薄煤层及超薄煤层采煤机技术现状及趋势分析

【摘要】在对薄煤层及超薄煤层开采的主要技术难点进行简单阐述后，对我国薄煤层及超薄煤层采煤机技术现状进行了分析。最后，对薄煤层及超薄煤层采煤机发展趋势进行了探讨。

【关键词】薄煤层；采煤机；综采

引言

同中厚煤层和厚煤层相比，当今我国薄煤层及超薄煤层的机械化开采还存在着工作面空间狭窄，条件较差、综采机械设备移动较困难、煤层断层结构复杂，厚度变化较大等问题，这些在很大程度上影响了薄煤层及超薄煤层上的机械设备工作效率和生产效能。另外，薄煤层及超薄煤层其采煤设备综合投入产出比偏低，使用经济效益较厚与中厚煤层而言偏低，因此目前我国薄煤层及超薄煤层机械化开采技术研究发展速度较为缓慢。但随着中厚与厚煤层开采资源的不断枯竭，加上一些中厚煤层特殊的地质条件，薄煤层及超薄煤层的机械化开采已成为煤炭开采研究的重要内容[1]。

1、薄煤层及超薄煤层开采的主要技术难点

从实践工作经验，笔者认为薄煤层及超薄煤层开采，其主要特性是煤层厚度较薄、煤层断层较为严重，与中厚及厚煤层机械化开采相比，存在以下多方面的技术难点，即：①由于工作面空间受到限制，普遍较狭窄，工作条件复杂且差；②煤层厚度变化较大、断层等地质构造较复杂，这在很大程度上影响薄煤层开采机械设备的投入产出比和生产性能③薄煤层采煤机械受工作面空间影响，其结构尺寸普遍受到限制，设计难度非常大。由于安全可靠性、适用性、经济效益等多方面的技术经济间的矛盾很难得到有效匹配，造成薄煤层及超薄煤层采煤机技术研究发展速度相对中厚及厚煤层要缓慢。在煤炭资源开发不断向深部煤炭开采、薄煤层开采等方面发展，研究适应与薄煤层及超薄煤层的机械化、自动化开采设备，改变常规存在投入产出比效益差、工人劳动强度大等问题，有效提高薄煤层及超薄煤层工作面生产效率和经济效益，非常具有工程实践应用研究意义[2]。

2、我国薄煤层及超薄煤层采煤机技术现状

2.1滚筒采煤机采煤技术

上世纪60年代中后期，鸡西、淄博等一些薄煤层矿区在结合矿区实际情况，仿照MLQ-64研制出一些适用于薄煤层开采的小功率爬底板薄煤层采煤机，并在实际应用中获得较好的效果。并从70年代开始对薄煤层采煤机进行技术升级改造，所研制的MLQ-80、MLQ3-100等系列薄煤层采煤机，装机功率在60～100kw直接，能够适用于0.8m以上的薄煤层煤炭资源开采。目前，国产薄煤层滚筒采煤机在煤层厚度0.8～1.3m范围的薄煤层中发挥非常良好的应用效果，尤其在煤质中硬及以下的缓（倾）斜薄煤层煤炭资源开采中应用效果非常良好。滚筒采煤机采煤技术具有以下多方面优点：滚筒式薄煤层采煤机虽然其机身设计较矮，但其功率较大，一般功率均在100kW以上，有的甚至达到1000kW以上，如：山西西山中美机械制造有限公司生产的MG系列滚筒式采煤机，其采高范围可以覆盖0.65-5.5m范围，装机功率可以覆盖120KW-2000KW，主要以电作为主要牵引方式，并兼顾液压牵引同步，能够适用于工作面倾角范围在0-45度薄煤层煤炭资源开采；机身设计足够短，以确保薄煤层工作面上要有足够的过煤和过机空间高度；工作面上通常不采取人工进刀方式；采煤机具有较强破岩和过断层能力。从采煤机输送方式来划分，薄煤层滚筒式采煤机主要分为骑输送机式和沿底板式。常规的骑输送机式采煤机，其必须与支架顶梁及下边的输送机间有足够的间隙，这在薄煤层工作面上受到非常大的现在。为了改善滚筒式采煤机在薄煤层开采中的实用性，沿底板式采煤机其在空间、采煤功率、通风性能均比骑输送机式，在薄煤层及超薄煤层开采领域具有非常良好的应用前景。

2.2刨煤机采煤技术

刨煤机采煤技术主要引进德国，利用带刨刀的煤刨通过电控系统，沿薄煤层工作面往复落煤和装煤。刨煤机可应用于1m及以下的薄煤层综采，在薄煤层工作面上靠输送机进行导向。刨煤机具有整体结构较为简单，检修维护也较方面，截深也较小，单位煤量的能耗较少，煤的块度大，采煤过程中煤粉及煤尘量少等优点。刨煤机其工作效率普遍较高，其切割速度可以达到3m/s，切割功率也超过2×200kW，根据煤的硬质条件，其最大截深可以深入250mm。刨煤机刨煤和装煤效率较高，可以根据需求随时推进实现连续自动化采煤，自动设定采煤相关特性参数后，无须操控人员直接干预，1m厚的煤层产量可以达到1500t/h的高产。

“采、运、移”的全自动化智能刨煤机控制系统，是刨煤机目前研究发展的重要方向，通过刨煤单元、刨头运行轨道设备、电液调控和电气全控等智能控制单元共同组成，实现刨煤、装煤、液压支架升降的全面自动化智能控制[3]。刨煤机配套综采机械设备系统是目前薄煤层及超薄煤层开采自动化程度最高的采煤方式，也是效果最好的采煤工艺，操作凸显其在薄煤层与瓦斯突出煤层间应用中的安全可靠性优势。但刨煤机开采工艺其面对复杂煤层条件时其适应性普遍差，刨头在破煤性能方面还有待进一步提高，国产刨煤机其运行可靠性普遍较差，而进口刨煤机其整体价格较为昂贵，投入短期经济效益不太明显，需要从技术、经济等方面进行综合比对分析采用。

2.3螺旋钻采煤机采煤技术

螺旋钻采煤技术在我国虽然处于起步阶段，但应用效果较为明显，它属于一种无人工作面的薄煤层开采方法，能够适用于0.9m以下的薄煤层、围岩稳定较差的薄煤层、三下压煤、边角煤、以及各种煤柱的开采和回采，其主要特点是可以采煤巷道中依靠螺旋钻采煤机将螺旋钻杆钻入到煤层中进行采煤，并通过钻杆将采落的煤有效运出，能够实现0.4～0.9m薄煤层及超薄煤层巷道两侧50～70m范围内煤炭资源开采和回采，尤其适用于松软煤层的开采和回采。但螺旋钻采煤设备，其钻头耐磨性差、巷道掘进率高，丢煤多等问题还有待进一步研究，通过增强钻头的过煤能力来解决夹矸煤层的开采问题，通过解决钻孔充填问题来大大提高采煤量。

3、薄煤层及超薄煤层采煤机发展趋势

笔者从多年工作经验，认为薄煤层及超薄煤层采煤机今后发展应从以下诸多方面进行，即：

（1）向大功率重机型方向发展。当采煤机的采煤功率增大后，可以提高采煤机的机械安全裕度和增大采煤机的适用范围。但采煤机向大功率重型机研发过程中，必须要以安全可靠性、适用经济性作为基础，只有在技术可行、经济优越的基础上，方能考虑适用性问题。才能增大其适应性。（2）采煤机以发展交流变频调速电牵引节能技术为主。通过研制薄煤层及超薄煤层采煤机专用变频器，取消常规的牵引变压器，即可达到优化机身结构、缩短机身长度目的，又可以提高采煤机的工作面、工作负荷适应性，通过变频调速控制达到节能经济的目的。（3）进一步完善薄煤层及超薄煤层采煤机智能自动化控制系统的自动水平和故障自诊断水平，实现工作面自动化无人监控连续开采和故障自诊断，确保设备具有较高性能水平，提高设备运行经济效益。

4、结束语

发展薄煤层开采综合机械化，应根据矿井的实际情况和功能需求，有针对性的研制相应的薄煤层开采机械设备，确保其在实际运用中具有较高的安全可靠性和节能经济性，有效提高煤炭企业运营经济效益。