薄煤層開采中爬底式采煤機及其優化設計

孫 愷

（陽煤集團二礦調度室機掘六隊， 山西 陽泉 045000）

引言

在我國，薄煤層所占的煤炭資源儲量十分豐富，在進行開采的過程中，由于煤層厚度都在1.3 m以下，其開采難度大大增加，尤其是當煤層傾角較大時，若采用傳統炮采的方法，所產生的經濟效益與所投入的人力物力嚴重不符，且工作效率低，因此，大傾角薄煤層的開采一直是一個難點。所以選擇合理的采煤方法、使用合適的采煤機、提高回采效率、增強生產的安全性是煤礦企業的重中之重[1]。

1 礦井概況

本文研究的礦井煤層厚度非常薄，僅為0.5～0.8 m，但煤層傾角極大，最大的傾斜角度為45°。在長期的開采過程中，該礦一直采用傳統炮采的方法進行采煤作業，沿走向對工作面進行后退式回采，采用刮板輸送機來運送煤炭，單體液壓支柱來對頂板進行支撐，機械化程度較低。在2007年，該礦采用了單滾筒爬底板采煤機，使用該采煤機后，雖然提高了煤礦的生產效率，但是由于該采煤機的設計功率較低，一旦遇到較堅硬的煤層或者傾角較大的煤層時，運行起來就極其困難；且滾筒的裝煤效果不盡人意，沒有設置安全的制動裝置，無法在危險發生時及時停止滾筒的運動，從而無法保證采煤司機的人身安全。因此該礦對原先的爬底板采煤機進行了優化與改進，采用了MG110/130-TPD型爬底式采煤機，并通過實際應用取得了良好的效果。

2 MG110/130-TPD型電牽引爬底式采煤機

2.1 適用范圍

MG110/130-TPD型爬底式采煤機可以適應多種地質條件的變化，較大的提高裝煤功率，在與刮板輸送機、液壓支架以及金屬頂梁良好配合作業后，可以很好的實現工作面的落煤與裝煤，減少煤炭資源的浪費。同時該采煤機適合在35°以下的工作面進行作業，所采煤層厚度的范圍在0.5～0.8 m之間，且煤質堅硬程度中等，底板不能有過大的起伏。除此之外，該采煤機的所有設備均采用隔爆型，因此井下工作面中的甲烷、二氧化碳、硫化氫等物質的濃度不能超過相關的規定。

2.2 機械部分

該采煤機主要由主機體、裝煤部、底托裝置以及冷卻噴霧裝置四部分組成，其中牽引部、截割部以及電控箱、搖臂等都設置在采煤機機殼上。牽引部是用來使采煤機隨著工作面的推進而移動的，主要的動力裝置是電動機，其牽引速度最大可達到1 min行走5.84 m。截割部是控制采煤機的減速裝置，在其上方設置了一個扭矩離合器，該裝置可以在電動機過載時保護電動機不受損傷。而冷卻噴霧系統則是主要用來降低煤塵濃度的，并輔助減少采煤機各部件在工作時由于摩擦所產生的熱量，對采煤機機身各部分進行冷卻，以確保采煤機的正常運行[2]。

2.3 電控系統

該爬底板采煤機設置有本安型電控箱，其型號為KXJ24-130/1140(660)C，并且兼具隔爆的作用，同時采用了PWM變頻調速技術以及PLC控制技術，通過這些先進技術的使用，該電控箱的調速范圍變大、具備較大的牽引力以及較強的防滑能力，并使得采煤機的操作更為簡單，更加方便。

2.4 主要功能特點

MG110/130-TPD型爬底式采煤機在進行割煤時，具備較大的截割功率，采用單搖臂雙電動機進行驅動，機身牢固可靠；所采用的交流變頻調速技術，可以很好的實現較大的牽引速度，并且牽引效率較高，具備較大的牽引力，可以實現反向轉動的功能；所適應的地質條件較多，可以由礦井的實際情況來進行變速，變速范圍較大；在一定程度上減輕了采煤司機的工作強度，可以進行遙控作業，即停即開，其采煤機上的顯示器可以實時顯示采煤機的運行情況，一旦出現故障可以及時發現并進行處理；設置有冷卻噴霧系統以及防滑裝置，可以在緊急情況下對采煤機進行制動，防止其出現滑動。

3 主要采煤工藝

3.1 采煤機進刀方式

使用爬底板采煤機對井下工作面進行割煤時，采取的是雙向進刀割煤的方式，一次進刀的深度為0.8 m，在工作面的上端頭通過人工爆破的方式進行施工，造成一個超前缺口，該缺口沿傾斜方向的長度為6 m，超出煤壁1.6 m，而對于工作面的下端頭來說則不進行超前缺口的施工[3]。

3.2 工作面支護作業方式

整個井下工作面采用單體液壓支柱來對煤層頂板進行支護，其支柱的密度極高，其中液壓支架的控頂范圍為3.65～4.45 m，放頂步距為0.8 m，工作面的循環推進長度為0.8 m，而在處理采空區時，采用的是全部垮落法。其工作面支護的示意圖如圖1所示。

圖1 工作面支護示意圖（單位：mm）

1）跟機掛梁、支柱：在進行上行割煤作業時，由于煤層傾角較大，每當采煤機向前推進30～50 m時，就必須停止采煤機以及刮板輸送機的運行，做好防滑措施，拉緊鋼絲繩，以便工作人員能快速進入到采煤機機道，設置隔離設施，待隔離設施設置好后，再繼續割煤，按照隔離設施的分段來從上到下進行掛梁、支柱作業。而在下行割煤時，掛梁、支柱作業則需要延后采煤機5～15 m的距離。

2）推移刮板輸送機：在跟機掛梁之后，需通過單體液壓支柱來推移刮板輸送機，在推移過程中，難免會出現彎曲段，此時彎曲段的長度不得超過20 m，且每一次推移完成后，必須及時進行支護。

3）回柱放頂：在進行回柱放頂作業時，必須從下到上進行，每次回柱的距離不得小于15 m。

4 現場應用

4.1 現場應用概況

通過對該爬底板采煤機的優化與改進，采用上述采煤工藝后，將MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機應用于實際礦井中，所應用的工作面情況如下：進行開采的煤層厚度為0.46～0.77 m，沿煤層走向的傾斜角度平均為23.5°，沿煤層傾向的傾斜角度平均為113.5°，煤層傾角的范圍為13°～43°，其平均傾角為28°，煤層硬度的普氏系數在1～3之間，而圍巖硬度的普氏系數最大為8，最小為6，整個煤層屬于中等穩定程度，所采工作面的開采高度為0.75 m，整個工作面長550 m，工作面推進寬度為112 m。

4.2 現場應用效果及優化

在現場應用的初期階段，由于井下作業人員不熟悉該采煤機的性能，所以在一開始的時候出煤效果并不是十分理想，這是由于冷卻噴霧系統的內外噴霧同時使用所導致的，在減少了防塵的出水量后，出煤效果就得到了明顯的改善，而在應用期間，雖然發現該采煤機的運行效果良好，但仍然存在一些問題：沒有選擇合適的刮板輸送機，導致工作面生產的煤不能及時的運出，從而有大量的浮煤堆積在工作面內，影響采煤工作的正常進行；采煤機在運行過程中，機組底板端頭平直，與巷道底板接觸，出現啃底現象，增大了采煤機的負荷；牽引鏈滑動，或者由于過度擠壓，鏈環出現變形，造成斷鏈；由于鏈輪的保護裝置是全封閉的，一旦出現故障時，處理的難度比較大；冷卻噴霧系統發生漏水，當水進入減速箱后，使潤滑油被稀釋變質；由于該類采煤機所開采的煤層厚度都比較薄，在刮板輸送機上不能設置電纜槽，因此電纜都是通過人力拖拽進行的，這對于井下作業人員來說，危險性極大，且勞動強度高，工作效率低[4]。

5 改進與優化

針對以上問題，我們做出了下述改進與優化：

1）根據工作面生產煤炭的能力，重新選擇刮板輸送機，通過增加運輸部的寬度來增大刮板輸送機的運輸能力，并且優化運煤的路線，提高運煤速度；

2）將采煤機的底板制成船形，預防啃底現象的發生；

3）為了防止出現牽引鏈滑動以及因過度擠壓，鏈環變形的問題，采用了壓鏈錨固底座，在該底座上設置有柱窩以及鏈槽，以防止支柱打滑，并且對牽引鏈進行固定。在使用過程中，由于鏈槽的存在，牽引鏈僅僅受到了拉力，而不會受到壓力的作用；同時由于柱窩對支柱起到了約束作用，很好的防止了支柱打滑現象的發生；

4）隨著工作面的推進以及煤層傾角的增大，在進行上行割煤時，采煤機的牽引鏈常常會向下發生一定的位移，當位移足夠大時，牽引鏈不足以承受這么大的拉力，就會發生斷鏈，此時采煤機就會向下發生滑動。在這種情況下，我們可以在采煤機的下部安裝兩個機械防滑叉，或者是設置一排單體液壓支柱，當采煤機一旦出現下滑時，保險叉可以插入煤層底板以及巷幫，以阻止采煤機繼續下滑；

5）重新對冷卻噴霧系統的密封裝置進行設計，以防由噴霧滲水進入減速箱潤滑油中；

6）在工作面的順槽上安裝卷纜裝置，實現電纜的自動收放，減輕井下作業人員的負擔，提高工作效率，使電纜較快較安全的到達指定位置，保障工作面安全生產的進行。

6 優化效果

在經過大量的實踐探索與優化改進后，爬底板采煤機在進行薄煤層的開采過程中的運行效果得到了明顯的改善，各項指標的應用效果均十分顯著，主要表現為：應用該爬底板采煤機后，減少了炸藥的使用量，提高了開采作業的安全性，減少了炸藥傷人事故的發生；日產煤量達到了390t，大大提高了煤礦的生產效率以及出煤量，并降低了井下作業人員的勞動強度；在采煤過程中，減少了矸石的產量，提高了煤的質量；便于采煤機司機對采煤機進行割煤作業，提高了機械化程度，減少了操作步驟，并很好的解決了電纜收放等問題；增強了采煤作業的安全性，提高了礦井的經濟效益[5]。

7 結論

MG110/130-TPD型電牽引爬底板采煤機在實際礦井中的應用表明，該采煤機在經過優化改進后，裝煤效果理想，性能穩定可靠，不僅提高了礦井的產煤量及工作效率，降低了工人的勞動強度，而且噴霧除塵的效果也非常明顯，其緊急制動裝置也有效地防止了采煤機的進一步下滑，減少了采煤機下滑傷人事故的發生，增強了礦井生產的安全性，因此該采煤機為薄煤層的開采提供了一種新的采煤方法，為相同類型下的礦井開采提供了寶貴的借鑒經驗與解決途徑。