張文哲

摘 要：我國在區(qū)分厚煤層和薄煤層時是以1.3 m的厚度為分界線，文章所討論的薄煤層都是指1.3 m以下的煤層。煤炭是我國能源的支柱，各方面的發(fā)展都離不開煤炭能源的供給，現(xiàn)在的煤炭開采也逐漸步入機(jī)械化時代，不僅提高采煤效率而且加速我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。我國所存貯的煤資源很大一部分都是以薄煤層的形式存在，隨著現(xiàn)在采煤機(jī)制造水平的提高，我們應(yīng)該了解薄煤層采煤機(jī)的特點和它的工作原理，根據(jù)采煤當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，選擇最佳的采煤機(jī)械，以及合理的采煤方法，盡量高效率的對薄煤層進(jìn)行開采。文章就圍繞薄煤層的分布及開采現(xiàn)狀、工作原理及特點、薄煤層采煤機(jī)的運(yùn)用展開討論。

關(guān)鍵詞：薄煤層；采煤機(jī)；運(yùn)用

中圖分類號：TD421.63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）29-0163-02

1 薄煤層分布及開采現(xiàn)狀

我國處在一個地廣物博的地理位置中，我國地理形勢各式各樣，相當(dāng)復(fù)雜，由此，我國煤層的儲存情況也變得復(fù)雜化。據(jù)調(diào)查目前我國有84.2%的礦區(qū)都有薄煤層的分布，有一些省區(qū)薄煤層儲存所占的比重很大，比如安徽的煤礦72%都是薄煤層、四川的煤礦60%都是薄煤層、山東和黑龍江煤礦中薄煤層的比重也過半了，其中可以采取的薄煤層資源占我國總煤炭資源的18%，但是薄煤層的產(chǎn)量則懸殊很大，僅僅占我國煤炭總產(chǎn)量的7.3%，而且就當(dāng)前形勢來看，就這個比值還在呈下滑的趨勢。其實我國薄煤層分布范圍很廣，很多地方的煤炭質(zhì)量也很高。在中厚煤層的開采接近空乏后，已經(jīng)在大規(guī)模的進(jìn)行薄煤層的開采，為了提高薄煤層的開采效率，已經(jīng)開始普及大面積的機(jī)械化開采。

目前開采過程中還是存在一些普遍的問題，比如采煤設(shè)備移動的困難，采煤時掘進(jìn)速度太慢造成工作面的接替緊張，往往工作面太大也導(dǎo)致采煤機(jī)工作面布置上的困難，這樣一來，在采煤過程中所投入的成本就大大提高。所以為了降低煤炭開采的成本，提高煤炭開采量，加大開采效率，就不僅應(yīng)該將采煤方式機(jī)械化，還要不斷地向國外學(xué)習(xí)先進(jìn)的綜合機(jī)械化采煤技術(shù)，將產(chǎn)量和效益最大化。目前我國一直在不斷地研究國內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造，對于復(fù)雜的地勢和深埋的煤層，都在不斷地采取多樣的合理的機(jī)械化采煤方式。高產(chǎn)高效的薄煤層采煤方式，力爭滿足國內(nèi)市場的前提下，走向國際市場。

2 薄煤層采煤機(jī)的工作原理及特點

2.1 薄煤層采煤機(jī)的工作原理

薄煤層采煤機(jī)有別于中厚煤層的采煤設(shè)備，薄煤層采煤機(jī)的構(gòu)造是很講究的，它并不是簡單的一體機(jī)，而是配套使用的，薄煤層采煤機(jī)一般都需要采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支柱或支架一起配套使用，缺少三樣中的任意一樣，薄煤層開采工作就無法正常進(jìn)行。一般在采煤過程中運(yùn)走那些已開采到的煤就必須要用到刮板運(yùn)輸機(jī)，一般薄煤層所處的地理位置都復(fù)雜多變，液壓支柱或支架也是必不可少的，它主要是為了保證在煤炭開采中的安全，堅實的支撐著頂部巖石的作用。薄煤層采煤機(jī)的傳動分為兩個區(qū)域，一個是行走，另一個是截割。其中行走又有兩種牽引方式：電牽引和液壓牽引?，F(xiàn)在采煤過程中用的最多的都是電牽引，也就是使用防爆的電動機(jī)帶動減速箱，再通過減速箱帶動鏈輪在刮板運(yùn)輸機(jī)的齒輪上傳動。截割同樣是采煤機(jī)工作中最重要的一個部分，這個部分不協(xié)調(diào)，其他工作都是白做，截割是采煤機(jī)的主導(dǎo)工作部分，相當(dāng)于一個獨(dú)立的減速器，通過搖臂自帶的電動機(jī)產(chǎn)生動力，再帶動采煤的刀具進(jìn)行切割煤，裝煤，最后把煤準(zhǔn)確的落到刮板運(yùn)輸機(jī)上，完成整個采煤過程。

2.2 薄煤層采煤機(jī)的特點

在薄煤層開采過程中，煤層厚度小，采高低，所以薄煤層采煤機(jī)普遍機(jī)身矮小，而且它的功率不能受機(jī)身矮小的影響，要始終保持在100～200 kW之間，采煤機(jī)設(shè)計的盡可能短，這種短小的采煤機(jī)才更加容易適應(yīng)煤層分布的復(fù)雜的地勢。在工作過程中可以留出足夠的空間給刮板運(yùn)輸機(jī)過煤的空間高度，薄煤層采煤機(jī)往往都是不需要人工的切口進(jìn)刀，結(jié)構(gòu)設(shè)計的都十分的簡易，可以沖破各種巖石障礙，具有很強(qiáng)的牢固性，不易損壞，而且方便維修。根據(jù)薄煤層采煤機(jī)的這些特點，目前市場上常用的有兩種采煤機(jī)，一種是騎溜子式采煤機(jī)，這種采煤機(jī)適合用在0.8 m左右厚度的煤層開采中，當(dāng)它的電動機(jī)功率增大時，電動機(jī)的高度也會隨之加大，所取的最小采高也要隨之變化。另一種則是爬底板式采煤機(jī)，這種采煤機(jī)適合用在極薄的煤層開采中，它的機(jī)身是位于機(jī)道內(nèi)，采煤機(jī)工作面的高度減小，刮板運(yùn)輸機(jī)過煤的空間高度大大增加，而且它短小的機(jī)身滿足了工作面的通風(fēng)需求，安全系數(shù)也相對大幅上升，它具備薄煤層采煤機(jī)的大部分特點及優(yōu)點，這種高性能高效率的采煤機(jī)將被廣泛的運(yùn)用在薄煤層開采中。薄煤層采煤機(jī)離不開短小機(jī)身、工作面通風(fēng)性能好、刮板運(yùn)輸機(jī)的可彎曲性以及邊雙鏈幾個特點，在工作過程中要始終保持刮板運(yùn)輸機(jī)通道、工作人員通道以及截割煤通道的暢通。

3 煤炭開采中薄煤層采煤機(jī)的運(yùn)用

3.1 刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法

刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化采煤方法最早是由20世紀(jì)40年代的德國人發(fā)明的，后來在烏克蘭、美國、法國等西方發(fā)達(dá)國家得到了普及，我國直到改革開放之后才慢慢的使用這種方法，現(xiàn)在這種采煤方式已經(jīng)成為國家煤炭能源供給的有力支柱，目前在我國也已經(jīng)得到了廣泛的使用。刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采中，其本質(zhì)核心便是刨煤機(jī)，這種開采方法往往用于煤層傾角極小的工作面，這種工作面的地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，可以使開采工作有效地進(jìn)行。如果工作坡度高過了一定的范圍，煤的硬度也高過了25 MPa，那么便可以采用動力刨煤機(jī)。刨煤機(jī)在對煤體進(jìn)行切割時，其速度和功率都是可觀的，平均每次切割煤體的深度都可以達(dá)到0.25 m左右，現(xiàn)在市場上所用的刨煤機(jī)和工作面輸送機(jī)都可以做到自動化，再加上液壓支架便更大范圍的實現(xiàn)了智能驅(qū)動，減少了大量的人工成本。薄煤層采煤機(jī)的優(yōu)點有以下幾點：

①智能驅(qū)動裝置較好，刨煤機(jī)使用的刨頭結(jié)構(gòu)簡易，尺寸小，可以開采極薄的煤層。

②利用刨煤機(jī)開采出的煤塊狀較大，煤質(zhì)高，從而煤炭的價格也隨之上升，在開采過程中所產(chǎn)生的粉塵極少，可以使粉塵治理環(huán)節(jié)輕易的進(jìn)行。

③采煤的過程可以連續(xù)不斷的進(jìn)行，煤體切割后頂板暴露的面積較小，所用的時間也比較短，采用的液壓支架梁距也不用太大，從縫隙進(jìn)來的巖石也控制在很少，在大大提高時間利用率的同時，也提高了煤質(zhì)。

當(dāng)然，匯聚了眾多優(yōu)點的刨煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采法也有自己的缺點，刨煤機(jī)雖然結(jié)構(gòu)比較單一，但是形狀復(fù)雜，對其操作員的要求極高。同時這種采煤機(jī)對地勢的要求也很高，對于起伏不平的地勢，便很難控制好刨煤機(jī)的刨刀，而且也會影響自動化的程度。

3.2 滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法

滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法顧名思義，它的核心部件不外乎是滾筒采煤機(jī)。它適用于煤層厚度不斷發(fā)生比較大的變化的工作面，對于煤層的厚度變化適應(yīng)能力極強(qiáng)，然而這種采煤機(jī)對工作面長度的要求更加苛刻更加短。滾筒式采煤機(jī)是我們國家使用的最早的采煤設(shè)備，直到現(xiàn)在也一直都在廣泛使用中。以前滾筒式采煤機(jī)大部分都用在傾斜度較低的中厚煤層的開采中，隨著現(xiàn)在社會煤層開采中成套成套技術(shù)越來越先進(jìn)，將液壓支架、自動化管理技術(shù)等技術(shù)運(yùn)用到滾筒式采煤機(jī)上以后，傳統(tǒng)的滾筒式采煤機(jī)得到了大膽的創(chuàng)新，這種滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化開采方法開始普遍的用在了薄煤層的開采中，經(jīng)過多年的實踐經(jīng)驗，可以明顯看到它帶來的效益。這個在中厚煤層滾筒采煤機(jī)的基礎(chǔ)上研發(fā)出的采煤機(jī)具有以下優(yōu)點：

①滾筒采煤機(jī)配液壓支架綜合機(jī)械化是積木制作的托架，許多臺截割電動機(jī)橫向擺放，許多部件都是以抽屜式的形式安裝上去，螺母的安裝是用液壓的方法來加固的，這樣的滾筒采煤機(jī)拆裝十分方便，結(jié)構(gòu)簡單易懂，操作起來也比較簡單，對操作人員的知識水平要求沒有刨煤機(jī)要求的高。

②新型的薄煤層滾筒采煤機(jī)在結(jié)構(gòu)上和傳動形式上都進(jìn)行了相應(yīng)的改善，采煤機(jī)的機(jī)身變得更短、更矮。

③采煤機(jī)的智能驅(qū)動裝置逐漸人性化，操作人員可以通過無線操作，使采煤機(jī)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的采煤地質(zhì)環(huán)境。

3.3 螺旋鉆采煤法

螺旋鉆采煤法是20世紀(jì)80年代在前蘇聯(lián)一家研究院研究出的一種薄煤層開采方法，當(dāng)在前蘇聯(lián)試驗成功后便迅速推廣。這種采煤法和刨煤機(jī)有些類似也適合于傾斜度很小的地勢，可以對極薄的甚至0.4 m的煤層進(jìn)行開采，而且對于一些不很緊固堅硬的煤層來說，有著相當(dāng)大的價值，這種采煤法的主要優(yōu)點如下：

①這是一種工作面無人的采煤方法，只需要螺旋鉆自行對煤體進(jìn)行切割，操作人員只需要在外部寬闊的通風(fēng)良好地工作巷道里便可以開采到煤，不存在太大的安全隱患。

②這種采煤方法操作簡單，設(shè)備簡易，投資相對較低。

③煤炭開采的范圍很廣，幾乎占去了總面積的100%，開采中出的煤量很多，由于良好的通風(fēng)狀況，可以排放出危險性極大的瓦斯。

這種螺旋鉆式采煤法也存在一些難以避免的問題，比如在采煤過程中，要不斷的調(diào)整鉆桿的長度會占去比較多的一部分時間，降低了開采過程中的時間利用率。近些年，我國從西方國家也引進(jìn)和試用了一些螺旋鉆采煤機(jī)，給我國的煤炭事業(yè)帶來了不小的經(jīng)濟(jì)效益。在剛引進(jìn)產(chǎn)生巨大效益不久，我國發(fā)改委調(diào)研組曾在先行試用螺旋鉆采煤機(jī)的礦區(qū)調(diào)研后做出了如下結(jié)論：“螺旋鉆采煤工藝的應(yīng)用，效率高、安全系數(shù)高、資源開采率高，適應(yīng)于目前我國傳統(tǒng)的開采方法無法開采的薄煤層，該技術(shù)值得在全國推廣應(yīng)用”。

總而言之，我國是產(chǎn)煤大國，擁有雄厚的煤炭資源。我國薄煤層的開采技術(shù)在隨著國外采煤設(shè)備技術(shù)的提高，采用大功率、高可靠性的工作設(shè)備基礎(chǔ)上，根據(jù)地理環(huán)因素配置相適應(yīng)的薄煤層采煤設(shè)備，以達(dá)到安全高效高產(chǎn)的薄煤層開采。薄煤層高產(chǎn)高效離不開先進(jìn)的設(shè)備和現(xiàn)代化的技術(shù)作為技術(shù)支持。薄煤層開發(fā)具備高度小、頂板壓力小的特點，同時在自動化發(fā)展的推動下，可嘗試在長壁工作面上采用自動化技術(shù)，從而推動薄煤層開采的效率，減低危險系數(shù)。在薄煤層開采過程中運(yùn)用上述現(xiàn)代化理論并結(jié)合實際的采煤情況即可實現(xiàn)高效率高產(chǎn)量的的薄煤層開采，合理利用薄煤層采煤機(jī)，實現(xiàn)我國能源工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1] 盛國軍，宋華嶺.薄煤層綜采的綜合創(chuàng)新技術(shù)[J].煤炭科學(xué)，2012，（3）.

[2] 呂玉龍.薄煤層機(jī)械化開采設(shè)備在國內(nèi)的發(fā)展簡況[J].江西能源，2013，（2）.

[3] 劉過兵，劉東才.薄煤層高產(chǎn)高效途徑探討[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2012，（4）.