當(dāng)前國內(nèi)薄煤層開采難點(diǎn)及解決辦法剖析

【摘 要】本文根據(jù)當(dāng)前國內(nèi)煤企薄煤層采煤機(jī)現(xiàn)狀，并結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中遇到的各類問題，重點(diǎn)剖析了薄煤層開采難點(diǎn)和解決的辦法，希望能對薄煤層采煤機(jī)的安全高效開采提出建議。

【關(guān)鍵詞】薄煤層采煤機(jī)；開采難點(diǎn)；解決辦法

我國薄煤層與極薄煤層資源豐富，分布廣泛，且煤質(zhì)較好，這種煤層的儲量占我國全部可采儲量的20%左右。然而我國薄煤層機(jī)械化開采程度較低，薄煤層產(chǎn)量也低。從先進(jìn)采煤國家和我國部分礦區(qū)薄煤層開采技術(shù)發(fā)展情況分析，采用先進(jìn)薄煤層機(jī)械化開采裝備和適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)薄煤層的安全高效生產(chǎn)是完全可行的。因此隨著能源市場的需求，本文試圖對我國薄煤層采煤機(jī)的現(xiàn)狀和發(fā)展作一分析。

一、薄煤層采煤機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

（1）機(jī)身高度與運(yùn)煤、裝煤間的矛盾。薄煤層開采工作面，設(shè)備的管理和維修客觀上需要采煤機(jī)的機(jī)面與頂板之間保持一定的空間，同時為了使采煤機(jī)機(jī)身與刮板輸送機(jī)之間保持一定的空間，以免影響滾筒的裝煤效果，這勢必要求壓縮采煤機(jī)的機(jī)身高度。（2）機(jī)身重量與裝配功率的矛盾。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，薄煤層開采一般都要求機(jī)身重量輕、裝機(jī)功率大，這種要求和機(jī)械設(shè)計(jì)有著客觀的矛盾。機(jī)身重量輕，就意味著采煤機(jī)裝機(jī)功率也小，由于煤礦薄煤層開采條件很復(fù)雜，會遇到不同的截割阻力和牽引阻力，要克服這些阻力就必須選用大功率采煤機(jī)，采煤機(jī)功率的增大也增大了采煤機(jī)的自身重量和外形尺寸，與薄煤層開采要求的小尺寸、大功率相矛盾。（3）投入與產(chǎn)出的矛盾。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采高在1.5m以下的煤層，裝備綜采工作面的設(shè)備價值約1200～1300萬元，工作面月產(chǎn)量一般在3～5萬t，年產(chǎn)量約30萬t，若設(shè)備使用壽命按5年計(jì)算，投入產(chǎn)出比為0.115～0.125t/元。采高在2.5m左右的煤層，設(shè)備投入約1500～1700萬元，月產(chǎn)量約7～10萬t，年產(chǎn)量約60萬t，設(shè)備使用壽命按5年計(jì)算，投入產(chǎn)出比為0.176～0.2t/元。通過比較顯而易見，薄煤層投入大產(chǎn)出少，因此對生產(chǎn)礦井而言，這種投入是不經(jīng)濟(jì)的，這也是影響薄煤層機(jī)械化發(fā)展的因素之一。

二、實(shí)現(xiàn)薄煤層安全高效機(jī)械化開采的途徑

1.控制采煤機(jī)機(jī)面高度，提高裝煤效果。（1）提高電控系統(tǒng)技術(shù)水平，降低控制箱高度尺寸。如果這一技術(shù)突破，采煤機(jī)機(jī)身與刮板輸送機(jī)之間的空間將增大，薄煤層采煤機(jī)技術(shù)將向更薄機(jī)型邁出一大步。（2）使采煤機(jī)牽引電動機(jī)和截割電動機(jī)與雙行星減速器向一體化方向發(fā)展。如果采煤機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)電動機(jī)與減速器一體化，其一，采煤機(jī)搖臂尺寸可以更小，采煤機(jī)滾筒輪轂可以更小，可以較容易地解決薄煤層開采的裝煤和臥底問題；其二，實(shí)現(xiàn)電動機(jī)直接驅(qū)動行走輪工作，使采煤機(jī)機(jī)身整體高度降低成為可能。（3）選擇最佳的滾筒參數(shù)有助于提高裝煤效果。對于不同的煤質(zhì)，選擇相對應(yīng)的滾筒轉(zhuǎn)速、螺旋升角、牽引速度、截齒布置方式以及截齒是否需要齒套、齒柄的材質(zhì)硬度是否要提高等問題，還需要進(jìn)一步研究。

2.選擇合理的機(jī)身重量，配置恰當(dāng)?shù)难b機(jī)功率。（1）通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算與科學(xué)試驗(yàn)，選出最佳的機(jī)身重量與裝機(jī)功率比。統(tǒng)計(jì)情況說明，目前采高2m以下的薄煤層采煤機(jī)，截割功率與重量之比大約為13～15，總功率與重量之比大約為15～17。（2）對于開采薄煤層的礦井而言，由于礦小，開采投資少，供電負(fù)荷小等條件限制，選型時設(shè)備的功率不宜選擇過大，大功率的功耗會造成電力資源的浪費(fèi)，因此選擇最佳的功率配置是最有效的節(jié)約費(fèi)用的途徑。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于煤層賦存條件不一，截割阻力總在變化之中，如果能夠開發(fā)出截割功率隨載荷變化的電動機(jī)以及控制系統(tǒng)，截割功率的輸出將會更為合理。

3.解決投入與產(chǎn)出的矛盾。（1）降低故障率，提高可靠性，增加有效生產(chǎn)時間。提高薄煤層采煤機(jī)的可靠性，是降低故障率的最佳途徑。受工作面條件的限制，采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備的維護(hù)管理難度很大，特別是處理故障需要的時間長，耽誤有效生產(chǎn)時間，因此提高采煤機(jī)的可靠性是增加有效生產(chǎn)時間的最佳途徑。要提高可靠性，首先要解決以下問題：一是解決采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)，保證截割、牽引、調(diào)高系統(tǒng)的合理性和緊湊性，改變原來煤礦機(jī)械笨重的結(jié)構(gòu)。二是要加強(qiáng)采煤機(jī)零部件新型高強(qiáng)度材料的研究，提高零部件的使用壽命，如搖臂殼體選用中碳合金鋼，提高截割部殼體強(qiáng)度及耐磨性。三是簡化調(diào)高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，積極引進(jìn)工程機(jī)械上簡單可行的液壓系統(tǒng)以及液壓元件，開發(fā)實(shí)用的集成閥塊，減少系統(tǒng)連接管路，采用高可靠性液壓泵、電磁閥等元件，減少因管路引起的故障、杜絕該系統(tǒng)故障，同時在操作方式上要兼有遙控和手動操作系統(tǒng)，以便安全操作使用和在遙控有故障時用手動應(yīng)急操作。四是對行走系統(tǒng)所用行走輪、導(dǎo)向滑靴等，除了進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，在材料、加工以及熱處理等制造工藝上也需要進(jìn)一步提高，增加行走系統(tǒng)的使用壽命，能減少故障時間。（2）提高現(xiàn)場管理水平，減少輔助生產(chǎn)時間。在采煤機(jī)械廠家積極提高設(shè)備可靠性的同時，工作面管理水平也需要從以下幾個方面著手進(jìn)行提高：一是管理人員對薄煤層開采的理念要創(chuàng)新，不能簡單追求高產(chǎn)高效，避免好大喜功。由于賦存條件的限制，薄煤層的產(chǎn)量注定不高，工作費(fèi)勁，消耗較多，因此要用平常心理對待薄煤層開采。二是加強(qiáng)對采煤隊(duì)伍進(jìn)行的技術(shù)培訓(xùn)，從采煤工藝、工作流程、三機(jī)等設(shè)備性能、安全操作等方面進(jìn)行認(rèn)真培訓(xùn)，減少不必要的損耗及停產(chǎn)，增加開機(jī)率，提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)量。三是加強(qiáng)對頂?shù)装蹇刂坪投祟^超前支護(hù)的管理，對極易冒落頂板采用及時支護(hù)和鋪網(wǎng)支護(hù)，對不易垮落頂板采用切頂強(qiáng)制垮落；對泥巖底板采取防止下陷措施；對兩巷超前支護(hù)一定要堅(jiān)實(shí)可靠，防止兩巷冒空而使工作面難以推進(jìn)。（3）延長工作面走向長度，提高工作面有效開采時間。工作面走向設(shè)計(jì)短就會造成設(shè)備搬家次數(shù)頻繁、投入費(fèi)用高、工作時間少。但確定工作面走向要根據(jù)礦井煤層的賦存條件和井田面積，不能套用別人經(jīng)驗(yàn)，要選擇適合本礦的走向長度。

4.解決綜合機(jī)械化開采與礦井開采的矛盾。（1）薄煤層無人全自動化開采是薄煤層綜采設(shè)備的發(fā)展趨勢，目前制約無人工作面發(fā)展的障礙主要是：第一，機(jī)械元件可靠性差，只要有一個元件損壞，設(shè)備就全部停止工作；第二，國內(nèi)還沒有很好的井下GPS定位系統(tǒng)，很難實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)命令的正確執(zhí)行，造成工作誤差增大；第三，可視化系統(tǒng)的合理性和可靠性尚在研究。（2）堅(jiān)持不經(jīng)濟(jì)煤層不開采的原則。一些薄煤層因?yàn)橘x存不穩(wěn)定或有害物質(zhì)含量高或頂?shù)装鍡l件差，不具備機(jī)械化開采的條件，必須果斷放棄開采。

三、關(guān)于薄煤層機(jī)械化開采方面的一些建議

（1）泥巖底板對薄煤層開采影響的處理辦法。泥巖底板遇水膨脹，造成設(shè)備下陷是很難處理的，因此泥巖底板對水的控制應(yīng)該有特別措施。單體支柱采用帶可回液裝置的支柱，采煤機(jī)的冷卻水要用集液管收集后集中處理，同時單體支柱一定要穿柱鞋（柱靴直徑不得低于300mm），綜采面要用輕型支架，接地比壓要小，工作面在推進(jìn)時要加快進(jìn)度，嚴(yán)禁停工時間長。（2）大傾角煤層開采對采煤機(jī)的一些特殊處理對于傾角≥25°的工作面，一般采用工作面超前偽斜、液壓支架整組移動、下順槽設(shè)置支架移動導(dǎo)梁、工作面采用防倒防滑措施等辦法解決。對于傾角≥45°的工作面，一般用應(yīng)采用柔性支架開采，不能用采煤機(jī)時不可硬上，要采用經(jīng)濟(jì)合理、適合煤層傾角條件的方法開采。（3）增加弧形擋煤板以提高裝煤效果，采用弧形擋煤板提高裝煤效果是薄煤層采煤機(jī)不可缺少的環(huán)節(jié)。對于輕型刮板輸送機(jī)、鏟板較鈍的槽幫結(jié)構(gòu)，即使加大推溜力也難以解決工作面積煤、輸送機(jī)推不動的問題，用弧形擋煤板“清掃”的方式可以清理工作面積煤，提高裝煤量，減少輸送機(jī)的推移阻力。

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