關于召開 2024 山西省煤炭學會煤礦智能化委員會年會暨千人智庫科創(chuàng)服務站工作會的通知

一、刨煤機發(fā)展綜述

20世紀40年代刨煤機采煤在德國問世以來，很快就得到推廣和發(fā)展，成為薄煤層采煤綜合機械化的強大支柱。德國、波蘭、俄羅斯、法國、西班牙等主要產(chǎn)煤國，使用刨煤機開采的煤炭產(chǎn)量占總產(chǎn)量的50%以上。在德國，1.6m以下的薄煤層幾乎全部采用刨煤機采煤，當煤層厚度超過1.6m時，滾筒采煤機開采占主要地位。

刨煤機開采系統(tǒng)簡單。刨煤機機體由一根無極繩牽引，從工作面端頭開始沿導軌滑行割煤。導軌焊接在可彎曲鎧裝工作面輸送機上。與滾筒采煤機不同的是，刨煤機是根據(jù)可彎曲鎧裝輸送機的平面“找平”的，不需要專人在工作面負責此項工作?？?span>彎曲鎧裝輸送機的推進過程由電動控制裝置控制，另外，支架前移過程也實現(xiàn)了自動控制、安全可靠。這一切實現(xiàn)了整個開采系統(tǒng)的自動化。目前，工作面輸送機和刨煤機均可采用智能驅動系統(tǒng)，加上可靠的支架控制系統(tǒng)，可使工作面的采煤工作實現(xiàn)全部自動化。

刨煤機適合開采薄或中厚偏下的煤層，煤層的傾角一般小于25o，工作面起伏不大。目前的刨煤機適合開采煤層硬度小于25MPa（當硬度大于25MPa時應使用動力刨煤機），底板硬度大于煤層硬度和比較穩(wěn)定的地質條件。

刨煤機的主要結構形式有拖鉤式、滑行式、拖鉤滑行式、緊湊式刨煤機等。近年國外制造刨煤機比較先進的國家主要發(fā)展滑行式和緊湊式刨煤機，這2種型號的刨煤機與液壓支架、電液控制定量推進系統(tǒng)相配合可以實現(xiàn)綜采工作面生產(chǎn)自動化。

近10年來，我國薄煤層刨煤機自動化綜采工作面裝備構成以引進國外DBT的刨煤機成套核心裝備為主，配置國產(chǎn)液壓支架、轉載機、破碎機等外圍裝備為輔。自2000年起至2011年，共引進9套刨煤機綜采自動化裝備，分別應用于鐵法煤業(yè)集團的小青礦、曉南礦、西山馬蘭礦、晉城鳳凰山礦、大同晉華宮礦、沈陽紅陽三礦、山西離柳朱家店礦等。其主要設備的型號如表1所示。

表中未列出的配置情況如下：鐵法煤業(yè)第1、2套設備與馬蘭礦的設備配置基本相同，紅陽三礦、鐵法第3套與鳳凰山礦所用設備基本相同，朱家店礦除刨頭外其余設備和鐵法第4套基本相同。

表1  各礦刨煤機工作面設備配置表

9套設備中，除了朱家店礦采用拖底式刨頭，其余8套全部采用滑行刨頭，采用promos控制系統(tǒng)和電液控制系統(tǒng)聯(lián)合作為刨煤機工作面的控制系統(tǒng)，promos系統(tǒng)主要完成對工作面刨頭、三機、語音系統(tǒng)、高壓開關、噴霧系統(tǒng)的自動控制，而電液控制系統(tǒng)以巷道MCU為核心完成對液壓支架、輸送機、懸臂式調斜系統(tǒng)的自動控制。所有工作面的回采工藝根據(jù)煤層硬度采用兩種刨煤方式，即重疊或超載式（刨速始終大于鏈速）和混合方式（上行時，刨速大于鏈速；下行時刨速小于鏈速）；進刀方式全部采用端頭斜切方式。支架的控制方式為“一控三”方式，即3個支架共用1個PM4支架控制器和1個電磁閥驅動器。支架成鋸齒形布置方式，每次推移步距定量，滿行程的支架分組交替前移，推移步距為600mm，輸送機的推移步距根據(jù)刨頭的刨深決定，一般在30mm~100mm。所有工作面均安裝了懸臂式調斜系統(tǒng)和分段錨固裝置，用以調整刨刀的俯仰角度防止工作面輸送機的上竄下滑。

通過對鐵法小青礦裝備第四套刨煤機自動化生產(chǎn)系統(tǒng)的W2-713工作面進行可靠性觀測發(fā)現(xiàn)，刨煤機無人工作面電氣自動化監(jiān)控系統(tǒng)PROMOS和PMC-R性能可靠，故障率低，易于操作，保護靈敏可靠，容易查找故障點，整個生產(chǎn)系統(tǒng)的開機率為64%，停機率為36%。影響工作面生產(chǎn)的主要環(huán)節(jié)是刨煤機故障和煤外流系統(tǒng)故障，分別占到了總影響時間的16%和44.1%。刨煤機主要故障是刨鏈斷。若排除煤外流系統(tǒng)的影響，工作面生產(chǎn)系統(tǒng)開機率可由64%提高至80%，工作面單產(chǎn)水平可由11.8萬t/月提

高至14.7萬t/月。

在應用過程中，鳳凰山礦最高日產(chǎn)量達到11650t，晉華宮礦最高日產(chǎn)達到9860t，鐵法小青礦日產(chǎn)最高達到9188t。

至2011年，僅有鐵法煤業(yè)仍然在使用刨煤機，其他礦區(qū)基本已放棄使用。造成了引進國外刨煤機成套裝備方面經(jīng)濟性差、積極性不高的局面。

主要分析如下：（1）投入產(chǎn)出比太大，設備性價比低。引進一套刨煤機設備的成本幾乎是采購國產(chǎn)普通綜采面裝備的2~3倍甚至更多，但是增加的產(chǎn)量相比其價格并不成比例，達不到預期產(chǎn)量。（2）刨刀、刨鏈等配件消耗量大，成本高。全部配件完全依賴進口，只能從原廠商一家購買，費用較高，如馬蘭礦自2003年投產(chǎn)至2004年10月，配件費用達到700多萬，且配件供貨周期長，供應不及時，加之維修服務也存在諸多問題，導致刨煤機成套裝備的經(jīng)濟效益較差。（3）刨煤機成套裝備適應煤層條件的能力相對較差，設備故障率高，遇到頂板或底板較差的工作面，在推進過程中容易出現(xiàn)各種故障，系統(tǒng)不能正常推進，大幅降低了開機率。

我國刨煤機發(fā)展緩慢主要有以下幾個方面的原因：

①對煤層可刨性程度判斷缺乏科學性，使用效果不佳；②支護配套不協(xié)調，影響使用效果；③刨煤機自身的技術水平有待于進一步提高；④來自滾筒采煤機的沖擊；⑤刨煤機適應性有待提高。

國內煤機裝備企業(yè)也在積極攻克刨煤機成套自動化技術，2011年6月，國內首套全自動化刨煤機組成套裝備在鐵法曉明礦北二采區(qū)419綜采工作面完成了工業(yè)性試驗。工作面采用三一重裝有限公司生產(chǎn)的全自動刨煤機BH38/2×400，主要控制系統(tǒng)仍然采用了國外的設備配套。419工作面煤層整體呈單斜構造，煤層傾向25°，煤層傾角3~5°，平均4°；工作面長度159m，走向長度472m，煤層厚度由北向南逐漸變薄，工作面內煤層平均厚度1.4m，4-2煤平均厚度0.7m，中間夾矸厚度平均2.05m。煤層硬度系數(shù)小于3。工業(yè)性試驗工程中，單班最高日進尺8.9m，產(chǎn)量3300t，平均日推進7m，產(chǎn)量2590t。

中煤張家口煤礦機械有限責任公司研制的BH38/2×400型刨煤機于2012年3月應用于陜西南梁礦業(yè)有限公司南梁煤礦20302（1）工作面。工作面長150m，走向長度600m，煤層厚度1.4m，傾角1~3°，煤硬度f＞3，屬于中硬、強韌性煤層，屬極難刨級別；煤層頂?shù)装遢^軟。工作面配套了BH38/2×400型滑行刨煤機、SGZ764/800型刮板輸送機、96臺ZY7000/09/18D型中部支架，4臺ZYT7000/13/26型端頭支架、SZZ800/200型轉載機、PCM132型破碎機。經(jīng)過應用，實現(xiàn)了工作面所有設備的集中監(jiān)控和工作面全自動化刨煤，大大減少了每班工作人員、降低了勞動強度、提高了生產(chǎn)安全。截止2012年11月23日，工作面推進112m，出煤3.3萬t，最大小時產(chǎn)量達到380t，最大班產(chǎn)達到900t。此次工業(yè)性試驗也反映了許多問題：

（1）刨煤機機頭、機尾堆煤嚴重。因為機尾裝煤不暢通，導致堆煤，嚴重影響通風斷面?，F(xiàn)有處理方法是在機尾處安裝40T輸送機，人工將煤清理到刮板輸送機上，由刮板輸送機運至大巷帶式輸送機。（2）工作面狀態(tài)失控無法有效控制。受工作面地質條件和工作面推進緩慢等因素影響，刨煤機工作面頂?shù)装迤茡p、頂板垮落、液壓支架下沉、工作面積水等造成工作面工作環(huán)境惡劣、工作面推進困難。在通過斷層期間采取分段刨煤和炮采及加強支護等措施。（3）機械本體上零部件的損壞嚴重。機頭、機尾特殊溜槽滑架溜槽導向立板焊道開裂。采取重點檢修易損壞件、及時更換損壞件等措施。（4）刨頭與支架頻繁相撞和工作面刨頂煤壁抗力較大造成刨煤機運行不平穩(wěn)，左右滑靴與溜槽滑架連接導向處磨損嚴重，刨頭無法繼續(xù)工作，遇到此類問題應及時采取將設備升井維修的措施。

中煤張家口煤礦機械有限責任公司目前具有的刨煤機產(chǎn)品主要如表2。

表2  主要刨煤機產(chǎn)品參數(shù)表

目前功率較大的BH38/2×400型刨煤機的參數(shù)如表3所示。

表3  BH38/2×400型刨煤機參數(shù)表

卡特彼勒公司現(xiàn)已成功開發(fā)出Cat GH800B長壁刨煤機系統(tǒng)?？ㄌ乇死展九c德國伊本比倫煤礦（Ibbenburen Mine）合作，在Cat GH1600刨煤機系統(tǒng)的基礎上，設計并制造出一種針對平均厚度僅有0.85m的無煙煤層開采作業(yè)的新型系統(tǒng)——Cat GH800B刨煤機系統(tǒng)。該系統(tǒng)在煤層厚度不超過1.0m的德國伊本比倫煤礦成功投產(chǎn)運行。

GH800B刨煤機系統(tǒng)中的刮板輸送機采用可更換中板的PF4刨煤機溜槽以及整體鑄造的新型刨頭導軌，與先前采用的焊接導軌相比，不僅具有更高的強度和耐用性，而且高度也大大降低。采用外置式啞鈴銷連接溜槽，堅固且靈活的推移桿使得運輸機更適合極薄煤層條件。為提高輸送機的過煤能力，在卸載端外延了擋煤板，從而使此處的斷面寬度得以增加。

GH800B刨煤機系統(tǒng)的刨頭可適用于最大采高1.55m到最低采高0.75m之間各種不同的作業(yè)條件。刨頭兩端的優(yōu)化設計不僅有助于提高給工作面輸送機的裝煤量。而且還能降低這一工序所消耗的切削功率。Cat GH800B刨煤機還采用了一種非常有效的水平控制，該系統(tǒng)使刨煤機能夠沿著煤層線的走勢進行切削作業(yè)，而不會切削到圍巖。

卡特彼勒專門對薄煤層液壓支架部件做了設計，將頂梁長度縮短，從而使支架調整到最低位置時也不會與刨頭發(fā)生碰撞。將頂梁厚度減少8cm，為工作面內的作業(yè)人員提供了更加舒適和人性化的作業(yè)空間。與切削刨頭實現(xiàn)動作同步的頂梁水噴霧系統(tǒng)可以有效降低粉塵水平。

卡特彼勒全套刨煤機長壁系統(tǒng)的自動化以及所有的設備功能和調整操作的遠程控制，使得煤礦在無需工人進到工作面作業(yè)的情況下仍能實現(xiàn)高產(chǎn)。該系統(tǒng)在提高安全性的同時最大限度地降低了煤礦運營成本。

GH800B刨煤機系統(tǒng)是在2013年第四季度投入到德國伊本比倫煤礦開展井工作業(yè)的。與附近的一個工作面相比，該新型系統(tǒng)的運營與維護成本降低了50%左右。該系統(tǒng)日推進度可以達到10m。Cat GH800B刨煤機系統(tǒng)還將被用在伊本比倫煤礦的五個相鄰的長壁工作面。

綜上所述，以現(xiàn)有技術水平，在極薄煤層條件下采用刨煤機開采，僅能開采0.7~0.8m煤厚，可以布置出無人工作面，但引進設備的弊端仍然存在，國產(chǎn)設備目前也不成熟。

二、應用實例

四川某煤礦工作面長80m，煤層厚度0.5m，f=3，偽頂為0.2m泥巖，基本頂為砂巖，底板為黏土頁巖，有底鼓現(xiàn)象。使用H-300型拖鉤刨煤機，4年累計生產(chǎn)原煤52114t，平均日產(chǎn)27.8t，最高日產(chǎn)185t。主要問題：刨頭飄刀，刨刀損耗嚴重，泵壓不穩(wěn)。

云南某煤礦，工作面長95m，煤厚0.75m，傾角8°，f=2.5，偽頂后0.7~1.5m，頂板為0.4~1.5m的灰色粉砂質泥巖，底板為灰色泥質粉砂巖。使用GS34-4N型滑行拖鉤刨煤機，最高月產(chǎn)6092t。主要問題：刨頭飄刀或啃底。

徐州某煤礦，2031工作面斜長110m，走向340m，傾角11~15°，平均13°，直接頂平均厚度4.32m，煤厚0.85m。采用MGJ-2A型刨煤機，配SGW-150C型雙電機刮板輸送機，刨煤機由刨鏈牽引，截深50~80mm，電機功率2×40kW，供電電壓660V，工作面采用單體支護，月產(chǎn)11152t。工作面機頭、機尾需各打超前缺口，傾斜長6m，走向長2~4m。

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