大倾角薄煤层机械化开采技术与实践
达竹煤电集团冯春
一、引言
按照煤炭工业技术政策规定：厚度在0.8—1.3m的煤炭称为薄煤层，0.8m以下的煤层称为极薄煤层；按通常说法和设计惯例倾角在0°-- 25°的煤层为近水平煤层，25°-- 45°的煤层为大倾角煤层，45°以上的为急倾斜煤层。我国薄煤层资源丰富，分布广泛，1.3m以下煤层可采储量约占20％，根据原煤炭部“九·五”末统计的数据，全国薄煤层和极薄煤层可采储量分别占全部可采储量的16.9％和2.8％。在一些省、区薄煤层储量比重很大，如四川省占60%，山东省54% ,黑龙江省占51%，贵州省占37%。特别是在南方地区，有些省份薄煤层净占50%以上，而且薄煤层分布广，煤质好。但由于其开采煤层厚度薄，与中厚和厚煤层相比，薄煤层机械化开采存在着工作条件差，设备移动困难，煤层厚度变化、断层等地质构造，对薄煤层设备生产性能影响大，以及投入产出比高、经济效益不如厚与中厚煤层等特殊问题，造成薄煤层机械化开采技术发展速度相对缓慢。从达竹矿区的情况看，目前1m左右的薄和极薄煤层由于其分布广，煤质好，一直是各矿的主采煤层。据统计矿区0.8m及以下的煤层储量占60％左右，0.8m—1.3m的煤层储量占20％左右。长期以来我国煤炭企业为提高薄煤层采出率，减少资源浪费，在探索薄煤层机械化开采方面开展了大量研究和实践，取得了一些成绩；特别是近年来随着煤机制造技
术的快速发展、先进的煤机设计理念和关键技术的开发，适应这些煤层的机械化装备可靠性和安全性大大提高，薄煤层机械化甚至综合机械化开采技术得到迅速发展，工作面单产和工效有了大幅度提高，安全得到质的保障。下面我分几个方面介绍我们的一些做法，供大家学习和研讨，也希望各位同行多提宝贵意见，以利共同进步。
二、薄煤层和极薄煤层机械化开采的主要方法
薄煤层机械化开采工艺按采煤方法大致分为综合机械化开采、高档普采和其他开采方法（如炮采机装）三类；按煤层倾角可分为近水平（0°-- 25°）、大倾角（25°-- 45°）和急倾斜（大于45°）三类。主要采煤装备为：落煤装备（如滚筒式采煤机、刨煤机等）、支护装备（如单体液压支柱、综采支架等）、工作面运输机（如刮板输送机），通常称“三机”，也有集落煤和工作面输送为一体的螺旋钻机、刨运机等。下面我结合自己的工作经历和对本行业的了解逐一介绍。
1.主要采煤装备
1.1落煤装备
落煤装备是实现机械化开采的主要装备，其种类比较多，常见的有滚筒式采煤机、刨煤机，还有较早使用过的截煤机（俗称掏槽机），也有近年来出现的螺旋钻机、刨运机等。截煤机因其任然采用放炮或人工落煤，属半机械化采煤，这里就不作介绍，下面简单介绍几种主要落煤装备：
1.1.1螺旋钻机无人工作面的开采：回采工作面上无人，而是由螺旋钻机全部完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各个工序，工作
面的设备检修也都在工作面以外的巷道中进行。该采煤方法具有工作面内无人员、无设备、安全保障系数高、系统环节少、用人少、掘进率少、设备配置少、材料消耗少等优点。但存在设备初期投资大，巷道施工断面大（12m2以上），资源回收率较低(约60％左右)等缺点。且煤层倾角越大设备占用的空间越大，一般倾角不大于25°。虽然其工效较高，但工作面单产水平较低（以国内最早使用的新汶矿务局为例，最高月产量仅5000吨左右），不能作为矿井主采工作面，目前主要用于回收边角煤。
1.1.2刨煤机：刨煤机是一种井下采煤工作面集落煤、装煤、运煤自动化为一体的采煤机械。其原理是有落煤功能的刨头以安设在刮板运输机前沿的滑架作导轨，滑架内安设有上、下两层矿用圆环链，下链与刨头两端相连，并顺滑架延伸至机头、机尾，在绕过机头、机尾传动装置的链轮后与上链相连，形成无极链传动系统。机头、机尾各安设一台同步运行的电动机，电机运转时，圆环链牵引刨头在滑架上滑动。刨头滑行时其上的刨刀截割煤壁，刨落下的煤在刨头犁形斜面的作用下装入刮板运输机部分，并由该输送机运出工作面。它能适应0.6—2m的采高范围的近水平煤层，可以配自动化综采工作面，也可配高档普采工作面；刨煤机综采自动化成套设备国内已经装备多套（主要为进口的德国DBT系列），主要在北方煤层敷存条件稳定的薄煤层工作面，铁法矿务局小青矿装备在 1.3m左右的工作面月单产都在10万吨以上。但它要求煤层敷存条件高度稳定，不能有起伏和地质构造，南方的矿井很难有此条件；同时用于高档普采时，刨采面上下缺
口达7m以上，机头（尾）传动装置占位较宽，无法直接用支柱护顶的最大宽度达2.5m，对于采高低于0.8m的极薄煤层，上下缺口需挑顶，工作量较大，加之设备频繁移动，护顶难度加大，准备工作量比较大，单产很难提高。达竹小河嘴矿、柏林矿都曾有过失败的教训。
1.1.3滚筒式采煤机
薄煤层滚筒式采煤机是目前应用最广泛的机械化采煤装备，可分为薄煤层双滚筒采煤机和爬底板式单滚筒采煤机两种，前者为薄煤层机型，后者为极薄煤层机型。
1.1.3.1爬底板式单滚筒采煤机：从20世纪80年代起，永荣矿务局便开始针对自身煤层的赋存条件，将采煤机在截装部、电动部、牵引部三个方面重新设计，研制出新一代爬底板滚筒式采煤机组，更好地适应了该局煤层薄特点，在0.53m至0.8m的极薄煤层中进行机采，经过几代改型，现已定型为MG100-TP。
MG100-TP爬底板采煤机专为极薄煤层机械化而生产的单滚筒采煤机，它主要由牵引部、电动部、截装部以及导向、外部防尘、底托板等附件组成。采用侧面固定单滚筒，锚链牵引，沿煤层倾斜爬底板穿梭割煤，其最大特点是煤沿螺旋滚筒输入装煤部，装煤部转入工作面刮板运输机。该机可以适用于倾角不大于30°，煤厚0.53m—0.8m的极薄煤层开采。达竹集团从2006年引进该型采煤机用于极薄煤层高档普采工作面，目前共装备8个工作面，最高月产量达1.5万吨（采高0.75m），在采高0.53m的工作面也有月破万吨的纪录。
MG100-TP爬底板采煤机设计时间较早，该机结构为非对称布置，左右工作面各为一种机型，不能互换；整机为单电机驱动、老式液压系统牵引，由于传动效率低，装机功率小，对大倾角煤层不具有很强的适应性，尤其是在采面出现地质构造（如小断层、冲刷带）时，还需放震动炮，影响产量和工效。同时，由于其操作按键在煤壁侧，割煤司机存在一定的安全风险；还有一个缺点是其滚筒装煤效果差，采煤机后浮煤较多，需人工辅助装煤。
针对上述问题，达竹集团与辽源煤机制造有限公司合作研制了MG110/130-TPD型爬底板电牵引采煤机，该机具有近距离遥控操作、多电机横向布置、摇臂有级跳高、结构上下对称布置、装煤效果好等特点，很好地解决了永荣采煤机存在的不足，2009年达竹小河嘴煤矿进行的工业性试验成功后，已经普遍推广使用，目前，云南、贵州、黑龙江等省均有使用。该采煤机研制成功后，2010年3月达竹斌郎矿采高0.75m的国内真正意义上的极薄煤层综采工作面也已经投入运行。
1.1.3.2薄煤层双滚筒采煤机
薄煤层双滚筒采煤机是目前应用最广泛的机械化采煤装备，它大量用于薄煤层综采和高档普采工作面。由于近年来煤机制造技术的快速进步，它的适应性也大大增强。从目前已有的机型看，倾角45°以下、煤厚0.75—1.3m的薄煤层都有应用。常用的机型有天地科技上海分公司生产的MG100/238-WD型薄煤层交流变频电牵引采煤机、辽源煤机制造有限公司生产的MG80/188-BWD薄煤层交流变频电牵引采煤机、鸡西
