新型刨煤機在綜合機械化開采中的應用研究

燕瑞宏

（山西鄉寧焦煤集團燕家河煤業有限公司， 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勢就在于采煤司機不用跟機進行作業，這極大地改善了司機的工作環境，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，刨煤機的生產能力與煤刨的工作速度及刨深有關，刨煤機刨深可取0.05~0.15 m之間。刨煤機一般應用于煤層厚度在2 m 以下，煤層傾角小于15°的松軟煤層，煤體的普氏系數應小于4，否則一般不適用于刨煤機開采。刨煤機對地質構造要求較高，一般應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，但當大于0.5 m 時，就應提前進行處理。煤層的頂底板也應確保較為平整，不得有較大的傾角或者起伏，遇到不穩定頂板要做好及時支護作業，松軟的底板會使拖鉤刨煤機啃底現象發生，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，并采用了定向連續采煤技術及截割力分配原理，在最新的刨煤機技術發展方面有了突破性的進展。刨煤機的構造如圖1 所示，刨煤工作主要依賴于圓環鏈，圓環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，并將割下的煤轉入輸送機中，連續的截割作業，使得刨煤機能夠進行連續采煤作業。某薄煤層工作面平均煤厚1.2 m，地質構造簡單，頂底板較為穩定，下對該工作面適用刨煤機開采情況進行分析：

圖1 連續長壁采煤機示意圖

刨煤機產量計算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，刨煤機不但結構簡單，便于維修，工作面產量也十分可觀，按四六制每日生產18 h，一年300 d 進行計算，年產量可達260 萬t。由于這套設備的全自動操作系統，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。刨煤機的刨深設定為100 mm，并且具有可調性，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，通過調節刨煤機的工作高度，使其適應煤層間的不同高度，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，對地質環境的變化適應性也較好，實際生產中煤質有了很大的提高，減少了洗煤成本[1]。在經濟方面，刨煤機260 萬t/年的生產效率按每噸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，按每名員工1.4 萬元/月計算，每年可節省1 260 萬元。

3 刨煤機實際應用

3.1 刨煤機存在的問題

由于刨煤機較高的自動化程度，對工作人員及設備維修人員的技術要求較高，要事先進行專業培訓，培養具有專業素養的工作人員。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。刨煤機對煤頂底板硬度要求較大，對煤層頂底板的要求較高，需要頂底板盡可能平整，當頂板黏度過高時或者頂底板有突起時一般不適用刨煤機進行開采作業。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的。同樣煤質的黏度和硬度過高都會影響刨煤機設備的正常適用。

3.2 刨煤機的發展趨勢

目前刨煤機國內外的發展趨勢上出現了以下兩種特點，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，并且整體設備的制造以簡約緊湊為主，可靠性高及設備維修十分方便。新型刨煤機已經可以適用于0.6~3 m 范圍的煤層高度，普氏系數甚至達到了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，刨煤機也廣泛應用于其它領域礦產資源的開發利用，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勢，采煤工作可連續進行，確保了開采效率。

3.3 刨煤機的優勢

刨煤機較采煤機有著簡單的設備構造，沒有復雜的液壓系統以及牽引部，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，不會產生較大的粉塵，因此工作環境相對較好，不需要復雜的防塵設備，給礦井工人營造了一個良好的工作環境；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濟效益；刨煤機的驅動不需要高壓設備的鋪設，只需端頭進行上下電機牽引即可正常工作，因此設備的使用較為安全，也避免了采區冗長的電纜設備鋪設。刨煤機可實現連續采掘，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境空間進行作業，只需在端頭附近進行輔助作業，改善了工作環境，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模式的需要，響應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鏈是一個封閉系統，使得設備整體較為安全可靠。

4 結論

隨著我國煤炭行業的不斷發展進步，采煤設備在不斷的更新換代，刨煤機設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備，具有良好的應用前景。刨煤機受環境影響較小，產量比普通綜采面更高，成為一種更為高效的開采設備。新型刨煤機在煤礦的成功應用，不但給煤礦帶來了巨大的經濟效益，也為煤礦工人營造了一個安全健康的工作環境。這也將促進刨煤機的進一步發展。在今后煤礦企業的發展規劃中，更多的使用新型采煤設備，加大對新設備的推廣力度以及宣傳使用力度，是極為關鍵的。刨煤機設備隨著不斷地更新換代已經能夠適用于更加復雜多變的地質構造，最新的設備已達到3 m 的采高。因此刨煤機在今后的發展過程中，必將向著無人化，普適化方向發展，更加適用于不同的地質環境。相信在不久的將來，新型刨煤機設備將更廣泛的應用于煤礦工作面的采煤工作當中。