当前国内薄煤层开采难点及解决办法剖析

【摘 要】本文根据当前国内煤企薄煤层采煤机现状，并结合生产实际中遇到的各类问题，重点剖析了薄煤层开采难点和解决的办法，希望能对薄煤层采煤机的安全高效开采提出建议。

【关键词】薄煤层采煤机；开采难点；解决办法

我国薄煤层与极薄煤层资源丰富，分布广泛，且煤质较好，这种煤层的储量占我国全部可采储量的20%左右。然而我国薄煤层机械化开采程度较低，薄煤层产量也低。从先进采煤国家和我国部分矿区薄煤层开采技术发展情况分析，采用先进薄煤层机械化开采装备和适当的生产工艺，实现薄煤层的安全高效生产是完全可行的。因此随着能源市场的需求，本文试图对我国薄煤层采煤机的现状和发展作一分析。

一、薄煤层采煤机的设计难点

（1）机身高度与运煤、装煤间的矛盾。薄煤层开采工作面，设备的管理和维修客观上需要采煤机的机面与顶板之间保持一定的空间，同时为了使采煤机机身与刮板输送机之间保持一定的空间，以免影响滚筒的装煤效果，这势必要求压缩采煤机的机身高度。（2）机身重量与装配功率的矛盾。根据经验，薄煤层开采一般都要求机身重量轻、装机功率大，这种要求和机械设计有着客观的矛盾。机身重量轻，就意味着采煤机装机功率也小，由于煤矿薄煤层开采条件很复杂，会遇到不同的截割阻力和牵引阻力，要克服这些阻力就必须选用大功率采煤机，采煤机功率的增大也增大了采煤机的自身重量和外形尺寸，与薄煤层开采要求的小尺寸、大功率相矛盾。（3）投入与产出的矛盾。据统计，采高在1.5m以下的煤层，装备综采工作面的设备价值约1200～1300万元，工作面月产量一般在3～5万t，年产量约30万t，若设备使用寿命按5年计算，投入产出比为0.115～0.125t/元。采高在2.5m左右的煤层，设备投入约1500～1700万元，月产量约7～10万t，年产量约60万t，设备使用寿命按5年计算，投入产出比为0.176～0.2t/元。通过比较显而易见，薄煤层投入大产出少，因此对生产矿井而言，这种投入是不经济的，这也是影响薄煤层机械化发展的因素之一。

二、实现薄煤层安全高效机械化开采的途径

1.控制采煤机机面高度，提高装煤效果。（1）提高电控系统技术水平，降低控制箱高度尺寸。如果这一技术突破，采煤机机身与刮板输送机之间的空间将增大，薄煤层采煤机技术将向更薄机型迈出一大步。（2）使采煤机牵引电动机和截割电动机与双行星减速器向一体化方向发展。如果采煤机能够实现电动机与减速器一体化，其一，采煤机摇臂尺寸可以更小，采煤机滚筒轮毂可以更小，可以较容易地解决薄煤层开采的装煤和卧底问题；其二，实现电动机直接驱动行走轮工作，使采煤机机身整体高度降低成为可能。（3）选择最佳的滚筒参数有助于提高装煤效果。对于不同的煤质，选择相对应的滚筒转速、螺旋升角、牵引速度、截齿布置方式以及截齿是否需要齿套、齿柄的材质硬度是否要提高等问题，还需要进一步研究。

2.选择合理的机身重量，配置恰当的装机功率。（1）通过统计计算与科学试验，选出最佳的机身重量与装机功率比。统计情况说明，目前采高2m以下的薄煤层采煤机，截割功率与重量之比大约为13～15，总功率与重量之比大约为15～17。（2）对于开采薄煤层的矿井而言，由于矿小，开采投资少，供电负荷小等条件限制，选型时设备的功率不宜选择过大，大功率的功耗会造成电力资源的浪费，因此选择最佳的功率配置是最有效的节约费用的途径。在实际生产中，由于煤层赋存条件不一，截割阻力总在变化之中，如果能够开发出截割功率随载荷变化的电动机以及控制系统，截割功率的输出将会更为合理。

3.解决投入与产出的矛盾。（1）降低故障率，提高可靠性，增加有效生产时间。提高薄煤层采煤机的可靠性，是降低故障率的最佳途径。受工作面条件的限制，采煤机、液压支架、刮板运输机等设备的维护管理难度很大，特别是处理故障需要的时间长，耽误有效生产时间，因此提高采煤机的可靠性是增加有效生产时间的最佳途径。要提高可靠性，首先要解决以下问题：一是解决采煤机的结构设计难点，保证截割、牵引、调高系统的合理性和紧凑性，改变原来煤矿机械笨重的结构。二是要加强采煤机零部件新型高强度材料的研究，提高零部件的使用寿命，如摇臂壳体选用中碳合金钢，提高截割部壳体强度及耐磨性。三是简化调高系统结构，积极引进工程机械上简单可行的液压系统以及液压元件，开发实用的集成阀块，减少系统连接管路，采用高可靠性液压泵、电磁阀等元件，减少因管路引起的故障、杜绝该系统故障，同时在操作方式上要兼有遥控和手动操作系统，以便安全操作使用和在遥控有故障时用手动应急操作。四是对行走系统所用行走轮、导向滑靴等，除了进行结构优化设计，在材料、加工以及热处理等制造工艺上也需要进一步提高，增加行走系统的使用寿命，能减少故障时间。（2）提高现场管理水平，减少辅助生产时间。在采煤机械厂家积极提高设备可靠性的同时，工作面管理水平也需要从以下几个方面着手进行提高：一是管理人员对薄煤层开采的理念要创新，不能简单追求高产高效，避免好大喜功。由于赋存条件的限制，薄煤层的产量注定不高，工作费劲，消耗较多，因此要用平常心理对待薄煤层开采。二是加强对采煤队伍进行的技术培训，从采煤工艺、工作流程、三机等设备性能、安全操作等方面进行认真培训，减少不必要的损耗及停产，增加开机率，提高生产效率以及产量。三是加强对顶底板控制和端头超前支护的管理，对极易冒落顶板采用及时支护和铺网支护，对不易垮落顶板采用切顶强制垮落；对泥岩底板采取防止下陷措施；对两巷超前支护一定要坚实可靠，防止两巷冒空而使工作面难以推进。（3）延长工作面走向长度，提高工作面有效开采时间。工作面走向设计短就会造成设备搬家次数频繁、投入费用高、工作时间少。但确定工作面走向要根据矿井煤层的赋存条件和井田面积，不能套用别人经验，要选择适合本矿的走向长度。

4.解决综合机械化开采与矿井开采的矛盾。（1）薄煤层无人全自动化开采是薄煤层综采设备的发展趋势，目前制约无人工作面发展的障碍主要是：第一，机械元件可靠性差，只要有一个元件损坏，设备就全部停止工作；第二，国内还没有很好的井下GPS定位系统，很难实现系统命令的正确执行，造成工作误差增大；第三，可视化系统的合理性和可靠性尚在研究。（2）坚持不经济煤层不开采的原则。一些薄煤层因为赋存不稳定或有害物质含量高或顶底板条件差，不具备机械化开采的条件，必须果断放弃开采。

三、关于薄煤层机械化开采方面的一些建议

（1）泥岩底板对薄煤层开采影响的处理办法。泥岩底板遇水膨胀，造成设备下陷是很难处理的，因此泥岩底板对水的控制应该有特别措施。单体支柱采用带可回液装置的支柱，采煤机的冷却水要用集液管收集后集中处理，同时单体支柱一定要穿柱鞋（柱靴直径不得低于300mm），综采面要用轻型支架，接地比压要小，工作面在推进时要加快进度，严禁停工时间长。（2）大倾角煤层开采对采煤机的一些特殊处理对于倾角≥25°的工作面，一般采用工作面超前伪斜、液压支架整组移动、下顺槽设置支架移动导梁、工作面采用防倒防滑措施等办法解决。对于倾角≥45°的工作面，一般用应采用柔性支架开采，不能用采煤机时不可硬上，要采用经济合理、适合煤层倾角条件的方法开采。（3）增加弧形挡煤板以提高装煤效果，采用弧形挡煤板提高装煤效果是薄煤层采煤机不可缺少的环节。对于轻型刮板输送机、铲板较钝的槽帮结构，即使加大推溜力也难以解决工作面积煤、输送机推不动的问题，用弧形挡煤板“清扫”的方式可以清理工作面积煤，提高装煤量，减少输送机的推移阻力。

参考文献

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