薄煤层综采工作面双采煤机开采技术研究

马彦喜

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司设备管理中心， 宁夏 银川 750011）

0 引言

近几年，随着煤炭资源的不断开采，在我国具有开发优势的煤炭资源越来越少，部分地区开采程度已接近极限。在这种情况下，一些储量较大的薄煤层、较薄煤层陆续被开发利用。薄及较薄煤层机械化开采存在着煤层厚度和倾角变化大，工作条件差，褶皱、断层等地质构造普遍，空间受限，设备移动困难，投入产出比较低，经济效益也相对较低等特殊问题。这些问题在很大程度上制约了薄及较薄煤层机械化开采技术的进一步发展。在新技术、新工艺的推动下，如何有效提高薄煤层及较薄煤层的生产效率和采出率，显得尤为重要。

目前，我国综合机械化采煤基本使用的是1 台采煤机割煤和装煤、刮板输送机装煤、液压支架支护的采煤过程，且薄煤层工作面长度一般布置在260 m 左右，因工作空间狭小，人员作业劳动强度大，安全生产难度也相应增大。采煤机速度一般控制在6 m/min 左右，较薄煤层工作面产能在150 万t/a 左右。近几年虽然实施了自动化采煤技术，但效率提升不明显。为提高工作面生产效率，国内曾有部分薄煤层在开采过程中增加了工作面长度，但受采高的限制，采煤机截割速度提升空间有限，依然限制了工作面的高效开采。提升截割速度目前还没有得到较好的解决。现提出采用2 台采煤机同时进行截割的思路，此举可间接地提高工作面采煤速度，从而提高较薄煤层工作面的生产效率。

1 双采煤机开采思路

根据薄煤层赋存及开采现状，薄及偏薄煤层工作面采厚选取1.4～1.9 m，倾斜长250～300 m，循环进度0.865 m。工作面从中间相对分成上下两段，根据工作面倾角和具体开采情况，2 台采煤机平行或局部交岔分两段割煤，支架跟机自动移架，由于薄及偏薄煤层采煤机装煤效果较差，再加之刮板运输机增大，薄及偏薄煤层工作面易采用单向割煤，返程清煤推溜；遇有断层在检修时间段利用机载液压单臂双液钻钻机快速打眼，采煤机落煤前放炮，提高落煤及推进速度和工作面及系统能力。配套ZY7200-10/22 型电液控支架，新型高性能SGZ-900/2×1000 型薄及偏薄煤层刮板运输“三机”，新型高性能MG1200/2×200 采煤机2 台及相应的配套设备。

2 研发主要内容

2.1 开采工艺研究

2.1.1 中间斜切进刀2 台采煤机分别落清煤工艺

1）割煤方式：2 台采机分别采用单向割煤，每割1刀煤，刮板输送机、支架推移1 个步距为完成1 个循环，工作面往返1 次完成1 个循环，每个循环截深0.865 m。

2）进刀方式：斜切进刀及直线段设在工作面中部位置，不小于60 m，采煤机自开缺口，斜切进刀段长18 m，2 台采煤机均可采用中部斜切进刀，一般适用于近水平煤层。

3）割清煤顺序：下部采煤机下行割煤跟机移架，上行清浮煤跟机推溜；上部采煤机上行割煤跟机移架，下行清浮煤跟机推溜。推移刮板输送机中部（斜切进刀及直线段）→采机中部斜切进刀（或另一台进入斜切进刀段）→采煤机下行（上行）割煤→采煤机下行（上行）割煤→移架→割透下端（上端）煤壁→反向上行（下行）割透底煤并清理浮煤→将机头（机尾）推向煤壁→依次从下向上（从上向下）滞后采煤机滚筒18 m 依次顺序推移刮板输送机→推移刮板机中部（斜切进刀及直线段）→中部斜切进刀→移架→割透中部直线段煤壁→将刮板机剩余部分推向煤壁→采煤机进入下一循环割煤。2 台采煤机返程至中间斜切进刀及直线段时，应保持一定距离，待直线段采煤机进行下一循环时，另1 台采煤机才可进入直线段，推移剩余刮板机全部至煤壁。

2.1.2 两端斜切进刀1 台落煤、1 台清煤工艺

1）割煤方式：2 台采机分别采用单向割煤，每割1刀煤，刮板输送机、支架推移1 个步距为完成1 个循环，工作面往返1 次完成1 个循环，每个循环截深0.865 m。

2）进刀方式：斜切进刀及直线段设在工作面两端，各段不小于30 m，2 台采煤机在两端自开缺口，斜切进刀段长18 m，在中间交叉，一般适用于近水平煤层。

3）割清煤顺序：上部采煤机下行割煤跟机移架，上行清浮煤跟机推溜；下部采煤机上行割煤跟机移架，下行清浮煤跟机推溜。推移刮板机机头、机尾（斜切进刀及直线段）→采机两端斜切进刀→下行（上行）割煤→移架→割至中间→反向上行（下行）割透底煤并清理浮煤→将刮板机中间段推向煤壁→依次从下（上）向上（下）滞后采煤机滚筒18 m 依次顺序推移刮板输送机→推移刮板机尾（机头）（斜切进刀及直线段）→机尾（机头）斜切进刀→移架→割透两端煤壁→将刮板机剩余部分推向煤壁→采煤机进入下一循环割煤。2 台采煤机可同时进行斜切进刀，其中任1 台进入中间交叉段时，另1 台需等待，待采煤机返程清煤时，另1 台采煤机才可进入中间交叉段，推移剩余刮板机全部至煤壁。

2.1.3 一端和中间分别同时斜切进刀落清煤工艺

1）割煤方式：2 台采机分别采用单向割煤，每割1刀煤，刮板输送机、支架推移1 个步距为完成1 个循环，工作面往返1 次完成1 个循环，每个循环的截深为0.865 m。

2）进刀方式：1 台采煤机斜切进刀及直线段设在工作面机尾，另1 台采煤机斜切进刀及直线段设在工作面中间，2 台采机分别同时自开缺口，斜切进刀段长18 m，各段不小于30 m，2 台采煤机在中间段交叉，一般适用于近水平或缓倾斜煤层。

3）割清煤顺序：上部采煤机自机尾下行割煤跟机移架，上行清浮煤跟机推溜；下部采煤机自中间下行割煤跟机移架，上行清浮煤跟机推溜。推移刮板机机尾（中间）（斜切进刀及直线段）→采机斜切进刀→下行割煤→移架→割至中间（机头）→反向上行割透底煤并清理浮煤→将刮板机中间段（机头）推向煤壁→依次从下向上滞后采煤机滚筒18 m 依次顺序推移刮板输送机→推移刮板机尾（中间段）（斜切进刀及直线段）→移架→割透煤壁→将刮板机剩余部分推向煤壁→采煤机进入下一循环割煤。2 台采煤机可同时进行斜切进刀，其中任1 台进入中间交叉段时，另1 台需等待，待采煤机返程清煤时，另1 台采煤机才可进入中间交叉段，推移剩余刮板机全部至煤壁。

2.2 设备配套研究

2.2.1 采煤设备研究

2.2.1.1 新型高性能中薄煤层采煤机研发

为解决长工作面落煤能力、快速推进的问题，实现中薄煤层工作面高产高效目标，研制一种宽体、较大落煤和通过能力、适应大功率刮板运输机的高性能中薄煤层采煤机，落煤能力1 600 t/h。

以MG1020-1130/500 采煤机为基础，在保持机面高度不增的前提下，研发具有较大过煤空间、较大卧底量，适用于宽度1 000 mm、2×855 kW 大功率中薄煤层刮板运输机的高性能采煤机。提升配置配套、加工制造性能，采用高强摇臂和行走箱，完善改进采煤机性能，合理选配牵引、液压及冷却系统，在工作面上布置2 台同型采煤机，并配置自动防撞及接近减速、停机等智能化技术。

2.2.1.2 高性能单臂截割和单臂双液钻薄煤层采煤机研发

为解决有硬岩断层薄煤层工作面人工打眼慢、用人多、工效低、安全性差的问题，提升长工作面落煤能力，实现快速推进的目标，需研制一种简单高效、综采与液压打眼一体的新型高性能单臂截割和单臂双液钻或一侧摇臂带双液钻的薄煤层采煤机，落煤能力为800 t/h。

以MG890-930/2×200 采煤机为基础，在保持机面高度不增的前提下，研发具有较大过煤空间、较大卧底量，能够悬挂并驱动单臂双液钻机，适用于宽度900 mm、2×700 kW 大功率薄煤层刮板运输机的高性能采煤机。采煤机摇臂内侧配装带滑架的可伸缩单臂双液钻钻机，或采煤机摇臂可替换为单臂双液钻钻机，完善改进采煤机单臂落清煤功能，合理选配液压动力系统，提升配置配套、加工制造性能，在工作面上布置2 台同型采煤机，并配置自动防撞及接近减速、停机等智能化技术。对于有断层的工作面，据断层位置采用1 台或2 台采机先打眼，将采煤机牵引至断层位置，操作采煤机上的钻臂，旋转调节双钻间距和方位，装钻杆液压打眼；采煤机落煤作业时，钻机收回于机架上，调机避开放炮波及范围，选择斜切进刀位置，放炮后2 台采煤机分别按工艺落煤、清煤，完成1 个循环后移架推溜。

钻臂结构原理及工作过程：采煤机拆卸掉割煤滚筒及摇臂后，在原摇臂位置，利用原摇臂与机身的销轴连接孔和摇臂摆动油缸的销轴连接孔，采取铰接连接方式，将双臂炮孔钻机的“炮孔钻机固定连接座”，进行安装固定。在“炮孔钻机固定连接座”前端并排安装固定有两套钻臂钻孔机构，两套钻臂钻孔机构互不干涉、互不影响、独立操作。钻臂机构变位灵活，可旋转变位至不同位置和角度进行钻孔作业，当双钻臂机构分别旋转运动至垂直煤帮位置，可同时进行钻进煤帮炮孔作业，当双钻臂机构分别旋转变位至垂直顶板位置，也可同时进行顶板的锚杆锚索支护作业。

2.2.2 薄、中薄煤层大功率刮板运输机研发

实现250～300 m 长距近水平、2 台采煤机割煤运输能力，并具有较低的机头、机尾传动部和中部槽，适应薄、中薄煤层设备配套；薄煤层刮板运输机能力1 800 t/h，中薄煤层刮板运输机能力2 200 t/h。主要研究内容包括：

采用扁平链结构，降低槽板高度和装煤侧棱角高度，开发高性能紧凑小型大功率传动部，适应2 台薄、中薄煤层采煤机运行和落煤运输，最大程度补偿配套过煤高度和卧底深度，保证采机割透煤壁；优化槽板及刮板结构设计，减小槽板与刮板及链条摩擦接触面，提高接触面耐磨性，提高槽板及链条使用寿命；双排电缆槽适应2 台采机且中间段交叉3 层拖缆，适应较大直径双供回液和供水管路铺设；配置液压大行程自动张紧、完善先进的监测监控系统、长距离自移机尾等先进装置，提升薄煤层刮板运输机性能和可靠性。

3 双采煤机开采效率理论计算

3.1 开采条件

工作面长度按300 m，煤层厚度平均1.6 m，截割深度0.865 m设计，机尾和中间段两段机窝分别长30 m。

3.2 进刀方式

采用一端和中间分别同时斜切进刀缓倾斜工作面条件，采煤机在直线段正常割煤速度按6m/min 计算，机窝段返机及清理浮煤速度8m/min，斜切进刀2m/min。

3.3 理论循环时间

割煤时间20min，机窝段返机及清理浮煤18.75min，斜切进刀15 min，单循环时间53.75 min。

3.4 单机与双采煤机效率比较

相同条件下双采煤机与单采煤机截割时间97.5min比较，效率提高了44.8%。

4 结论

1）在薄及较薄煤层中采用双采煤机采煤工艺不仅是一个大胆的尝试，而且可行性高。薄及较薄煤层高产高效工艺及装备技术理念先进，设备布置合理，2台采煤机可实现组合及分体平行作业，成套设备的自动化智能化程度高，能够大幅提升薄及较薄煤层综采效率和安全性，将成为薄及较薄煤层综合化采煤的另一种工艺，对我国乃至世界中薄煤层综合化采煤具有积极影响。

2）在薄及较薄煤层中使用双采煤机开采，在采煤速度、产煤量和生产成本等方面，相对于单一采煤机生产具有明显的优势，值得积极推广应用。

3）在薄及较薄煤层中使用双采煤机开采，需要在技术和装备研发上予以相应的投入。同时，该工艺和对应装备的使用，存在员工设备操作难度较大，工作面粉尘控制难度较大等困难，对工作面顺槽胶带输送机等设备也提出了配套需求。更重要的是对安全生产工作也提出了更高的要求，需要在此方面进一步深入研究，以便更好地指导生产实践。