中国薄煤层自动化刨煤机开采现状与展望

2014-11-12

中国新技术新产品 2014年20期

关键词：煤机煤层工作面

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

中国薄煤层自动化刨煤机开采现状与展望

吕金龙张守祥

（中煤北京煤矿机械有限责任公司，北京 102400）

本文对中国目前的薄和极薄煤层全自动化配刨煤机工作面开采技术及装备进行了简单分析，探讨了刨煤机开采技术及装备的特点，分别对目前我国已有的进口和国产自动化刨煤机配套技术及装备进行了研究。最后介绍了目前我国薄煤层自动化刨煤机成功应用状况和效果。

薄和极薄煤层；开采技术；刨煤机；自动化与电液控制；配套设备液压支架；矿山应用

引言

国外发达国家的薄和极薄煤层开采机械化程度比较高，实现了薄和极薄煤层安全﹑高产﹑高效开采。其中，德国全自动化刨煤机在薄煤层工作面开采中得到大量应用，刨煤机设备及配套技术一直处于国际领先水平，并在许多国家得到推广应用。

中国薄和极薄煤层自动化刨煤机开采技术及装备研究始自铁法，1997年着手进行立项﹑配套﹑攻关﹑应用。与德国DBT公司﹑国内科研单位和北京煤机公司等合作，以“薄煤层刨煤机全自动化无人工作面安全高效开采模式研究与应用”为课题，瞄准国际最前沿的薄煤层开采技术和装备，探索出了一条适应中国国情的“薄和极薄煤层安全高产高效自动化刨煤机设备”以及国际化“集成创新”之路，一举获得成功。并被国际采矿界称为“铁法模式”，在国内﹑外许多矿区得到推广应用。

1 薄煤层自动化刨煤机开采特点

1.1 薄煤层自动化刨煤机配套设备

刨煤机主要有拖钩刨﹑滑行刨﹑拖钩滑行刨﹑紧凑式刨煤机等形式，配套运输机（刨煤机运行轨道）﹑转载机自动化控制系统﹑工作面液压支架﹑端头支护技术等。自动化刨煤机因其结构特点不同，是1.8m以下煤层首选开采设备。

1.2 自动化刨煤机配套设备的先进性

1.2.1 全自动化刨煤机开采，即工作面用刨煤机落煤，用与刨煤机配套的运输机（刨煤机运输轨道）运煤﹑液压支架支护控制顶板，并采用智能化电液控制系统，使破煤﹑运煤﹑支护等工序，全部实现自动化﹑机械化，是一种高产﹑高效的采煤方式。

1.2.2 薄和极薄煤层自动化刨煤机开采成套支护设备，能够为矿工提供安全的作业空间。采煤时，可以实现“远程”操作，工作面内无人作业，最大限度地减轻矿工的劳动强度和伤亡事故的发生。薄煤层电液控制掩护式支架地面联试如图1所示。

1.2.3 刨煤机因其较低的过机高度为薄煤层开采带来方便，选择刨煤机，其机身比较矮，能适应低采高，同时由于刨煤机不需要从液压支架顶梁下面通过的特点，需要的过机空间更小（与采煤机相比）。从而，使得薄和极薄煤层支架最低的支护高度可以接近极限。薄煤层成套支护设备研制为薄和极薄煤层开采提供了技术支持和保障。

1.2.4 用刨煤机采煤，资源回收率高，煤的颗粒度比较均匀，块煤率高，煤块度较大，出块率可达30%。

1.2.5 可以充分利用地压落煤，特别在煤层较软﹑节理发达的煤层中更为明显。

1.2.6 采用刨煤机开采产生的粉尘量少，由于刨煤机刨深小，产生的瓦斯浓度也比采煤机大大减少，对高瓦斯矿井管理﹑开采带来安全和便利。

1.2.7 刨煤机结构简单，可靠性高，维护成本低。

1.3 刨煤机适应条件及局限性

1.3.1 刨煤机适用于煤层倾角≤25°﹑煤的硬度f≤4﹑煤厚小于2m的薄煤层。当煤层大于2m，使用采煤机更为经济。

1.3.2 对煤质硬度有一定要求，煤质在软和中硬（f≤1.8）可选用拖钩刨，中等硬度以上（f=2.4～3）易选用滑行刨。硬煤及特黏性高的煤层不易选用刨煤机。

1.3.3 由于刨头的高度不能随时调整，遇到顶板起伏变化就要留顶煤或割顶板岩石；如果煤粘顶，不及时落下，就会给支架前移带来困难，采高过小时很容易出现“压死支架”。因此，适合于煤层厚度变化不大的工作面。

顶板状况良好，刨煤机不适合黏顶。若轻度黏顶，应采用人工处理。

1.3.4 如遇煤层中有夹石﹑断层﹑顶板出现岩石包﹑煤层中含有硫磺石等坚硬杂物时，生产效率要明显下降或者根本刨不动。因此，适合于地质构造简单的工作面。夹矸厚度过大，不适合刨煤机。

1.3.5 刨煤机刨头不能随时大量“卧底”或“抬高”，遇到底板起伏较大就要“飘刀”或“啃底”。因此，适合于煤层起伏变化较小的工作面。断层及褶曲变化不易过大，当断层过大时，必须先进预处理。

1.3.6 对顶板起伏有一定要求，过大难于发挥刨煤机的先进性。底板平整，不易“啃底”和“飘刀”。

2 进口刨煤机自动化工作面配套技术及应用状况

2.1 国外刨煤机：德国﹑俄罗斯﹑西班牙﹑捷克等国，均生产刨煤机，其中德国原DBT公司的刨煤机最为著名，是世界上研制刨煤机最早﹑产量最大﹑技术程度最高的一家公司。目前，中国铁法﹑西山﹑晋城﹑大同﹑沈阳﹑离柳﹑宁夏宝丰等矿区使用DBT自动化刨煤机系统，已经有10余套。

2.2 薄煤层刨煤机自动化液压支架

2.2.1 配刨煤机液压支架的特点

支架的工作阻力大，安全系数大；支架的最低结构高度低；支架的伸缩比大（2.2～2.5∶1）分体式底座；电器﹑液压管路复杂；结构件梁体薄；有带调斜作用的推移机构，要求有最小的行人通道（600×400），配套合理端头支架。

2.2.2 中国第一套自动化刨煤机配套设备

ZY6400/09/20D薄煤层电液控制掩护式支架如图2所示。

（1）支架主要技术参数

①支架型号：ZY6400/09/20D型二柱掩护式支架；

②支架高度：900mm～2000mm；

③初撑力：5066kN；

④工作阻力：6400kN；

⑤推移步距：600mm；

⑥支护强度：0.773MPa～0.995MPa；

⑦操作方式：电液控制；

⑧支架重量：15.6t。

（2）工作面三机配套设备

①液压支架：ZY6400/09/20D 北京煤机公司设计﹑制造

②刨煤机：德国DBT公司型号：GH9-34Ve/4.7 滑行刨

③刨头运行轨道：德国DBT公司型号：PF2.30/732

2.3 应用状况

铁煤集团从1998年开始进行技术洽谈。2000年4月，在中煤北京煤矿机械有限责任公司进行了国内﹑外刨煤机及配套设备的配套地面试验。2000年12月在铁煤集团小青矿W1E—730工作面安装调试，并于2001年1月5日开始对我国第一套全自动刨煤机系统及装备进行井下工业性试验。至2002年4月末在小青矿共完成试采工作面3个。试验期间设备运行性能良好，无发生故障，平均日产达到3712t，最高日产达到6480t。在采高1.2m左右情况下，实现了年产原煤120万吨～150万吨的既定目标。截至到2011年，小青矿已经应用全自动刨煤机开采薄煤层工作面14个，生产煤炭536.43万吨。

目前，已有四套设备在集团公司小青矿﹑晓南矿﹑大明矿﹑晓明矿20多个工作面使用。截至2011年，铁法能源公司利用刨煤机生产煤炭超过1000万吨，创造了中国刨煤机产煤的新纪录。

铁法小青矿自动化刨煤机的成功应用，极大地促进了全国煤炭行业应用刨煤机的积极性，全国各矿区对薄煤层开采也愈加器重。从2001～2011年，接踵又有西山﹑晋城﹑大同﹑沈阳﹑宁夏等引进了多套自动化刨煤机系统。