面端頭支架設(shè)計(jì)研究[J].煤礦機(jī)械，2008（01）.

[3]張守祥.極薄煤層高產(chǎn)高效自動(dòng)化刨煤機(jī)無人工作面支護(hù)技術(shù)及設(shè)備研究[J].煤礦機(jī)械，2012（08）.

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