国产全自动化刨煤机在晓明矿的成功应用

2012-07-25黄东风郝胜礼姜海雨

中国质量与标准导报 2012年8期

黄东风郝胜礼姜海雨

0 引言

我国薄煤层分布广泛，且绝大多数产煤矿区薄、厚煤层并存，随着采掘机械回采能力的不断提高，厚煤层的储量越来越少，煤层厚度在1.3m以下的薄煤层工作面的比重越来越大，薄煤层工作面回采空间小，工作条件恶劣，开采难度大，产量低，安全性差，一直是制约煤炭企业生产接续和可持续发展的难题，如果薄煤层工作面不能得到有效开采，必然会造成资源浪费，缩短矿井的服务年限，影响煤炭行业的可持续发展。

刨煤机是一种“浅截深、多循环”的采煤设备，具有刨煤、装煤、运煤、推溜、降架和拉架自动控制和远程控制的功能，对薄煤层和瓦斯大的矿井具有特有的优势。德国和美国的煤矿采用刨煤机，实现了井下无人工作面的全自动化，解决了煤矿井下工作面煤尘和瓦斯的安全问题，从根本上改变了开采薄煤层的劳动条件和安全条件。我国辽宁省铁法能源（集团）有限责任公司在2000年从德国引进了全自动化刨煤机，使中国成为世界上第三个拥有井下煤矿开采全自动化无人工作面的国家，缩短了与发达国家在薄煤层开采上的差距。从长远发展来看，单靠引进设备不是唯一出路。由于刨煤机成套开采技术融合了机械、液压、电子、网络控制等多学科专业领域的科技成果，技术含量高，研制难度大，全球刨煤机市场由德国DBT公司垄断，中国市场已累计进口DBT公司8套全自动刨煤机设备，由于没有竞争，价格特别昂贵。为了降低生产成本，提高企业经济效益，开发国产全自动刨煤机是当务之急。

三一重型装备有限公司研制的BH 38／2×400型刨煤机是国内首台套全自动化刨煤机成套设备，2010年11月到2011年3月在晓明矿N 2419工作面工业性试验，标志着国产全自动化刨煤机组成套设备开始在煤矿实际应用。

1 设备简介

BH 38／2×400型刨煤机适用于煤层厚度为0.8m～2.0m，煤层倾角≤25°，煤质硬度A≤350N／mm（f≤4），顶底板稳定的长壁式综采工作面，与具有电液控制功能的液压支架配套自动完成刨煤、装煤、运煤、移溜、降架和拉架工作，刨煤机全自动化控制系统可实现重要参数的远程数显。

刨煤机配套用变频调速一体式电动机、矿用隔爆型双速三相异步电动机、矿用减速器、矿用高强度圆环链、矿用圆环链用接链环、矿用隔爆兼本质安全型组合开关、矿用隔爆兼本质安全型工控机、矿用隔爆兼本质安全型电源、矿用本质安全型主控制器等均符合矿用产品安全标志管理规定，有关国家标准、行业标准和矿山安全有关规定，具有安标国家矿用产品安全标志中心发放的矿用产品安全标志证书。

国家安全生产监督管理总局授权的国家安全生产甲级检验机构国家安全生产上海矿用设备检测检验中心对刨煤机进行安标型式检验，该刨煤机符合 MT／T 689.2—1997《刨煤机型式检验规范》、《矿用产品安全标志抽样及检验规范（MAJY12-002-09）》和 QSY3120268.1—2009《BH 38／2×400刨煤机技术条件》要求，设备通过检验取得矿用安全标志证书。

2 工作面情况

2.1 地质条件

铁能集团晓明矿N 2419工作面为北二采区四层十九段，北部为北二采区四层中巷，南部为4-1＃煤层最低可采边界，西部为未采动区，东部为N 2418采空区。工作面内煤层整体呈单斜构造，煤层倾向25°，煤层倾角在3°～5°之间，平均4°。上顺槽尺寸（宽×高）5200mm×2800mm，下顺槽尺寸（宽×高）4500mm×2500mm。煤层厚度由北向南逐渐变薄，工作面内煤层平均厚度1.40m，切眼长度159m，工作面走向472m，可采储量为16.89万t。工作面内地质构造简单，煤层赋存较稳定，煤质硬度普氏硬度系数f小于3，节理层理发育，局部夹矸，矸石硬度普氏硬度系数f小于4，基本顶为粗砂岩，平均厚度16.5m，呈灰白，泥质胶结，含水。直接顶泥质粉砂岩和粉砂岩，平均厚度6.60m，灰色，近水平层理，泥质胶结，易冒落，含植物化石，直接底砂岩0.30m灰黑色，遇水变软。高瓦斯矿井，瓦斯相对涌出量14.1m3／t，绝对涌出量最大39.17m3／min。煤尘有爆炸危险性，爆炸指数45.33%，产尘点需喷雾降尘。

2.2 设备配置

刨煤机成套设备（见表1）包括BH 38／2×400型刨煤机（技术参数见表2）、SZZ 800／400型转载机、PLM 1800型链式破碎机、ZY 5200／08／18D 型中部液压支架、ZGY 5200／08／18D型过滤液压支架、ZGY 5200／12／25.5D型过滤液压支架、ZT 6200／18／32D型端头液压支架等。所有产品均符合MT／T 169—1996《液压支架型式与参数》、MT／T 556—1996《液压支架设计规范》、MT／T 19—1995《顺槽用刮板转载机型式与参数》、MT／T 106—1996《顺槽用刮板转载机通用技术条件》、MT／T 493—2002《顺槽用破碎机》、MT／T 661—1997《煤矿井下用电气设备通用技术条件》、MT／T 827—1999《煤矿机械液压系统通用技术条件》等中华人民共和国煤炭行业标准。

表1 工作面的主要设备配置

表2 刨煤机主要技术参数

3 工作原理

刨头在无极圆环链刨链牵引下，以刮板输送机中部槽滑架为导轨，沿工作面往复直线运动，依靠刨刀对煤壁形成的静压力将煤刨落，刨落的煤在刨头和滑架犁形斜面的作用下被装入输送机，运出工作面。

变频电动机驱动刨头以混合速度方式工作，刨头运行方向与输送机刮板链同向时为低速刨煤，反方向时高速刨煤，刨头无级启动，低速或高速刨煤，由底刨刀和液压支架定量推进系统控制截深，输送机在设定的推移步距下推进，每三架液压支架由一个电液控制单元自动控制液压支架的推移、降架和拉架等功能，液压支架滞后刨头4架开始锯齿状推进输送机，循环往复。机头机尾安装在顺槽内，刨煤机推进一定距离后，移动机头尾，如此循环渐进，连续自动采煤。

刨煤机配置防止刨头“漂刀”或“啃底”装置，在挡板侧的液压调高缸装置可在不停刨的情况下改变底刨刀的高度，处理沿工作面出现的刨头“漂刀”或“啃底”，全自动化控制和定量推移系统保证了刨煤机的刨深和保持工作面成一直线。

由设在下顺槽的主控台来控制刨头沿工作面全长的自动运行。主控台可遥控刨头的运行，主控台的屏幕显示支架状态、刨头位置、工作面调直、输送机的推移量、刨煤机的产量以及其他重要信息，所有这些信息可以储存在计算机的硬盘中，在地质条件好的工作面，刨煤机可实现无人操作。

4 采煤工艺

4.1 采煤方式

刨煤机穿梭式刨煤、装煤→可弯曲刮板输送机运煤→电液自动控制系统推溜、拉架，采空区采用全部跨落法控制顶板。

工作面电液控制系统工作模式分为手动、半自动、全自动三种模式。在生产过程中，机头、机尾端头架实行手动推溜，手动拉架的手动模式；机头、机尾过渡架实行自动推溜，手动拉架的半自动模式；中部架实行全自动模式。工作面初采阶段采用半自动工作模式。正常回采期间，当工作面顶板较完整条件较好，实行全自动模式，当顶板破碎、断层、岩石等区域，要根据实际情况选择半自动或手动模式。在刨煤机运行过程中，推溜滞后刨头8组支架（12m），拉架滞后刨头16组支架（24m）。刨头运行时前方支架不准推溜、拉架。

4.2 落煤方式

采用“Z”型双向穿梭式刨煤方式落煤。刨头由机头向机尾方向运行为上行，刨头由机尾向机头方向运行为下行。刨头完成一次上、下行刨煤称为一个小循环。工作面所有的支架动作一次为一个大循环，大循环进尺不大于0.6m。刨煤机最大刨深195mm，在实际生产过程中，上行最大刨深（X）推荐值为70mm，下行最大刨深（Y）推荐值为30mm；根据现场煤层的高度、硬度、顶底板岩石情况可适当调整刨深、刨速。

4.3 进刀方式

1）刨煤机进刀采用端头斜切进刀方式，刨深在0～195mm范围内选择。

2）工作面刨煤时，刨头通过后，液压支架按PC设定的推移步距推溜，上行刨煤时推移步距为下行刨深，下行刨煤时推移步距为上行刨深。

3）刨头运行到机头（尾）时，机头（尾）各8组支架不推溜，刨头沿运输机过渡段斜切进入煤壁刨煤，随后机头（尾）8组支架推溜，推移步距为上、下行刨深之和（X＋Y），即在端头8组支架范围内刨深为上、下行刨深之和，一次性完成端头进刀。

4）机头、机尾端头架采用人工推溜、人工拉架，推移步距为上、下行刨深之和（X＋Y）。

4.4 装煤、运煤方式

刨煤机在运行落煤的同时进行装煤，回采出的原煤由刮板输送机运出工作面，经刮板输送机机头进入转载机，再经运顺皮带输送机与北二四层皮带运至北二四层中巷溜煤眼，到北翼皮带至主井煤仓升井。

5 应用情况

采用“三八”制组织生产，一天三班，一班检修，两班生产，每班八小时。根据井下实际情况，通过调整刨煤机的不同参数，达到截深和刨速的最佳匹配，上行速度1.6m／s，上行截深55mm，下行速度1.0m／s，下行截深30mm，一个循环总截深是85mm，2010年11月5日正式开采出煤，截止到2011年3月5日，累计推进390m，生产原煤14.3万t，实际生产天数为68天。平均日产量2100t，最高日推进8.6m，最高日产量3163.5t。

国产全自动化刨煤机与引进的DBT全自动化刨煤机相比，在某些配置和技术的应用方面优于进口刨煤机，如采用CAN总线通信传输距离远，稳定性、可靠性高，采用变频电机，速度可以根据现场工矿条件在规定范围内设定，实现真正意义上的“软启动”，无断链事故；但在整体的稳定性、可靠性方面存在差距。