葉紹青/貴州鈺祥礦業(yè)集團(tuán)硫磺坡煤礦

淺談刨煤機(jī)在薄煤層中的應(yīng)用

葉紹青/貴州鈺祥礦業(yè)集團(tuán)硫磺坡煤礦

我國薄煤層儲量所占比重大，僅國有煤礦薄煤層儲量比重就占20％左右，且分布廣泛，局部集中,由于受到工作面空間的限制,薄煤層一直是煤炭開采的薄弱環(huán)節(jié),設(shè)備的能力、安裝、檢修、操作均受到很大限制,此外,煤層生產(chǎn)能力小,單產(chǎn)水平低,巷道消耗率高,接續(xù)緊張,勞動強度大等等均制約著薄煤層開采,正是由于薄煤層開采難度大,刨煤機(jī)開采，因其開采特點，淺截深、多循環(huán)、對頂板的振動極小，確保偽頂不垮落，從而保證提高煤質(zhì)、煤礦安全生產(chǎn)。

刨煤機(jī)；薄煤層；硬度；煤層傾角；技術(shù)條件

1.概述

我國薄煤層儲量所占比重大，僅國有煤礦薄煤層儲量比重就占20％左右，地方煤礦薄煤層儲量比重更大，且分布廣泛，局部集中。

刨煤機(jī)主要用于煤礦井下1.0～2.0米薄煤層的長壁開采運輸設(shè)備，不僅可用于普采，而且可用于綜采，作為一種“淺截深、多循環(huán)”的采煤設(shè)備，對薄煤層、瓦斯大的礦井具有特有的優(yōu)勢。針對我國薄煤層儲量所占比重大，分布廣泛，刨煤機(jī)產(chǎn)品市場發(fā)展?jié)摿薮?，各處煤質(zhì)的可刨性不同的實際情況，必須對不同地理位置的煤田煤質(zhì)進(jìn)行可刨性分析，以適應(yīng)煤礦生產(chǎn)需要。

2.煤質(zhì)可刨性影響因素分析

影響煤質(zhì)可刨性的因素很多，歸納有以下幾方面的因素：

2.1 煤質(zhì)的截割阻抗（硬度）

煤質(zhì)的截割阻抗（硬度）是決定刨煤機(jī)使用效果的重要因素，而煤質(zhì)的截割阻抗（硬度）與煤的成因、節(jié)理發(fā)育和化學(xué)成分等有直接的關(guān)系，煤質(zhì)的截割阻抗（硬度）大，刨煤機(jī)的切削阻力大和橫向力大，刨頭的運動穩(wěn)定性差，功率消耗大，刨刀使用壽命低，刨煤困難。歷史上國產(chǎn)的刨煤機(jī)對煤質(zhì)截割阻抗（硬度）A≥300N/mm的煤炭，根本無法使用。目前的具有自動控制和裝備交流變頻拖動技術(shù)的刨煤機(jī)可實現(xiàn)刨硬煤和夾矸（450N/mm≥A≥300N/mm）的能力。

2.2 煤層的底板

煤層的底板條件對刨煤機(jī)的開采具有重要的影響，無論水平或垂直方向底板起伏不平，對刨煤機(jī)的推進(jìn)都會影響，常出現(xiàn)“飄刀”或“啃底”和刨頭運行不穩(wěn)定的現(xiàn)象發(fā)生。如果在工作的走向方向若15m范圍內(nèi)出現(xiàn)大于6°的傾角，機(jī)械故障將明顯增加，如果底板較軟，容易出現(xiàn)“啃底”現(xiàn)象，現(xiàn)代的全自動刨煤機(jī)通過安裝有調(diào)斜油缸和刨頭的底刀位機(jī)械限位機(jī)構(gòu)，可實現(xiàn)大傾角正常刨煤。

2.3 煤層的直接頂

刨煤機(jī)的“淺截深，多循環(huán)”的開采特點，頂板暴露面積少，刨煤后引起的頂板下沉量小，刨頭的速度快，可使控頂時間短，能較好地控制頂板。

2.4 煤層的老頂

兩個順槽邊的煤層，由于受頂板壓力的影響，煤壁被壓松，隨著工作的推進(jìn)，壓松現(xiàn)象對刨煤機(jī)采煤非常有利。由于煤質(zhì)的硬度不同，老頂對煤層的壓松效果也不盡相同，如果煤質(zhì)軟，壓松現(xiàn)象會使煤壁片幫，給采煤、運輸和頂板管理造成困難。

2.5 煤層結(jié)構(gòu)

當(dāng)煤質(zhì)不粘頂時，刨頭安裝高度一般是煤層厚度的1/2-1/3，刨煤機(jī)功率消耗少效率高，如果煤層中有夾矸石，將直接影響到刨煤效果，當(dāng)夾矸層位于煤層的上部時，影響到刨頭的運行平穩(wěn)性。

2.6 煤層厚度

刨煤機(jī)的可采煤的經(jīng)濟(jì)厚度是0.8-2.0，煤層厚度大于2.0m時優(yōu)選采煤機(jī)開采，煤層厚度小于1.0m時優(yōu)選拖鉤刨煤機(jī)。

2.7 煤層的節(jié)理發(fā)育

國外的研究表面，當(dāng)刨刀的運行方向與煤質(zhì)的節(jié)理發(fā)育裂縫的夾角為45°時刨煤機(jī)的單位能耗最小，135°時刨煤機(jī)的單位能耗最大。

2.8 地質(zhì)構(gòu)造

對刨煤機(jī)開采影響最大的地質(zhì)構(gòu)造是斷層，斷層不僅使頂板失去連續(xù)性造成頂板破碎，而且使頂板出現(xiàn)臺階，使煤層厚度發(fā)生變化，當(dāng)斷層落差大于0.5倍煤層厚度時，實現(xiàn)刨煤機(jī)開采困難。

2.9 煤層傾角

煤層傾角的大小將直接影響到刨煤機(jī)的開采,傾角大時,設(shè)備容易下滑,刨頭上行時運行阻力加大，機(jī)械事故明顯增多，當(dāng)煤層傾角大于6°時，設(shè)備應(yīng)設(shè)計可靠的防輸送機(jī)下滑和液壓支架防倒裝置，目前刨煤機(jī)的使用范圍在小于25°以下的煤層。

2.10 支護(hù)、運輸、通風(fēng)和人員的配置

高瓦斯礦井使用刨煤機(jī)必須設(shè)計合理的風(fēng)量和風(fēng)速，以便于排放瓦斯和散發(fā)熱量，自然發(fā)火期短的煤層，要使工作面支架保持一定的推進(jìn)速度和采取防止自然發(fā)火的措施。由于采用了全自動控制，要求操作人員的素質(zhì)較高。

3.刨煤煤層可刨性分類

3.1 極易刨：煤層賦存穩(wěn)定，無夾矸，節(jié)理發(fā)育，A≤200N/mm，直接頂2-3小時內(nèi)允許裸露寬度0.3-1.1m，無護(hù)頂煤，不粘頂，不片幫，煤層厚度0.8-1.6m，傾角≤10°，無地質(zhì)構(gòu)造，無涌水，通風(fēng)系統(tǒng)良好，地溫和自然發(fā)火現(xiàn)象均不影響正常生產(chǎn)。

3.2 易刨：煤層賦存穩(wěn)定，含少量夾矸，節(jié)理較發(fā)育，A≤200N/mm，底板局部有起伏，但變化較小，直接頂維護(hù)較容易，局部有護(hù)頂煤，周期來壓明顯，超前壓力大，煤層厚度在0.8-1.6m有地質(zhì)構(gòu)造但影響范圍小，傾角≤10°，涌水，瓦斯含量高，但不影響正常生產(chǎn)。

3.3 一般：煤層賦存穩(wěn)定，夾矸與地質(zhì)構(gòu)造存在，經(jīng)處理可正常生產(chǎn)，200N/mm≤A≤350N/mm，底板有起伏，啃底和漂刀現(xiàn)象有時候發(fā)生，直接頂維護(hù)較容易，粘頂，周期來壓期間易刨，煤層傾角變化較大，局部地段要采取防滑措施，才能保證正常生產(chǎn)，底板涌水、瓦斯、自然發(fā)火現(xiàn)象都存在，但不影響生產(chǎn)。

3.4 難刨：煤層賦存不穩(wěn)定，傾角和厚度變化大，節(jié)理不發(fā)育，350≤A≤450N/mm，底板起伏，啃底漂刀，底板松軟，直接頂維護(hù)困難，需要采用特殊的防滑措施，難以組織循環(huán)作業(yè)。

3.5 極難刨：煤層賦存不穩(wěn)定，傾角大于25°及煤層厚度變化大，節(jié)理不發(fā)育，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，一個工作面無法保證一次采完，需要搬家設(shè)備，A≥450N/mm，底板起伏，啃底漂刀，底板松軟，直接頂維護(hù)困難，需要采用特殊的防滑措施，工作面經(jīng)濟(jì)效益和效率低，難以組織循環(huán)作業(yè)。

4.機(jī)組適用范圍

BH38/2×400型刨煤機(jī)組適用于工作面傾角不大于25°（當(dāng)工作面傾角大于15°時需配置防滑防倒裝置），煤質(zhì)截割阻抗A≤350N/mm（f≤3.5），煤層厚度在0.8～2.0m范圍內(nèi)的薄煤層，頂?shù)装宸€(wěn)定的長壁式綜采工作面的開采。刨煤機(jī)組成套設(shè)備最大截深120mm，刨速0～3m/s程序可調(diào)，刨頭傳動部裝機(jī)功率2×400kW，刮板機(jī)裝機(jī)功率2×400kW，設(shè)計水平長度300m（隨煤層傾角的增大，工作面長度相應(yīng)縮短），與配備電液控制功能的液壓支架配套自動完成刨煤、裝煤、運煤、移溜、降架和拉架工作，可實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，實現(xiàn)薄煤層安全、高效、自動化開采。

東達(dá)二礦煤礦礦井技術(shù)條件（6#煤層）說明：

工作面長度：151m、工作面走向長度880m、煤層平均厚度1.37m、工作面走向傾角±10°、煤層傾角8～12°、煤質(zhì)抗壓強度平均值7.46MPa、夾矸硬度小于煤質(zhì)硬度、下順槽及上順槽尺寸為4.6m×2.6m/埋藏深度150m、頁巖頂板，泥巖底板

根據(jù)以上分析、以及我集團(tuán)對內(nèi)蒙古東達(dá)二礦、吉林鐵發(fā)礦刨煤機(jī)使用的考察，刨煤機(jī)是薄煤層煤礦實現(xiàn)安全、高效、無人、多塊（高經(jīng)濟(jì)）、智能化、遠(yuǎn)控化、綜合化、信息化的開采技術(shù)的首選。