全自動刨煤機無人工作面高產高效采煤技術

1、全自動刨煤機無人工作面高產高效采煤技術 目前我國薄煤層開采的技術還比較落后,機械化水平低，裝備條件差，工作而作業(yè)空間狹小，工作條件惡劣，掘采比例大，經(jīng)濟效益差，特別是在當前市場經(jīng)濟條件下，使得許多薄煤層被暫棄不采，薄煤層不能及時合理開采，將造成煤炭資源的嚴重浪費，使礦井服務年限縮短，為了保證煤炭行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，研究探索薄煤層開采技術，開拓出一條薄煤層高產高效之路，是煤炭行業(yè)所共同面臨的問題。 2000年9月，鐵法煤業(yè)集團公司與德國采礦技術公司(DBT)及國內科研院所合作，引進了我國第一套全自動化刨煤機綜采系統(tǒng)，此套系統(tǒng)引進了德國DBT公司的刨煤機、輸送機及計算機遠程控制等先進技術，其余配套

2、設備均由國內各生產廠家協(xié)助制造，該套設備先后應用于小青礦和曉南礦，并取得了良好的經(jīng)濟效果。 在總結第一套刨煤機系統(tǒng)應用經(jīng)驗的基礎之上鐵法煤業(yè)集團公司于2002年9月從德國DBT公司又引進了第二套全自動化刨煤機綜采系統(tǒng)，2003年7月8日裝備于曉南礦W3410工作面，此套設備在技術上作了諸多改進，增強了對地質條件的適適應性：（1）工作面的前后端頭液壓支架由人工操作改為由自動化程序控制，與工作面支架起實現(xiàn)了自動移架和推溜功能。（2）工作面內液壓支架的調平系統(tǒng)由人工操作改為自動化程序控制，在生產中更有利于操作人員對液壓支架的支撐狀態(tài)進行合理調整。（3）刨頭的最大調整高度由1.675m增至2.06m，

3、減小了因煤層厚度對刨煤機應用的限制。 此套設備具有體積小，通風阻力小等優(yōu)點，便于瓦斯管理和降低粉塵，工作面可以實現(xiàn)無人作業(yè)，有利于工作面的安全生產。1 刨煤機工作面基本情況及回采工藝刨煤機工作面基本情況及回采工藝11 工作面概況 W3410工作面位于曉南礦西三采區(qū)北部，南部為已回采完畢的W3409面，北部和西部尚未開拓，東部為F23-1號斷層： 工作面為單斜構造，煤層傾角3-10，所采煤層為4-2# 煤層，工作面煤層賦存較穩(wěn)定，煤層厚度1.03m-2.50m，平均厚度1.7m煤層硬度f=2-3,煤層容重1.65噸/m3，節(jié)理層理發(fā)育；工作面傾向長度216m，走向長度954m，可采儲量68萬噸。

4、 工作面基本頂由砂礫巖、粗砂巖組成，平均厚度為33m，直接頂由細砂巖、粉砂巖組成平均厚度為4.3m，偽頂由泥巖、炭質巖組成，平均厚度為0.22m，底板由泥巖、粉砂巖及中砂巖組成，平均厚度為1.2m。 工作面回采巷道均為矩形巷道，采用錨桿、金屬網(wǎng)、鋼筋梯聯(lián)合支護，巷道寬度：運輸平巷5.6m，回風平巷5.0m，巷道高度均為2.8m。 12 工作面設備布置 W3410刨煤機工作面設備布置如圖1 所示。 刨煤機： Gleithobel 9-38Ve/5.7 型滑行刨，刨體長度2712mm, 高度 800-2060mm,采用不同厚度調整塊及刨體內部的蝸桿對刨體高度進行調整，額定生產能力900t/h,運行

5、速度，高速1.76m/s,低速0.88m/s;電機功率2*315kw,冷卻方式，轉子水冷。 (2)輸送機：PF3.0 /822型中雙鏈封底側卸式刮板輸送機，兼做刨頭運行軌道，可彎曲度，水平1.2，垂直6，額定生產能力900t/h,電機功率2*400KW，雙速，水冷。 (3)轉載機：SZZ800/315型中雙鏈橋式轉載機，輸送能力1800t/h，電機功率315/160KW . (4)破碎機：PCM160型錘式破碎機，破碎能力2000t/h,電機功率160KW (5)液壓支架：ZY5200-08/18D型液壓支架，支撐高度0.8-1.8m，推移步距750mm,初撐力3880KN，工作阻力5200K

6、N，控制方式為電液控制。 (6)端頭支架：ZY6200-18/32型液壓支架，支撐高度1.83-2m，推移步距750mm，初撐力5232KN，工作阻力6200KN,控制方式為電液控制和手動控制。 (7)泵站：乳化液泵：GRB 315/31.5型五 柱塞泵，公稱壓力31.5Mpa。 噴霧泵：WPB型三柱塞泵，公稱壓力2.5Mpa。圖1 工作面設備布置示意圖 1. 3 刨煤機工作面回采工藝 刨煤機在工作時，刨頭在無極圓環(huán)鏈即刨鏈的牽引下，沿著安裝在輸送機中部槽上的導軌運行，刨刀將煤壁刨落，刨落的煤在刨頭犁形斜面的作用下被裝入輸送機運出工作面；傳統(tǒng)采煤機設備由于截深較大，其回采工藝要求也十分嚴格，而

7、刨煤機的截深遠遠小于采煤機的截深，從而減小了刨煤機在回采工藝上的局限性，經(jīng)過現(xiàn)場反復摸索和實踐，現(xiàn)井下采用端頭 斜切進刀，工作面往返刨煤方式刨煤，然后合理調整兩端頭和中間段刨深使工作面輸送機達到平直狀態(tài)。 刨頭在工作面往返自動運行及液壓支架的各種動作和輸送機的推移均由計算機遠程控制系統(tǒng)進行控制，工作面內每3個支架上安裝一臺PM4支架控制單元，每臺支架上配有電磁閥和推移測控桿，用以實現(xiàn)支架的各種動作，每個PM4控制單元均有自身的地址和編碼，當刨煤機通過當前支架一段距離后，PM4開始控制工作面支架 進行各種動作，當推移千斤頂剩余行程小于下次刨深時，液壓支架就會自動前移；運輸機的推移距離由上行和下行

8、刨深決定，每次輸送機的推移量即為下次的刨深。 在刨頭運行軌道由采空區(qū)一側安裝在液壓支架推移桿上的調斜千斤頂用來實現(xiàn)底刨刀的調斜，在正常生產中調斜千斤頂用人工操作，使刨頭下切或上仰，以適應工作面在縱向上的起伏不平。2 2 刨煤機應用情況及經(jīng)濟效益分析刨煤機應用情況及經(jīng)濟效益分析 全自動化刨煤機工作面經(jīng)曉南礦與德國DBT公司聯(lián)合對設備進行了調試后，經(jīng)雙方協(xié)商確定從2003年8月18日正式試生產后，至9月17日歷時一個月，共生產28天（其9月5日、6日、7日三天礦井停產檢修），共生產煤炭157292t，工作面推進246m，平均日產5617 t,平均日推進8.8m，平均回采工效172.488t/工，其

9、中8月22日創(chuàng)出了日產8055t，日推進11.3m薄煤層刨煤機產量最高記錄。 21 人員工效對比 綜采工作面與刨煤機工作面正常情況下月產量都約為14萬噸左右，但由于刨煤機工作面為自動化生產，因此較普通采煤方法節(jié)省了許多人力，所以刨煤機工作面的人工效率普遍高于綜采工作面的人工效率。比較如下： 表1 采煤機工作面勞動組織表序號 工種 出勤人數(shù) 檢修班 一班 二班 三班 1工長 4 1 1 1 1 2組長 4 1 1 1 1 3司機 6 2 2 2 4支架工 9織 表 3 3 3 5端頭工 10 4 4 4 6電工 8 5 1 1 1 7鉗工 10 10 8其他 9 3 3 3 9合計 60 17

10、15 15 15 表2 刨煤機工作面勞動組織表序號 工種 出勤人數(shù) 檢修班 一班 二班 三班 1工長 4 1 1 1 1 2 組長 4 1 1 1 1 3操作員 4 1 1 1 1 4端頭工 12 4 4 4 5電工 7 4 1 1 1 6鉗工 7 7 7其他 6 2 2 2 8合計 44 22 10 10 10 通過以上比較可以看出刨煤機工作面的人員較采煤機工作面人員少18人，曉南煤礦綜采工作面人工效率最高為159.164t/工，W3410刨煤機工作面的人工效率最高為192.073 t/S,是采煤機工作面人工效率的12倍。 2. 2 經(jīng)濟效益對比 2. 2 1 噸煤直接成本對比 由于刨煤機可

11、以充分利用煤層的層理和節(jié)理刨煤，耗能少，其回采工藝簡單，加之自動化生產，科技含量較高，使刨煤機工作面噸煤直接成本明顯低于采煤機工作面噸煤直接成本。比較如下： 表3 采煤機工作面噸煤直接成本 序號 比較項目 噸煤成本（元/噸） 1綜機配件 3。20 2材料消耗 4。30 3油脂消耗 1。10 4人 工 2。10 5設備租賃 4。46 6合 計 15。16 表4 刨煤機工作面噸煤直接成本 序號 比較項目 噸煤成本（元/噸） 1綜機配件 0。40 2材料消耗 0。15 3油脂消耗 0。21 4人 工 0。39 5設備租賃 10。13 6合 計 11。13 W3410工作面儲量為68萬噸，通過以上比較

12、可以看出，利用刨煤機回采比利用采煤機回采共節(jié)約直接成本230萬元。 2.2.2 煤質效益對比 W3410F作面采高為1.7m，如利用采煤機回采，由于受采高限制，采煤機將沿工作面割600mm厚的巖石，會使煤炭灰份增加15，嚴重影響煤質，而刨煤機刨頭的高度正適合于W3410工作面采高，減少了外來巖石的混入，保證了煤質，比利用采煤機回采多創(chuàng)效益1200多萬元。 2.3 采煤方式的對比： 刨煤機刨煤為靜力刨煤，成塊率較高并可以充分利用煤層的層理和節(jié)理刨煤，耗能少，而且煤塵生成量較少，刨煤機采用定高開采，淺截深多循環(huán)落煤方式，易于維護頂板。 刨煤機結構簡單，易于維護，操作和監(jiān)控系統(tǒng)在工作面回采巷道內，便

13、于操作，工作面可實現(xiàn)無人作業(yè)，最大限度地減少了工人勞動強度和傷亡事故的機率，有利于煤礦的安全生產。3 3 刨煤機適用的地質條件刨煤機適用的地質條件 31 煤層厚度 煤層厚度與刨煤機的工作狀況有直接關系，如煤層厚度均勻，可以按固定的刨頭的高度來刨煤，但在實際生產中煤層厚度一般在一定范圍內是變化的，遇到煤層厚度變化時，可以通過調整刨頭的加高塊或刨刀塔來適應，當煤層厚度超過刨頭的最大高度時就給刨煤帶來困難。 32 煤層硬度 煤層的硬度是刨煤機應用的一個重要指標，同時也應考慮煤層構造的復雜性，煤的可刨性，煤巖性質等條件，充分利用煤層節(jié)理分布。本套設備可利用調整刨深的大小來適應煤層的不同硬度，W3410

14、工作面上行刨深設置30mm，下行刨深設置50mm時，刨煤效果最佳。 3. 3 頂?shù)装鍡l件 頂?shù)装迨侵萍s全自動化刨煤機的重要條件，由于此套設備的升架、降架、推溜、拉架均由自動化設備控制，因而當頂板條件不好時頂板不易維護，需及時調整局部參數(shù)，當?shù)装遢^軟時，支架底座容易陷入底板，拉架阻力較大，會使自動拉架功能受到一定限制。 3. 4 瓦斯、煤塵 因刨煤機截深小，工作面瓦斯均勻涌出，所以刨煤機更適應于高瓦斯及有煤與瓦斯突出的礦井，由于刨煤機是靜力刨煤，煤塵也少，因此瓦斯、煤塵不是使用刨煤機的限制條件。 3. 5 水文地質條件 礦井水文地質條件對刨煤機的應用也有一定的影響，如頂板淋水，不利于對刨煤機的各種精密設備的維護和管理，如底板有水，容易造成底板松軟，自動拉架困難，會制約此套設備的全自動功能。4 4 刨煤機應用的效果與體會刨煤機應用的效果與體會 (1) 兩套全自動化刨煤機在曉南礦的成功應用，標志著鐵法煤業(yè)集團公司全自動化刨煤機的應用技術走向了成熟，填補了我國薄煤層的自動化開采的空白。 (2) 現(xiàn)鐵法礦區(qū)有1.5m厚煤層儲量6.2億噸，2.0m厚以下煤層10億噸，尤其曉南礦二水平投產后為刨煤機的應用提供了廣闊的前景，保證了鐵煤集團可持續(xù)發(fā)展。 (3) 刨煤機靜力刨煤，成塊率較高；定高開采，使外來巖石不易混入，保證了煤