新型刨煤機在綜合機械化開采中的應(yīng)用研究

燕瑞宏

（山西鄉(xiāng)寧焦煤集團燕家河煤業(yè)有限公司， 山西 臨汾 042100）

引言

我國薄煤層可采儲量約占20%，對于薄煤層的綜合機械化開采主要有以下三種形式，一是利用輸送式或爬底板式采煤機，搭載輕型、雙邊鏈可彎曲刮板輸送機以及特制液壓支架；二是螺旋鉆采煤機組；三是刨煤機組。刨煤機是利用刨刀沿工作面進行往復(fù)落煤和裝煤工作，并依靠輸送機方向識別來進行工作。刨煤機的構(gòu)造較為簡單，因此相對容易維修。刨煤機的工作截深比采煤機要小，一般達50~200 mm，只刨落煤壁表層，所以能耗較小，勞動條件較好，而滾筒采煤機最大的優(yōu)勢就在于采煤司機不用跟機進行作業(yè)，這極大地改善了司機的工作環(huán)境，移架和推移輸送機的位置也比較固定，因此工作人員的勞動強度相對較小。因此刨煤機是一種較為有效的采煤機械。

1 刨煤機的適用條件

在一定采高條件下，刨煤機的生產(chǎn)能力與煤刨的工作速度及刨深有關(guān)，刨煤機刨深可取0.05~0.15 m之間。刨煤機一般應(yīng)用于煤層厚度在2 m 以下，煤層傾角小于15°的松軟煤層，煤體的普氏系數(shù)應(yīng)小于4，否則一般不適用于刨煤機開采。刨煤機對地質(zhì)構(gòu)造要求較高，一般應(yīng)確保煤層中無較大的斷層及褶曲，小斷層在落差0.4 m 左右時也可采用刨煤機進行采煤作業(yè)，但當大于0.5 m 時，就應(yīng)提前進行處理。煤層的頂?shù)装逡矐?yīng)確保較為平整，不得有較大的傾角或者起伏，遇到不穩(wěn)定頂板要做好及時支護作業(yè)，松軟的底板會使拖鉤刨煤機啃底現(xiàn)象發(fā)生，這時可采用滑行刨。刨煤機不適用于夾石較厚的煤層，粘度過高也會影響刨煤機的正常工作，要做好提前的處理工作。防止對刨煤機刨煤造成影響。

2 新型刨煤機及實例分析

新型刨煤機即連續(xù)長壁采煤機，簡稱CLM，它是集采、裝、運煤功能于一體，并采用了定向連續(xù)采煤技術(shù)及截割力分配原理，在最新的刨煤機技術(shù)發(fā)展方面有了突破性的進展。刨煤機的構(gòu)造如圖1 所示，刨煤工作主要依賴于圓環(huán)鏈，圓環(huán)鏈上附有煤刨及刮板，通過煤刨上安裝刨刀，在煤壁上進行割煤作業(yè)，并將割下的煤轉(zhuǎn)入輸送機中，連續(xù)的截割作業(yè)，使得刨煤機能夠進行連續(xù)采煤作業(yè)。某薄煤層工作面平均煤厚1.2 m，地質(zhì)構(gòu)造簡單，頂?shù)装遢^為穩(wěn)定，下對該工作面適用刨煤機開采情況進行分析：

圖1 連續(xù)長壁采煤機示意圖

刨煤機產(chǎn)量計算Qb＝3 600 MvbhγCK，其中Qb為刨煤機的刨煤能力，t/h；M 為工作面采高，取1.2 m；vb為刨煤機的刨速，取1 m/s；h 為刨煤機的刨深，取0.1 m；γ 為煤的容重，1.42 t/m3；C 為回采率，取98%；K 為刨煤機開機率，取80%。經(jīng)計算Qb＝3600×1.2×1×0.1×1.42×0.98×0.8＝481 t/h。由此可以看出，刨煤機不但結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，工作面產(chǎn)量也十分可觀，按四六制每日生產(chǎn)18 h，一年300 d 進行計算，年產(chǎn)量可達260 萬t。由于這套設(shè)備的全自動操作系統(tǒng)，可避免人工進行操作，工作人員可極大降低勞動強度，進行端頭支護即可，具有較高的工作效率，該工作面實際定員為65 人，可以達到133 t/人的效率。刨煤機的刨深設(shè)定為100 mm，并且具有可調(diào)性，這極大的增加了對頂板冒頂事故的控制能力，有利于頂板及瓦斯突出的管理工作，通過調(diào)節(jié)刨煤機的工作高度，使其適應(yīng)煤層間的不同高度，能夠割取各個厚度的煤層，避免了煤炭資源的浪費，增加了煤炭開采率。刨煤機的推進速度較快，對地質(zhì)環(huán)境的變化適應(yīng)性也較好，實際生產(chǎn)中煤質(zhì)有了很大的提高，減少了洗煤成本[1]。在經(jīng)濟方面，刨煤機260 萬t/年的生產(chǎn)效率按每噸800 元的售價計算，每年可為礦井提供208 000 萬元的經(jīng)濟效益，此外工作面定員原計劃為140 人，使用刨煤機工作面進行生產(chǎn)，按每名員工1.4 萬元/月計算，每年可節(jié)省1 260 萬元。

3 刨煤機實際應(yīng)用

3.1 刨煤機存在的問題

由于刨煤機較高的自動化程度，對工作人員及設(shè)備維修人員的技術(shù)要求較高，要事先進行專業(yè)培訓(xùn)，培養(yǎng)具有專業(yè)素養(yǎng)的工作人員。同時刨煤機推進速度較快也需要強大的掘進巷道工作量。實際生產(chǎn)中要加快掘進速度，以保證采煤工作面的順利對接，這給礦井的掘進工作帶來了巨大的挑戰(zhàn)。刨煤機對煤頂?shù)装逵捕纫筝^大，對煤層頂?shù)装宓囊筝^高，需要頂?shù)装灞M可能平整，當頂板黏度過高時或者頂?shù)装逵型黄饡r一般不適用刨煤機進行開采作業(yè)。同時刨煤機由于其刨刀容易受到磨損，因此煤層中夾雜的雜石等厚度一般不易過高，一般低于200 mm 是可以采用刨煤機進行開采作業(yè)的。同樣煤質(zhì)的黏度和硬度過高都會影響刨煤機設(shè)備的正常適用。

3.2 刨煤機的發(fā)展趨勢

目前刨煤機國內(nèi)外的發(fā)展趨勢上出現(xiàn)了以下兩種特點，一是刨煤機裝機功率在不斷變大，德國最新刨煤機的功率已達1 600 kW，刨煤機的自動化水平也越來越高，并且整體設(shè)備的制造以簡約緊湊為主，可靠性高及設(shè)備維修十分方便。新型刨煤機已經(jīng)可以適用于0.6~3 m 范圍的煤層高度，普氏系數(shù)甚至達到了4，開采速度最高可達3 m/s；二是隨著刨煤機適用范圍地不斷增加，刨煤機也廣泛應(yīng)用于其它領(lǐng)域礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，例如油頁巖等礦物的開采，目前已取得了不錯的開采效果。刨煤機是一種極為安全高效的采煤方式，相比與滾筒采煤機采煤有著更為顯著的優(yōu)勢，采煤工作可連續(xù)進行，確保了開采效率。

3.3 刨煤機的優(yōu)勢

刨煤機較采煤機有著簡單的設(shè)備構(gòu)造，沒有復(fù)雜的液壓系統(tǒng)以及牽引部，易于維修，便于工人操作使用；刨煤機工作過程中由于靜力切割煤層，不會產(chǎn)生較大的粉塵，因此工作環(huán)境相對較好，不需要復(fù)雜的防塵設(shè)備，給礦井工人營造了一個良好的工作環(huán)境；刨煤機切割下來的煤礦具有完整性，塊度較大，塊煤相比于散煤有著更高的價值，這給煤礦帶來了更高的經(jīng)濟效益；刨煤機的驅(qū)動不需要高壓設(shè)備的鋪設(shè)，只需端頭進行上下電機牽引即可正常工作，因此設(shè)備的使用較為安全，也避免了采區(qū)冗長的電纜設(shè)備鋪設(shè)。刨煤機可實現(xiàn)連續(xù)采掘，未來刨煤機還將向24 h 全天工作邁進，極大提高了工作面的生產(chǎn)效率；刨煤機工作面的無人化，避免了工作人員在薄煤層中較小環(huán)境空間進行作業(yè)，只需在端頭附近進行輔助作業(yè)，改善了工作環(huán)境，降低了勞動強度，少人化的工作面也更加符合未來煤礦生產(chǎn)模式的需要，響應(yīng)工作面無人化少人化的號召，降低了煤礦用工成本；刨煤機由于靜力截割煤層，對頂板沖擊較小，截深也較小，防止了過寬頂板的暴露，對礦井來壓和煤層頂板的管理有著很大的改善作用，保證了頂板的安全[2]；由于刨煤機整個圓環(huán)鏈是一個封閉系統(tǒng)，使得設(shè)備整體較為安全可靠。

4 結(jié)論

隨著我國煤炭行業(yè)的不斷發(fā)展進步，采煤設(shè)備在不斷的更新?lián)Q代，刨煤機設(shè)備近年來功率也在不斷地增大，整體的自動化水平也越來越高。刨煤機作為一種在薄煤層當中常用的采煤設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。刨煤機受環(huán)境影響較小，產(chǎn)量比普通綜采面更高，成為一種更為高效的開采設(shè)備。新型刨煤機在煤礦的成功應(yīng)用，不但給煤礦帶來了巨大的經(jīng)濟效益，也為煤礦工人營造了一個安全健康的工作環(huán)境。這也將促進刨煤機的進一步發(fā)展。在今后煤礦企業(yè)的發(fā)展規(guī)劃中，更多的使用新型采煤設(shè)備，加大對新設(shè)備的推廣力度以及宣傳使用力度，是極為關(guān)鍵的。刨煤機設(shè)備隨著不斷地更新?lián)Q代已經(jīng)能夠適用于更加復(fù)雜多變的地質(zhì)構(gòu)造，最新的設(shè)備已達到3 m 的采高。因此刨煤機在今后的發(fā)展過程中，必將向著無人化，普適化方向發(fā)展，更加適用于不同的地質(zhì)環(huán)境。相信在不久的將來，新型刨煤機設(shè)備將更廣泛的應(yīng)用于煤礦工作面的采煤工作當中。