中國薄煤層自動化刨煤機開采現(xiàn)狀與展望

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

中國薄煤層自動化刨煤機開采現(xiàn)狀與展望

呂金龍 張守祥

（中煤北京煤礦機械有限責任公司，北京 102400）

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

薄和極薄煤層；開采技術；刨煤機；自動化與電液控制；配套設備 液壓支架；礦山應用

引言

國外發(fā)達國家的薄和極薄煤層開采機械化程度比較高，實現(xiàn)了薄和極薄煤層安全﹑高產(chǎn)﹑高效開采。其中，德國全自動化刨煤機在薄煤層工作面開采中得到大量應用，刨煤機設備及配套技術一直處于國際領先水平，并在許多國家得到推廣應用。

中國薄和極薄煤層自動化刨煤機開采技術及裝備研究始自鐵法，1997年著手進行立項﹑配套﹑攻關﹑應用。與德國DBT公司﹑國內(nèi)科研單位和北京煤機公司等合作，以“薄煤層刨煤機全自動化無人工作面安全高效開采模式研究與應用”為課題，瞄準國際最前沿的薄煤層開采技術和裝備，探索出了一條適應中國國情的“薄和極薄煤層安全高產(chǎn)高效自動化刨煤機設備”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)得到推廣應用。

1 薄煤層自動化刨煤機開采特點

1.1 薄煤層自動化刨煤機配套設備

刨煤機主要有拖鉤刨﹑滑行刨﹑拖鉤滑行刨﹑緊湊式刨煤機等形式，配套運輸機（刨煤機運行軌道）﹑轉(zhuǎn)載機自動化控制系統(tǒng)﹑工作面液壓支架﹑端頭支護技術等。自動化刨煤機因其結(jié)構(gòu)特點不同，是1.8m以下煤層首選開采設備。

1.2 自動化刨煤機配套設備的先進性

1.2.1 全自動化刨煤機開采，即工作面用刨煤機落煤，用與刨煤機配套的運輸機（刨煤機運輸軌道）運煤﹑液壓支架支護控制頂板，并采用智能化電液控制系統(tǒng)，使破煤﹑運煤﹑支護等工序，全部實現(xiàn)自動化﹑機械化，是一種高產(chǎn)﹑高效的采煤方式。

1.2.2 薄和極薄煤層自動化刨煤機開采成套支護設備，能夠為礦工提供安全的作業(yè)空間。采煤時，可以實現(xiàn)“遠程”操作，工作面內(nèi)無人作業(yè)，最大限度地減輕礦工的勞動強度和傷亡事故的發(fā)生。薄煤層電液控制掩護式支架地面聯(lián)試如圖1所示。

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

1.2.4 用刨煤機采煤，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)達的煤層中更為明顯。

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

1.2.7 刨煤機結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，維護成本低。

1.3 刨煤機適應條件及局限性

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

1.3.2 對煤質(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。

1.3.3 由于刨頭的高度不能隨時調(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，不及時落下，就會給支架前移帶來困難，采高過小時很容易出現(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，刨煤機不適合黏頂。若輕度黏頂，應采用人工處理。

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硬雜物時，生產(chǎn)效率要明顯下降或者根本刨不動。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。

1.3.5 刨煤機刨頭不能隨時大量“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，當斷層過大時，必須先進預處理。

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

2 進口刨煤機自動化工作面配套技術及應用狀況

2.1 國外刨煤機：德國﹑俄羅斯﹑西班牙﹑捷克等國，均生產(chǎn)刨煤機，其中德國原DBT公司的刨煤機最為著名，是世界上研制刨煤機最早﹑產(chǎn)量最大﹑技術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自動化刨煤機系統(tǒng)，已經(jīng)有10余套。

2.2 薄煤層刨煤機自動化液壓支架

2.2.1 配刨煤機液壓支架的特點

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﹑液壓管路復雜；結(jié)構(gòu)件梁體薄；有帶調(diào)斜作用的推移機構(gòu)，要求有最小的行人通道 （600×400） ，配套合理端頭支架。

2.2.2 中國第一套自動化刨煤機配套設備

ZY6400/09/20D薄煤層電液控制掩護式支架如圖2所示。

（1）支架主要技術參數(shù)

①支架型號：ZY6400/09/20D型二柱掩護式支架；

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支護強度：0.773MPa～0.995MPa；

⑦操作方式：電液控制；

⑧支架重量：15.6t。

（2）工作面三機配套設備

①液壓支架：ZY6400/09/20D 北京煤機公司設計﹑制造

②刨煤機：德國DBT公司 型號：GH9-34Ve/4.7 滑行刨

③刨頭運行軌道：德國DBT公司 型號：PF2.30/732

2.3 應用狀況

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

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

鐵法小青礦自動化刨煤機的成功應用，極大地促進了全國煤炭行業(yè)應用刨煤機的積極性，全國各礦區(qū)對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﹑寧夏等引進了多套自動化刨煤機系統(tǒng)。

3 國內(nèi)刨煤機自動化工作面配套技術及應用狀況

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

3.1 中煤集團刨煤機自動化工作面配套

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

3.2 其它國產(chǎn)刨煤機自動化工作面配套技術

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

（2）其它煤機企業(yè)和礦區(qū)刨煤機研制情況：國內(nèi)許多企業(yè)雖然也進行刨煤機及配套設備研究，取得一定進展，但截至到目前，還沒有自動化刨煤機成套設備應用的業(yè)績。

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

4 展望

我國發(fā)展薄煤層刨煤機開采裝備研究和應用，應著重從以下幾個方面解決問題：

4.1 國家應制定相關政策，對薄煤層進行合理開采和規(guī)劃，確定薄煤層開采地位和必要性。

4.2 對國內(nèi)刨煤機裝備研究與制造進行優(yōu)惠政策扶持，解決刨煤機配套設備參數(shù)及設備配套性問題，提高刨煤機可靠性﹑適用性。

4.3 加快國產(chǎn)刨煤機電控系統(tǒng)成套研發(fā)，實現(xiàn)自動化控制技術的先進性，應加快推進高端煤炭開采裝備產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化進程，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)高效刨煤機綜合機械化采煤設備及技術（合著）[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[2]張守祥.薄煤層全自動化配刨煤機工作面端頭支架設計研究[J].煤礦機械，2008（01）.

[3]張守祥.極薄煤層高產(chǎn)高效自動化刨煤機無人工作面支護技術及設備研究[J].煤礦機械，2012（08）.

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