淺談刨煤機在薄煤層中的應用

【摘 要】我國薄煤層儲量所占比重大，僅國有煤礦薄煤層儲量比重就占20%左右，且分布廣泛，局部集中，由于受到工作面空間的限制，薄煤層一直是煤炭開采的薄弱環節，設備的能力、安裝、檢修、操作均受到很大限制，此外，煤層生產能力小，單產水平低，巷道消耗率高，接續緊張，勞動強度大等等均制約著薄煤層開采，正是由于薄煤層開采難度大，刨煤機開采，因其開采特點，淺截深、多循環、對頂板的振動極小，確保偽頂不垮落，從而保證提高煤質、煤礦安全生產。

【關鍵詞】刨煤機；薄煤層；硬度；煤層傾角；技術條件

1.概述

我國薄煤層儲量所占比重大，僅國有煤礦薄煤層儲量比重就占20%左右，地方煤礦薄煤層儲量比重更大，且分布廣泛，局部集中。

刨煤機主要用于煤礦井下1.0～2.0米薄煤層的長壁開采運輸設備，不僅可用于普采，而且可用于綜采，作為一種“淺截深、多循環”的采煤設備，對薄煤層、瓦斯大的礦井具有特有的優勢。針對我國薄煤層儲量所占比重大，分布廣泛，刨煤機產品市場發展潛力巨大，各處煤質的可刨性不同的實際情況，必須對不同地理位置的煤田煤質進行可刨性分析，以適應煤礦生產需要。

2.煤質可刨性影響因素分析

影響煤質可刨性的因素很多，歸納有以下幾方面的因素：

2.1 煤質的截割阻抗（硬度）

煤質的截割阻抗（硬度）是決定刨煤機使用效果的重要因素，而煤質的截割阻抗（硬度）與煤的成因、節理發育和化學成分等有直接的關系，煤質的截割阻抗（硬度）大，刨煤機的切削阻力大和橫向力大，刨頭的運動穩定性差，功率消耗大，刨刀使用壽命低，刨煤困難。歷史上國產的刨煤機對煤質截割阻抗（硬度）A≥300N/mm的煤炭，根本無法使用。目前的具有自動控制和裝備交流變頻拖動技術的刨煤機可實現刨硬煤和夾矸（450N/mm ≥A≥300N/mm）的能力。

2.2 煤層的底板

煤層的底板條件對刨煤機的開采具有重要的影響，無論水平或垂直方向底板起伏不平，對刨煤機的推進都會影響，常出現“飄刀”或“啃底”和刨頭運行不穩定的現象發生。如果在工作的走向方向若15m范圍內出現大于6°的傾角，機械故障將明顯增加，如果底板較軟，容易出現“啃底”現象，現代的全自動刨煤機通過安裝有調斜油缸和刨頭的底刀位機械限位機構，可實現大傾角正常刨煤。

2.3 煤層的直接頂

刨煤機的“淺截深，多循環”的開采特點，頂板暴露面積少，刨煤后引起的頂板下沉量小，刨頭的速度快，可使控頂時間短，能較好地控制頂板。

2.4 煤層的老頂

兩個順槽邊的煤層，由于受頂板壓力的影響，煤壁被壓松，隨著工作的推進，壓松現象對刨煤機采煤非常有利。由于煤質的硬度不同，老頂對煤層的壓松效果也不盡相同，如果煤質軟，壓松現象會使煤壁片幫，給采煤、運輸和頂板管理造成困難。

2.5 煤層結構

當煤質不粘頂時，刨頭安裝高度一般是煤層厚度的1/2-1/3，刨煤機功率消耗少效率高，如果煤層中有夾矸石，將直接影響到刨煤效果，當夾矸層位于煤層的上部時，影響到刨頭的運行平穩性。

2.6 煤層厚度

刨煤機的可采煤的經濟厚度是0.8-2.0，煤層厚度大于2.0m時優選采煤機開采，煤層厚度小于1.0m時優選拖鉤刨煤機。

2.7 煤層的節理發育

國外的研究表面，當刨刀的運行方向與煤質的節理發育裂縫的夾角為45°時刨煤機的單位能耗最小，135°時刨煤機的單位能耗最大。

2.8 地質構造

對刨煤機開采影響最大的地質構造是斷層，斷層不僅使頂板失去連續性造成頂板破碎，而且使頂板出現臺階，使煤層厚度發生變化，當斷層落差大于0.5倍煤層厚度時，實現刨煤機開采困難。

2.9 煤層傾角

煤層傾角的大小將直接影響到刨煤機的開采，傾角大時，設備容易下滑，刨頭上行時運行阻力加大，機械事故明顯增多，當煤層傾角大于6°時，設備應設計可靠的防輸送機下滑和液壓支架防倒裝置，目前刨煤機的使用范圍在小于25°以下的煤層。

2.10 支護、運輸、通風和人員的配置

高瓦斯礦井使用刨煤機必須設計合理的風量和風速，以便于排放瓦斯和散發熱量，自然發火期短的煤層，要使工作面支架保持一定的推進速度和采取防止自然發火的措施。由于采用了全自動控制，要求操作人員的素質較高。

3.刨煤煤層可刨性分類

3.1極易刨：煤層賦存穩定，無夾矸，節理發育，A≤200N/mm，直接頂2-3小時內允許裸露寬度0.3-1.1m，無護頂煤，不粘頂，不片幫，煤層厚度0.8-1.6m，傾角≤10°，無地質構造，無涌水，通風系統良好，地溫和自然發火現象均不影響正常生產。

3.2易刨：煤層賦存穩定，含少量夾矸，節理較發育，A≤200N/mm，底板局部有起伏，但變化較小，直接頂維護較容易，局部有護頂煤，周期來壓明顯，超前壓力大，煤層厚度在0.8-1.6m有地質構造但影響范圍小，傾角≤10°，涌水，瓦斯含量高，但不影響正常生產。

3.3一般：煤層賦存穩定，夾矸與地質構造存在，經處理可正常生產，200 N/mm≤A≤350N/mm，底板有起伏，啃底和漂刀現象有時候發生，直接頂維護較容易，粘頂，周期來壓期間易刨，煤層傾角變化較大，局部地段要采取防滑措施，才能保證正常生產，底板涌水、瓦斯、自然發火現象都存在，但不影響生產。

3.4難刨：煤層賦存不穩定，傾角和厚度變化大，節理不發育，350≤A≤450N/mm，底板起伏，啃底漂刀，底板松軟，直接頂維護困難，需要采用特殊的防滑措施，難以組織循環作業。

3.5極難刨：煤層賦存不穩定，傾角大于25°及煤層厚度變化大，節理不發育，地質構造復雜，一個工作面無法保證一次采完，需要搬家設備，A≥450N/mm，底板起伏，啃底漂刀，底板松軟，直接頂維護困難，需要采用特殊的防滑措施，工作面經濟效益和效率低，難以組織循環作業。

4.機組適用范圍

BH38/2×400型刨煤機組適用于工作面傾角不大于25°（當工作面傾角大于15°時需配置防滑防倒裝置），煤質截割阻抗A≤350N/mm（f≤3.5），煤層厚度在0.8～2.0m范圍內的薄煤層，頂底板穩定的長壁式綜采工作面的開采。刨煤機組成套設備最大截深120mm，刨速0～3m/s程序可調，刨頭傳動部裝機功率2×400kW，刮板機裝機功率2×400kW，設計水平長度300m（隨煤層傾角的增大，工作面長度相應縮短），與配備電液控制功能的液壓支架配套自動完成刨煤、裝煤、運煤、移溜、降架和拉架工作，可實現遠程控制，實現薄煤層安全、高效、自動化開采。

東達二礦煤礦礦井技術條件（6#煤層）說明：

工作面長度：151m 、 工作面走向長度880m 、煤層平均厚度1.37m 、 工作面走向傾角 ±10° 、煤層傾角8～12°、煤質抗壓強度平均值7.46M Pa、夾矸硬度小于煤質硬度、下順槽及上順槽尺寸為4.6m×2.6m/埋藏深度150m、頁巖頂板，泥巖底板

根據以上分析、以及我集團對內蒙古東達二礦、吉林鐵發礦刨煤機使用的考察，刨煤機是薄煤層煤礦實現安全、高效、無人、多塊（高經濟）、智能化、遠控化、綜合化、信息化的開采技術的首選。