薄煤層綜采工作面雙采煤機(jī)開采技術(shù)研究

馬彥喜

（國家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限責(zé)任公司設(shè)備管理中心， 寧夏 銀川 750011）

0 引言

近幾年，隨著煤炭資源的不斷開采，在我國具有開發(fā)優(yōu)勢的煤炭資源越來越少，部分地區(qū)開采程度已接近極限。在這種情況下，一些儲量較大的薄煤層、較薄煤層陸續(xù)被開發(fā)利用。薄及較薄煤層機(jī)械化開采存在著煤層厚度和傾角變化大，工作條件差，褶皺、斷層等地質(zhì)構(gòu)造普遍，空間受限，設(shè)備移動困難，投入產(chǎn)出比較低，經(jīng)濟(jì)效益也相對較低等特殊問題。這些問題在很大程度上制約了薄及較薄煤層機(jī)械化開采技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。在新技術(shù)、新工藝的推動下，如何有效提高薄煤層及較薄煤層的生產(chǎn)效率和采出率，顯得尤為重要。

目前，我國綜合機(jī)械化采煤基本使用的是1 臺采煤機(jī)割煤和裝煤、刮板輸送機(jī)裝煤、液壓支架支護(hù)的采煤過程，且薄煤層工作面長度一般布置在260 m 左右，因工作空間狹小，人員作業(yè)勞動強(qiáng)度大，安全生產(chǎn)難度也相應(yīng)增大。采煤機(jī)速度一般控制在6 m/min 左右，較薄煤層工作面產(chǎn)能在150 萬t/a 左右。近幾年雖然實(shí)施了自動化采煤技術(shù)，但效率提升不明顯。為提高工作面生產(chǎn)效率，國內(nèi)曾有部分薄煤層在開采過程中增加了工作面長度，但受采高的限制，采煤機(jī)截割速度提升空間有限，依然限制了工作面的高效開采。提升截割速度目前還沒有得到較好的解決。現(xiàn)提出采用2 臺采煤機(jī)同時進(jìn)行截割的思路，此舉可間接地提高工作面采煤速度，從而提高較薄煤層工作面的生產(chǎn)效率。

1 雙采煤機(jī)開采思路

根據(jù)薄煤層賦存及開采現(xiàn)狀，薄及偏薄煤層工作面采厚選取1.4～1.9 m，傾斜長250～300 m，循環(huán)進(jìn)度0.865 m。工作面從中間相對分成上下兩段，根據(jù)工作面傾角和具體開采情況，2 臺采煤機(jī)平行或局部交岔分兩段割煤，支架跟機(jī)自動移架，由于薄及偏薄煤層采煤機(jī)裝煤效果較差，再加之刮板運(yùn)輸機(jī)增大，薄及偏薄煤層工作面易采用單向割煤，返程清煤推溜；遇有斷層在檢修時間段利用機(jī)載液壓單臂雙液鉆鉆機(jī)快速打眼，采煤機(jī)落煤前放炮，提高落煤及推進(jìn)速度和工作面及系統(tǒng)能力。配套ZY7200-10/22 型電液控支架，新型高性能SGZ-900/2×1000 型薄及偏薄煤層刮板運(yùn)輸“三機(jī)”，新型高性能MG1200/2×200 采煤機(jī)2 臺及相應(yīng)的配套設(shè)備。

2 研發(fā)主要內(nèi)容

2.1 開采工藝研究

2.1.1 中間斜切進(jìn)刀2 臺采煤機(jī)分別落清煤工藝

1）割煤方式：2 臺采機(jī)分別采用單向割煤，每割1刀煤，刮板輸送機(jī)、支架推移1 個步距為完成1 個循環(huán)，工作面往返1 次完成1 個循環(huán)，每個循環(huán)截深0.865 m。

2）進(jìn)刀方式：斜切進(jìn)刀及直線段設(shè)在工作面中部位置，不小于60 m，采煤機(jī)自開缺口，斜切進(jìn)刀段長18 m，2 臺采煤機(jī)均可采用中部斜切進(jìn)刀，一般適用于近水平煤層。

3）割清煤順序：下部采煤機(jī)下行割煤跟機(jī)移架，上行清浮煤跟機(jī)推溜；上部采煤機(jī)上行割煤跟機(jī)移架，下行清浮煤跟機(jī)推溜。推移刮板輸送機(jī)中部（斜切進(jìn)刀及直線段）→采機(jī)中部斜切進(jìn)刀（或另一臺進(jìn)入斜切進(jìn)刀段）→采煤機(jī)下行（上行）割煤→采煤機(jī)下行（上行）割煤→移架→割透下端（上端）煤壁→反向上行（下行）割透底煤并清理浮煤→將機(jī)頭（機(jī)尾）推向煤壁→依次從下向上（從上向下）滯后采煤機(jī)滾筒18 m 依次順序推移刮板輸送機(jī)→推移刮板機(jī)中部（斜切進(jìn)刀及直線段）→中部斜切進(jìn)刀→移架→割透中部直線段煤壁→將刮板機(jī)剩余部分推向煤壁→采煤機(jī)進(jìn)入下一循環(huán)割煤。2 臺采煤機(jī)返程至中間斜切進(jìn)刀及直線段時，應(yīng)保持一定距離，待直線段采煤機(jī)進(jìn)行下一循環(huán)時，另1 臺采煤機(jī)才可進(jìn)入直線段，推移剩余刮板機(jī)全部至煤壁。

2.1.2 兩端斜切進(jìn)刀1 臺落煤、1 臺清煤工藝

1）割煤方式：2 臺采機(jī)分別采用單向割煤，每割1刀煤，刮板輸送機(jī)、支架推移1 個步距為完成1 個循環(huán)，工作面往返1 次完成1 個循環(huán)，每個循環(huán)截深0.865 m。

2）進(jìn)刀方式：斜切進(jìn)刀及直線段設(shè)在工作面兩端，各段不小于30 m，2 臺采煤機(jī)在兩端自開缺口，斜切進(jìn)刀段長18 m，在中間交叉，一般適用于近水平煤層。

3）割清煤順序：上部采煤機(jī)下行割煤跟機(jī)移架，上行清浮煤跟機(jī)推溜；下部采煤機(jī)上行割煤跟機(jī)移架，下行清浮煤跟機(jī)推溜。推移刮板機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾（斜切進(jìn)刀及直線段）→采機(jī)兩端斜切進(jìn)刀→下行（上行）割煤→移架→割至中間→反向上行（下行）割透底煤并清理浮煤→將刮板機(jī)中間段推向煤壁→依次從下（上）向上（下）滯后采煤機(jī)滾筒18 m 依次順序推移刮板輸送機(jī)→推移刮板機(jī)尾（機(jī)頭）（斜切進(jìn)刀及直線段）→機(jī)尾（機(jī)頭）斜切進(jìn)刀→移架→割透兩端煤壁→將刮板機(jī)剩余部分推向煤壁→采煤機(jī)進(jìn)入下一循環(huán)割煤。2 臺采煤機(jī)可同時進(jìn)行斜切進(jìn)刀，其中任1 臺進(jìn)入中間交叉段時，另1 臺需等待，待采煤機(jī)返程清煤時，另1 臺采煤機(jī)才可進(jìn)入中間交叉段，推移剩余刮板機(jī)全部至煤壁。

2.1.3 一端和中間分別同時斜切進(jìn)刀落清煤工藝

1）割煤方式：2 臺采機(jī)分別采用單向割煤，每割1刀煤，刮板輸送機(jī)、支架推移1 個步距為完成1 個循環(huán)，工作面往返1 次完成1 個循環(huán)，每個循環(huán)的截深為0.865 m。

2）進(jìn)刀方式：1 臺采煤機(jī)斜切進(jìn)刀及直線段設(shè)在工作面機(jī)尾，另1 臺采煤機(jī)斜切進(jìn)刀及直線段設(shè)在工作面中間，2 臺采機(jī)分別同時自開缺口，斜切進(jìn)刀段長18 m，各段不小于30 m，2 臺采煤機(jī)在中間段交叉，一般適用于近水平或緩傾斜煤層。

3）割清煤順序：上部采煤機(jī)自機(jī)尾下行割煤跟機(jī)移架，上行清浮煤跟機(jī)推溜；下部采煤機(jī)自中間下行割煤跟機(jī)移架，上行清浮煤跟機(jī)推溜。推移刮板機(jī)機(jī)尾（中間）（斜切進(jìn)刀及直線段）→采機(jī)斜切進(jìn)刀→下行割煤→移架→割至中間（機(jī)頭）→反向上行割透底煤并清理浮煤→將刮板機(jī)中間段（機(jī)頭）推向煤壁→依次從下向上滯后采煤機(jī)滾筒18 m 依次順序推移刮板輸送機(jī)→推移刮板機(jī)尾（中間段）（斜切進(jìn)刀及直線段）→移架→割透煤壁→將刮板機(jī)剩余部分推向煤壁→采煤機(jī)進(jìn)入下一循環(huán)割煤。2 臺采煤機(jī)可同時進(jìn)行斜切進(jìn)刀，其中任1 臺進(jìn)入中間交叉段時，另1 臺需等待，待采煤機(jī)返程清煤時，另1 臺采煤機(jī)才可進(jìn)入中間交叉段，推移剩余刮板機(jī)全部至煤壁。

2.2 設(shè)備配套研究

2.2.1 采煤設(shè)備研究

2.2.1.1 新型高性能中薄煤層采煤機(jī)研發(fā)

為解決長工作面落煤能力、快速推進(jìn)的問題，實(shí)現(xiàn)中薄煤層工作面高產(chǎn)高效目標(biāo)，研制一種寬體、較大落煤和通過能力、適應(yīng)大功率刮板運(yùn)輸機(jī)的高性能中薄煤層采煤機(jī)，落煤能力1 600 t/h。

以MG1020-1130/500 采煤機(jī)為基礎(chǔ)，在保持機(jī)面高度不增的前提下，研發(fā)具有較大過煤空間、較大臥底量，適用于寬度1 000 mm、2×855 kW 大功率中薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)的高性能采煤機(jī)。提升配置配套、加工制造性能，采用高強(qiáng)搖臂和行走箱，完善改進(jìn)采煤機(jī)性能，合理選配牽引、液壓及冷卻系統(tǒng)，在工作面上布置2 臺同型采煤機(jī)，并配置自動防撞及接近減速、停機(jī)等智能化技術(shù)。

2.2.1.2 高性能單臂截割和單臂雙液鉆薄煤層采煤機(jī)研發(fā)

為解決有硬巖斷層薄煤層工作面人工打眼慢、用人多、工效低、安全性差的問題，提升長工作面落煤能力，實(shí)現(xiàn)快速推進(jìn)的目標(biāo)，需研制一種簡單高效、綜采與液壓打眼一體的新型高性能單臂截割和單臂雙液鉆或一側(cè)搖臂帶雙液鉆的薄煤層采煤機(jī)，落煤能力為800 t/h。

以MG890-930/2×200 采煤機(jī)為基礎(chǔ)，在保持機(jī)面高度不增的前提下，研發(fā)具有較大過煤空間、較大臥底量，能夠懸掛并驅(qū)動單臂雙液鉆機(jī)，適用于寬度900 mm、2×700 kW 大功率薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)的高性能采煤機(jī)。采煤機(jī)搖臂內(nèi)側(cè)配裝帶滑架的可伸縮單臂雙液鉆鉆機(jī)，或采煤機(jī)搖臂可替換為單臂雙液鉆鉆機(jī)，完善改進(jìn)采煤機(jī)單臂落清煤功能，合理選配液壓動力系統(tǒng)，提升配置配套、加工制造性能，在工作面上布置2 臺同型采煤機(jī)，并配置自動防撞及接近減速、停機(jī)等智能化技術(shù)。對于有斷層的工作面，據(jù)斷層位置采用1 臺或2 臺采機(jī)先打眼，將采煤機(jī)牽引至斷層位置，操作采煤機(jī)上的鉆臂，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)雙鉆間距和方位，裝鉆桿液壓打眼；采煤機(jī)落煤作業(yè)時，鉆機(jī)收回于機(jī)架上，調(diào)機(jī)避開放炮波及范圍，選擇斜切進(jìn)刀位置，放炮后2 臺采煤機(jī)分別按工藝落煤、清煤，完成1 個循環(huán)后移架推溜。

鉆臂結(jié)構(gòu)原理及工作過程：采煤機(jī)拆卸掉割煤滾筒及搖臂后，在原搖臂位置，利用原搖臂與機(jī)身的銷軸連接孔和搖臂擺動油缸的銷軸連接孔，采取鉸接連接方式，將雙臂炮孔鉆機(jī)的“炮孔鉆機(jī)固定連接座”，進(jìn)行安裝固定。在“炮孔鉆機(jī)固定連接座”前端并排安裝固定有兩套鉆臂鉆孔機(jī)構(gòu)，兩套鉆臂鉆孔機(jī)構(gòu)互不干涉、互不影響、獨(dú)立操作。鉆臂機(jī)構(gòu)變位靈活，可旋轉(zhuǎn)變位至不同位置和角度進(jìn)行鉆孔作業(yè)，當(dāng)雙鉆臂機(jī)構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)運(yùn)動至垂直煤幫位置，可同時進(jìn)行鉆進(jìn)煤幫炮孔作業(yè)，當(dāng)雙鉆臂機(jī)構(gòu)分別旋轉(zhuǎn)變位至垂直頂板位置，也可同時進(jìn)行頂板的錨桿錨索支護(hù)作業(yè)。

2.2.2 薄、中薄煤層大功率刮板運(yùn)輸機(jī)研發(fā)

實(shí)現(xiàn)250～300 m 長距近水平、2 臺采煤機(jī)割煤運(yùn)輸能力，并具有較低的機(jī)頭、機(jī)尾傳動部和中部槽，適應(yīng)薄、中薄煤層設(shè)備配套；薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)能力1 800 t/h，中薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)能力2 200 t/h。主要研究內(nèi)容包括：

采用扁平鏈結(jié)構(gòu)，降低槽板高度和裝煤側(cè)棱角高度，開發(fā)高性能緊湊小型大功率傳動部，適應(yīng)2 臺薄、中薄煤層采煤機(jī)運(yùn)行和落煤運(yùn)輸，最大程度補(bǔ)償配套過煤高度和臥底深度，保證采機(jī)割透煤壁；優(yōu)化槽板及刮板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小槽板與刮板及鏈條摩擦接觸面，提高接觸面耐磨性，提高槽板及鏈條使用壽命；雙排電纜槽適應(yīng)2 臺采機(jī)且中間段交叉3 層拖纜，適應(yīng)較大直徑雙供回液和供水管路鋪設(shè)；配置液壓大行程自動張緊、完善先進(jìn)的監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、長距離自移機(jī)尾等先進(jìn)裝置，提升薄煤層刮板運(yùn)輸機(jī)性能和可靠性。

3 雙采煤機(jī)開采效率理論計(jì)算

3.1 開采條件

工作面長度按300 m，煤層厚度平均1.6 m，截割深度0.865 m設(shè)計(jì)，機(jī)尾和中間段兩段機(jī)窩分別長30 m。

3.2 進(jìn)刀方式

采用一端和中間分別同時斜切進(jìn)刀緩傾斜工作面條件，采煤機(jī)在直線段正常割煤速度按6m/min 計(jì)算，機(jī)窩段返機(jī)及清理浮煤速度8m/min，斜切進(jìn)刀2m/min。

3.3 理論循環(huán)時間

割煤時間20min，機(jī)窩段返機(jī)及清理浮煤18.75min，斜切進(jìn)刀15 min，單循環(huán)時間53.75 min。

3.4 單機(jī)與雙采煤機(jī)效率比較

相同條件下雙采煤機(jī)與單采煤機(jī)截割時間97.5min比較，效率提高了44.8%。

4 結(jié)論

1）在薄及較薄煤層中采用雙采煤機(jī)采煤工藝不僅是一個大膽的嘗試，而且可行性高。薄及較薄煤層高產(chǎn)高效工藝及裝備技術(shù)理念先進(jìn)，設(shè)備布置合理，2臺采煤機(jī)可實(shí)現(xiàn)組合及分體平行作業(yè)，成套設(shè)備的自動化智能化程度高，能夠大幅提升薄及較薄煤層綜采效率和安全性，將成為薄及較薄煤層綜合化采煤的另一種工藝，對我國乃至世界中薄煤層綜合化采煤具有積極影響。

2）在薄及較薄煤層中使用雙采煤機(jī)開采，在采煤速度、產(chǎn)煤量和生產(chǎn)成本等方面，相對于單一采煤機(jī)生產(chǎn)具有明顯的優(yōu)勢，值得積極推廣應(yīng)用。

3）在薄及較薄煤層中使用雙采煤機(jī)開采，需要在技術(shù)和裝備研發(fā)上予以相應(yīng)的投入。同時，該工藝和對應(yīng)裝備的使用，存在員工設(shè)備操作難度較大，工作面粉塵控制難度較大等困難，對工作面順槽膠帶輸送機(jī)等設(shè)備也提出了配套需求。更重要的是對安全生產(chǎn)工作也提出了更高的要求，需要在此方面進(jìn)一步深入研究，以便更好地指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。