薄煤層綜采工作面雙采煤機開采技術研究

馬彥喜

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司設備管理中心， 寧夏 銀川 750011）

0 引言

近幾年，隨著煤炭資源的不斷開采，在我國具有開發優勢的煤炭資源越來越少，部分地區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、較薄煤層陸續被開發利用。薄及較薄煤層機械化開采存在著煤層厚度和傾角變化大，工作條件差，褶皺、斷層等地質構造普遍，空間受限，設備移動困難，投入產出比較低，經濟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械化開采技術的進一步發展。在新技術、新工藝的推動下，如何有效提高薄煤層及較薄煤層的生產效率和采出率，顯得尤為重要。

目前，我國綜合機械化采煤基本使用的是1 臺采煤機割煤和裝煤、刮板輸送機裝煤、液壓支架支護的采煤過程，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，人員作業勞動強度大，安全生產難度也相應增大。采煤機速度一般控制在6 m/min 左右，較薄煤層工作面產能在150 萬t/a 左右。近幾年雖然實施了自動化采煤技術，但效率提升不明顯。為提高工作面生產效率，國內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?，F提出采用2 臺采煤機同時進行截割的思路，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效率。

1 雙采煤機開采思路

根據薄煤層賦存及開采現狀，薄及偏薄煤層工作面采厚選取1.4～1.9 m，傾斜長250～300 m，循環進度0.865 m。工作面從中間相對分成上下兩段，根據工作面傾角和具體開采情況，2 臺采煤機平行或局部交岔分兩段割煤，支架跟機自動移架，由于薄及偏薄煤層采煤機裝煤效果較差，再加之刮板運輸機增大，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載液壓單臂雙液鉆鉆機快速打眼，采煤機落煤前放炮，提高落煤及推進速度和工作面及系統能力。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輸“三機”，新型高性能MG1200/2×200 采煤機2 臺及相應的配套設備。

2 研發主要內容

2.1 開采工藝研究

2.1.1 中間斜切進刀2 臺采煤機分別落清煤工藝

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

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

3）割清煤順序：下部采煤機下行割煤跟機移架，上行清浮煤跟機推溜；上部采煤機上行割煤跟機移架，下行清浮煤跟機推溜。推移刮板輸送機中部（斜切進刀及直線段）→采機中部斜切進刀（或另一臺進入斜切進刀段）→采煤機下行（上行）割煤→采煤機下行（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→將機頭（機尾）推向煤壁→依次從下向上（從上向下）滯后采煤機滾筒18 m 依次順序推移刮板輸送機→推移刮板機中部（斜切進刀及直線段）→中部斜切進刀→移架→割透中部直線段煤壁→將刮板機剩余部分推向煤壁→采煤機進入下一循環割煤。2 臺采煤機返程至中間斜切進刀及直線段時，應保持一定距離，待直線段采煤機進行下一循環時，另1 臺采煤機才可進入直線段，推移剩余刮板機全部至煤壁。

2.1.2 兩端斜切進刀1 臺落煤、1 臺清煤工藝

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

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

3）割清煤順序：上部采煤機下行割煤跟機移架，上行清浮煤跟機推溜；下部采煤機上行割煤跟機移架，下行清浮煤跟機推溜。推移刮板機機頭、機尾（斜切進刀及直線段）→采機兩端斜切進刀→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→將刮板機中間段推向煤壁→依次從下（上）向上（下）滯后采煤機滾筒18 m 依次順序推移刮板輸送機→推移刮板機尾（機頭）（斜切進刀及直線段）→機尾（機頭）斜切進刀→移架→割透兩端煤壁→將刮板機剩余部分推向煤壁→采煤機進入下一循環割煤。2 臺采煤機可同時進行斜切進刀，其中任1 臺進入中間交叉段時，另1 臺需等待，待采煤機返程清煤時，另1 臺采煤機才可進入中間交叉段，推移剩余刮板機全部至煤壁。

2.1.3 一端和中間分別同時斜切進刀落清煤工藝

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

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

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

2.2 設備配套研究

2.2.1 采煤設備研究

2.2.1.1 新型高性能中薄煤層采煤機研發

為解決長工作面落煤能力、快速推進的問題，實現中薄煤層工作面高產高效目標，研制一種寬體、較大落煤和通過能力、適應大功率刮板運輸機的高性能中薄煤層采煤機，落煤能力1 600 t/h。

以MG1020-1130/500 采煤機為基礎，在保持機面高度不增的前提下，研發具有較大過煤空間、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輸機的高性能采煤機。提升配置配套、加工制造性能，采用高強搖臂和行走箱，完善改進采煤機性能，合理選配牽引、液壓及冷卻系統，在工作面上布置2 臺同型采煤機，并配置自動防撞及接近減速、停機等智能化技術。

2.2.1.2 高性能單臂截割和單臂雙液鉆薄煤層采煤機研發

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，實現快速推進的目標，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搖臂帶雙液鉆的薄煤層采煤機，落煤能力為800 t/h。

以MG890-930/2×200 采煤機為基礎，在保持機面高度不增的前提下，研發具有較大過煤空間、較大臥底量，能夠懸掛并驅動單臂雙液鉆機，適用于寬度900 mm、2×700 kW 大功率薄煤層刮板運輸機的高性能采煤機。采煤機搖臂內側配裝帶滑架的可伸縮單臂雙液鉆鉆機，或采煤機搖臂可替換為單臂雙液鉆鉆機，完善改進采煤機單臂落清煤功能，合理選配液壓動力系統，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，并配置自動防撞及接近減速、停機等智能化技術。對于有斷層的工作面，據斷層位置采用1 臺或2 臺采機先打眼，將采煤機牽引至斷層位置，操作采煤機上的鉆臂，旋轉調節雙鉆間距和方位，裝鉆桿液壓打眼；采煤機落煤作業時，鉆機收回于機架上，調機避開放炮波及范圍，選擇斜切進刀位置，放炮后2 臺采煤機分別按工藝落煤、清煤，完成1 個循環后移架推溜。

鉆臂結構原理及工作過程：采煤機拆卸掉割煤滾筒及搖臂后，在原搖臂位置，利用原搖臂與機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，將雙臂炮孔鉆機的“炮孔鉆機固定連接座”，進行安裝固定。在“炮孔鉆機固定連接座”前端并排安裝固定有兩套鉆臂鉆孔機構，兩套鉆臂鉆孔機構互不干涉、互不影響、獨立操作。鉆臂機構變位靈活，可旋轉變位至不同位置和角度進行鉆孔作業，當雙鉆臂機構分別旋轉運動至垂直煤幫位置，可同時進行鉆進煤幫炮孔作業，當雙鉆臂機構分別旋轉變位至垂直頂板位置，也可同時進行頂板的錨桿錨索支護作業。

2.2.2 薄、中薄煤層大功率刮板運輸機研發

實現250～300 m 長距近水平、2 臺采煤機割煤運輸能力，并具有較低的機頭、機尾傳動部和中部槽，適應薄、中薄煤層設備配套；薄煤層刮板運輸機能力1 800 t/h，中薄煤層刮板運輸機能力2 200 t/h。主要研究內容包括：

采用扁平鏈結構，降低槽板高度和裝煤側棱角高度，開發高性能緊湊小型大功率傳動部，適應2 臺薄、中薄煤層采煤機運行和落煤運輸，最大程度補償配套過煤高度和臥底深度，保證采機割透煤壁；優化槽板及刮板結構設計，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2 臺采機且中間段交叉3 層拖纜，適應較大直徑雙供回液和供水管路鋪設；配置液壓大行程自動張緊、完善先進的監測監控系統、長距離自移機尾等先進裝置，提升薄煤層刮板運輸機性能和可靠性。

3 雙采煤機開采效率理論計算

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設計，機尾和中間段兩段機窩分別長30 m。

3.2 進刀方式

采用一端和中間分別同時斜切進刀緩傾斜工作面條件，采煤機在直線段正常割煤速度按6m/min 計算，機窩段返機及清理浮煤速度8m/min，斜切進刀2m/min。

3.3 理論循環時間

割煤時間20min，機窩段返機及清理浮煤18.75min，斜切進刀15 min，單循環時間53.75 min。

3.4 單機與雙采煤機效率比較

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

4 結論

1）在薄及較薄煤層中采用雙采煤機采煤工藝不僅是一個大膽的嘗試，而且可行性高。薄及較薄煤層高產高效工藝及裝備技術理念先進，設備布置合理，2臺采煤機可實現組合及分體平行作業，成套設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開采，在采煤速度、產煤量和生產成本等方面，相對于單一采煤機生產具有明顯的優勢，值得積極推廣應用。

3）在薄及較薄煤層中使用雙采煤機開采，需要在技術和裝備研發上予以相應的投入。同時，該工藝和對應裝備的使用，存在員工設備操作難度較大，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等設備也提出了配套需求。更重要的是對安全生產工作也提出了更高的要求，需要在此方面進一步深入研究，以便更好地指導生產實踐。