薄煤層開采技術(shù)和裝備

采礦新技術(shù)講座涂敏教授博士安徽理工大學(xué)電話O);手機E-mail:

薄煤層開采技術(shù)與裝備國內(nèi)薄煤層開采現(xiàn)狀20世紀(jì)70年代薄煤層開采的產(chǎn)量比重在16%～17%之間。80年代以來，中厚煤層機械化采煤技術(shù)迅速發(fā)展，而薄煤層開采技術(shù)發(fā)展緩慢，薄煤層產(chǎn)量比重下降。國外薄煤層開采現(xiàn)狀長壁式，房柱式。刨煤機長壁式在德、法、美、捷克及波蘭等國廣泛應(yīng)用。美國使用德國刨煤機，單面年產(chǎn)248萬t。德國是刨煤機原產(chǎn)地，機械化程度達(dá)95%，世界領(lǐng)先水平。刨煤機正向著大功率、高強度、高效率、自動化、緊湊型方向發(fā)展，由DBT公司生產(chǎn)的長壁刨煤機工作面全部實現(xiàn)自動化，智能化控制。作業(yè)空間小、工作條件惡劣。機械化程度低。掘進(jìn)率高、半煤巖掘進(jìn)問題突出。單產(chǎn)低、經(jīng)濟效益差、投入產(chǎn)出比高。賦存狀況較復(fù)雜。礦壓顯現(xiàn)一般比較緩和。薄煤層開采特點薄煤層機械化采煤方法：刨煤機；螺旋鉆采煤；滾筒采煤機采煤我國薄煤層資源豐富,1.3m以下煤層可采儲量約占全部可采儲量20%。搞好薄煤層機械化開采對于煤炭資源保護和利用,對于延長礦井開采壽命和實現(xiàn)高效開采都具有重要意義。薄煤層開采不利因素:(1)機械化程度低。采煤工作面空間狹小,工作條件較差,給設(shè)備設(shè)計制造和井下移動帶來諸多困難。(2)產(chǎn)出效率低。由于煤層厚度變化、斷層等地質(zhì)構(gòu)造,對薄煤層開采影響較大,生產(chǎn)能力低，一般薄煤層單產(chǎn)只為中厚煤層的1/3或更少。

(3)投入產(chǎn)出比高。因為效率低,掘進(jìn)率高,其開采成本明顯高于中厚煤層,而經(jīng)濟效益不如中厚煤層?？梢?發(fā)展機械化、實現(xiàn)綜合機械化采煤,是實現(xiàn)薄煤層開采高產(chǎn)高效的唯一出路,我國在這方面一直在不斷努力。目前,我國薄煤層開采綜合機械化有許多種,大致分以下幾類:滾筒采煤機(薄煤層綜采或普采)刨煤機連續(xù)采煤機(房柱式采煤);螺旋鉆采煤。

薄煤層綜采開采技術(shù)設(shè)備主要有引進(jìn)和國產(chǎn)兩種引進(jìn)技術(shù)主要是德國艾苛夫公司生產(chǎn)的LS300和美國久益公司生產(chǎn)的4LS滾筒采煤機；國產(chǎn)采煤設(shè)備主要5MG200-B和MG200/450-WD等機型，配套設(shè)備綜采工作面生產(chǎn)能力達(dá)到100萬ｔ以上。1.1薄煤層綜合機械化開采技術(shù)薄煤層滾筒采煤機綜采國產(chǎn)薄煤層滾筒采煤機可滿足煤層厚度0.8～1.3m；煤質(zhì)中硬以下、緩傾斜薄煤層；裝機功率由100kW～556kW。機身要矮、短（以適應(yīng)起伏）功率高（較強破巖、過地質(zhì)構(gòu)造能力）能自開切口進(jìn)刀有足夠的過煤空間高度結(jié)構(gòu)簡單、可靠、強度高薄煤層對滾筒采煤機要求薄煤層采煤機的滾筒轉(zhuǎn)向是正向?qū)L的，即左滾筒用右螺旋葉片、順時針旋轉(zhuǎn)，右滾筒則相反，防止搖臂擋煤，以提高裝煤效果。爬底板式采煤機前滾筒割底煤，以便于機身通過；后滾筒割頂煤，因煤量少，可用輸送機鏟煤板裝煤。BM-100型薄煤層雙滾筒采煤機1-牽引部；2、6-左右截割部；3-電動機；4-底托架；7-左右滾筒結(jié)構(gòu)緊湊（一般不設(shè)活動的側(cè)護板，多為雙柱掩護式)構(gòu)件薄(頂梁和底座厚度小,多為分體底座，以排矸）調(diào)高范圍大、控頂距?。汉褡兓?，一般煤層大于0.8m）重量輕、強度高（面短）大流量控制系統(tǒng)(提高移架速度,電液控制)對薄煤層綜采支架的要求薄煤層滾筒采煤機分類（1）騎輸送機式薄煤層滾筒采煤機機身較矮，輸送機機槽支承和導(dǎo)向。100kW時電機高h(yuǎn)=350mm，過煤高E≥160mm,輸送機中部槽高180～200mm,過機空間富裕高度Y≥90mm,最小高度為0.78～0.80m，采厚度大于0.8m煤。機身位于滾筒開出的機道內(nèi);過煤空間高、過風(fēng)斷面大，電機功率可以增大、裝煤效果差，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，在輸送機導(dǎo)向管及鏟煤板上均有支承點和導(dǎo)向點，機身容易歪斜、割底;開采0.6～0.8m的薄煤層。（2）爬底板式薄煤層滾筒采煤機MG132/310-BW系列采煤機（雞西）機身短、窄、薄、對于薄煤層適應(yīng)性大，MG150/BW采煤機的替代型，是目前國內(nèi)薄煤層多電機橫擺采機的最矮機型薄煤層采煤機發(fā)展趨勢大功率：單電機到250～300kW，多電機達(dá)550kW；向無鏈和電牽引發(fā)展：交流變頻調(diào)速電牽引；整機結(jié)構(gòu)優(yōu)化：多電機橫向布置、截割電機直接橫向布置在搖臂上，簡化傳動，縮短機身；以騎輸送機為主：增大截深（目前0.8m)向1m發(fā)展；牽引速度由2.5m/min～5m/min；高可靠性和開機率。實例1：平四礦薄煤層綜采開采條件：煤厚1.1～1.85m，平均1．5m，α=8～11°液壓支架:ZY260010／22，立柱缸徑200mm，初撐力1698kN，工作阻力2600kN，最大控頂距3.81m，最小控頂距3.21m，重8.9t，鄰架操作；采煤機:雞西MG-132/320，滾筒直徑1.25m,截深0.6m，采高1.2～2.7m,生產(chǎn)能力550t/h，最大牽引速度5.5m/min，無鏈牽引，機身高度(機身上面到底板)1.0m.輸送機:SGZ-630/220鑄造封底式；兩班半采煤，半班檢修，生產(chǎn)班控制4～4．5刀，檢修班3刀，面平均月產(chǎn)7萬t實例2：顯德汪礦薄煤層綜采面長136m，煤厚0.5～1.96m，走向長1550m，平均傾角12°，最大28°ZY2400/10/19型兩柱支撐掩護式，初撐力1973kN，工作阻力2400kN，支護強度0.47～0.51MPa，鄰架操作，梁端距為290～300mm，頂梁和掩護梁均為整體箱型結(jié)構(gòu)；SGZ–630/220型中雙鏈鑄造封底輸送機，中部槽高208mmMGN132/316-DW型電牽引煤機，機面高848mm，過煤高326mm，鏟間距170mm，臥底160mm，滾筒直徑1150mm或1300mm，采煤機總長7604mm，初采、俯采、仰采和變薄帶、斷層等考驗，一次搬家倒面，共產(chǎn)原煤40.萬t，(年產(chǎn)可達(dá)50萬t)，日產(chǎn)4395t，月產(chǎn)91672t.實例3、棗莊礦業(yè)集團薄煤層綜采MG100/238-WD型電牽引滾筒采煤機，緊湊型、騎溜布置；ZY2000/6.5/13型電液控制液壓支架；SGZ630/220B型刮板輸送機，大運量、低槽幫、行星減速器垂直布置；棗礦、兗礦、新礦集團、臨礦及山西晉普山煤礦裝備了30余個工作面，單產(chǎn)50～80萬t/a棗礦集團一機廠薄煤層兩柱掩護式液壓支架適于平均厚度為1.3m的薄煤層開采薄煤層綜采配套設(shè)備ZY2400/09/20型掩護式支架SGZ630/220型輸送機MG200-BW2型電牽引采煤機棗莊田陳礦薄煤層綜采、普采、旋轉(zhuǎn)對拉工作面煤厚0.8～2.3m，平均1.65m，傾角8°

～13°刨煤機長壁式在德、法、美、捷克及波蘭等國廣泛應(yīng)用。如在96年德國刨煤機產(chǎn)量占總產(chǎn)量62%，法國占30%，其它國家在11%～15%之間。美國使用德國刨煤機，單個工作面年產(chǎn)248萬t。德國是刨煤機的原產(chǎn)地，刨煤機機械化程度達(dá)到95%以上，刨煤機技術(shù)處于世界領(lǐng)先水平。目前刨煤機向著大功率、高強度、高效率、自動化、緊湊型方向發(fā)展，由德國DBT公司生產(chǎn)的高效率長壁刨煤機工作面設(shè)備全部實現(xiàn)了自動化，智能化控制。

1.2.1國外1.2刨煤機采煤法滑行刨煤機、刮板輸送機、液壓推進(jìn)裝置和電控設(shè)備四部分組成。

主要特點：截深淺,100～200mm；牽引速度，1.8～2.2m/min；結(jié)構(gòu)簡單；采高范圍大，0.9～2.2m；頂板暴露面積小，易于控制；刨煤機開采技術(shù)我國引進(jìn)了刨煤機綜采全自動化開采技術(shù)：

鐵法小青礦：面長150～200m，連續(xù)推進(jìn)長度905m，煤厚1.3m，傾角5～8°，煤層賦存穩(wěn)定。GH9-34VE/4.7刨煤機、液壓支架PM4電液控制系統(tǒng)，配套國產(chǎn)ZY-6400/09/200掩護支架、SZZ-764/160轉(zhuǎn)載機，總投資約7000萬元。平均日產(chǎn)3712t，最高日產(chǎn)6480t，平均月產(chǎn)11.18萬ｔ，最高月產(chǎn)14.2萬t，年產(chǎn)150萬t水平。山西某礦：投產(chǎn)一套全自動刨煤機系統(tǒng)，煤厚0.8～1.4m，面長200m，最高日產(chǎn)6280t。隨著開采技術(shù)的發(fā)展，薄煤層開采技術(shù)設(shè)備不斷進(jìn)步，較為先進(jìn)技術(shù)有：德國DBT公司產(chǎn)的刨煤機全自動化開采技術(shù)刨煤機是一種淺截式采煤機械,系統(tǒng)設(shè)備由滑行刨煤機、刮板輸送機、液壓推進(jìn)裝置和電控設(shè)備四部分組成。

工作原理:采用刨削式的工作方法,刨頭通過刨鏈沿運輸機往復(fù)牽引落煤,同時利用煤刨的犁形斜面把煤裝入運輸機,運輸機與刨煤機形成一個整體,利用支架推移千斤頂推移,液壓支架一般配備電液控制裝置(PM4)和電液閥,實現(xiàn)落煤、裝煤、運煤、移架等各工序的綜合機械化自動化開采。主要特點：截深淺,一般為100～200mm；速度快,牽引速度為1.8～2.2m/min；結(jié)構(gòu)簡單；采高范圍大,在0.9～2.2m；可調(diào)性好，在運輸機采空側(cè)設(shè)置調(diào)斜千斤頂可適應(yīng)煤層的起伏變化；頂板暴露面積小，易于控制。1.2.2國內(nèi)薄煤層開采一直是一個世界性的采礦難題。我國是煤炭生產(chǎn)和消費大國，我國煤炭資源豐富，約占世界煤炭儲量的37%，同時薄煤層的資源儲量豐富，分布廣泛，在煤炭生產(chǎn)技術(shù)和裝備落后的過去，由于薄煤層開采效率低、安全事故率高、經(jīng)濟效益不顯著的大環(huán)境下，多數(shù)礦區(qū)都將薄煤層資源棄置，造成了能源的巨大浪費。20世紀(jì)，國內(nèi)77個國有重點礦務(wù)局的424個礦井賦存有765個薄煤層，可采儲量為61.5億t，占全部可采儲量的19%。薄煤層開采的產(chǎn)量比重在70年代前保持在16%～17%之間，與薄煤層儲量比例相近。80年代以來，中厚煤層機械化采煤技術(shù)迅速發(fā)展，而薄煤層開采技術(shù)發(fā)展緩慢，薄煤層產(chǎn)量比重下降，并有繼續(xù)迅速下降的趨勢。近年來，隨著煤礦生產(chǎn)技術(shù)和裝備的發(fā)展和煤炭資源緊張，及部分高瓦斯礦區(qū)，將薄煤層作為關(guān)鍵的解放層開采，對于瓦斯治理和抽采的意義十分巨大，薄煤層開采逐步為各礦區(qū)所重視，不僅投入大量人力物力學(xué)習(xí)國內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗，也引進(jìn)了諸多國外先進(jìn)的煤層開采裝備。目前，國外發(fā)達(dá)國家的薄煤層開采主要以刨煤機為主，輔以電液控制液壓支架，實現(xiàn)全自動工作面。但是刨煤機的應(yīng)用對于煤的硬度和煤層、地質(zhì)條件等有較高的要求，對于“三軟”地質(zhì)條件，煤層起伏和傾角變化大、地質(zhì)構(gòu)造和斷層多的條件，就難以發(fā)揮作用。我國針對薄煤層的開采裝備也進(jìn)行了大量的工作，但受薄煤層開采空間限制，始終無法擺脫因空間小而造成的設(shè)備小、能力小、產(chǎn)量低、可靠性低的發(fā)展模式。下一步要研究開發(fā)薄煤層裝備，要求具有適應(yīng)薄煤層（0.85-1.6m）開采的設(shè)備尺寸、但同時具備適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的高可靠性、具有一定程度上過斷層和構(gòu)造的能力。刨煤機是一種較適合薄煤層、高瓦斯工作面中落煤、裝煤自動化的采煤機械。與滾筒采煤機相比,刨煤機具有以下優(yōu)點:結(jié)構(gòu)簡單,沒有采煤機那樣復(fù)雜的牽引部分,也沒有復(fù)雜的液壓系統(tǒng),使用維修方便,易于掌握管理。實現(xiàn)了包括落煤、裝煤和運煤的綜合機械化。操作方便,可實現(xiàn)無人工作面開采,在巷道進(jìn)行遙控采煤。隨時刨煤隨時推進(jìn),實現(xiàn)了連續(xù)采煤,提高了時間利用率。塊煤率高。

我國先后從西班牙、德國和俄羅斯引進(jìn)了4種刨煤機,分別在四川新勝煤礦、云南后所煤礦、四川松藻打通一礦和開灤范各莊使用,因?qū)ε倜簷C的性能和本地區(qū)煤層的可刨性了解不清,使用效果都不太成功。我國進(jìn)口采煤機技術(shù)特征見表2。從1976年我國成功試制了MBJ-1型拖鉤式刨煤機后,在其后30多年時間里,共開發(fā)了兩種類型(拖鉤式和滑行式)8種規(guī)格的刨煤機,刨煤機的功率從2×30kW到2×200kW,刨頭速度由單速發(fā)展到雙速,刨煤機的總生產(chǎn)數(shù)量達(dá)230余臺,其中包括我國第一臺滑行刨煤機,第一臺采用PLC控制的電控設(shè)備和第一套刨煤機綜采設(shè)備。其中滑行刨煤機是一種主要機型,它以刨頭滑行阻力小、截深容易控制等特點而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。徐州礦務(wù)局夾河煤礦和旗山煤礦使用2臺8-30型刨煤機綜采設(shè)備,先后在4個綜采工作面使用,曾創(chuàng)造了月進(jìn)187m,單產(chǎn)7.2萬t的記錄。我國引進(jìn)德國刨煤機綜采全自動化開采技術(shù)：

鐵法小青煤礦：工作面長度150m，連續(xù)推進(jìn)長度905m，煤層厚度平均1.3m，傾角5～8°，煤層賦存穩(wěn)定。引進(jìn)的全自動化刨煤機綜采系統(tǒng)是目前國內(nèi)薄煤層開采的最高水平,在國際上也是先進(jìn)的。該系統(tǒng)在2001年1月5日至2002年4月30日,14個月,平均日產(chǎn)3712t，最高日產(chǎn)6480t，平均月產(chǎn)11.18萬ｔ，最高月產(chǎn)14.2萬t，共采出煤100.6萬t,達(dá)到了年產(chǎn)120萬～150萬t的水平。該系統(tǒng)的引進(jìn),使我國成為繼德國、美國之后,第三個擁有這種全自動化刨煤機先進(jìn)技術(shù)的國家,為我國薄煤層高產(chǎn)高效開采找到了突破口。刨煤機為GH9-34VE/4.7滑行刨及PE2.30/732刨頭運行軌道系統(tǒng)、液壓支架PM4電液控制系統(tǒng)，配套國產(chǎn)ZY-6400/09/200掩護支架、SZZ-764/160轉(zhuǎn)載機，總投資約7000萬元。山西焦煤集團馬蘭礦:2003年8月也投產(chǎn)了一套全自動刨煤機系統(tǒng)，煤層厚度0.8～1.4m，工作面長度200m，最高日產(chǎn)6280t。

(1)國外刨煤機采煤技術(shù)代表機型德國是刨煤機的發(fā)源地，刨煤機使用普遍，技術(shù)發(fā)展最快，機型最多，現(xiàn)在有GH9-34Ve14.7型刨煤機。是德國DBT公司90年代末產(chǎn)品，是完全智能化自動化的綜采刨煤機，刨頭功率2×315KW，牽引刨鏈φ34×126mm，刨速0.88/1.76m/s，生產(chǎn)能力900t/h。(2)國內(nèi)刨煤機采煤技術(shù)代表機型

國內(nèi)第一臺混合方式（雙速）采煤的刨煤機，BH3Z/2×200型刨煤機，這是90年代末期產(chǎn)品，滑行刨、結(jié)構(gòu)和控制功能類似BH34/2×200型刨煤機，刨頭裝機功率為2×200KW，牽引刨鏈φ38×137mm，刨速0.56～1.7m/s，生產(chǎn)能力990t/h，1999年在雙鴨山礦務(wù)局集賢礦使用。BH3Z/2×200型刨煤機代表當(dāng)今我國最先進(jìn)水平，在鐵法礦務(wù)局小青礦使用，煤層厚度1.0～1.65m，煤質(zhì)硬度f≤1.7，偽頂為泥巖，直接頂為粉沙巖，底板為泥質(zhì)粉沙巖，工作面長度為150m，最高日產(chǎn)量為4500t，平均日產(chǎn)3000t，月產(chǎn)最高達(dá)7.2萬t。

縱觀國內(nèi)外設(shè)備，我國刨煤機技術(shù)還有一定差距，主要體現(xiàn)在：一是：部分元部件的可靠性低。例如:大規(guī)格的礦用圓環(huán)鏈和接鏈環(huán)的破壞強度和疲勞壽命及刨刀的耐磨性等。二是：過載保護裝置落后。三是：國產(chǎn)刨煤機至今仍采用剪切銷保護方式，此方式費時，費力，嚴(yán)重影響了刨煤機的開機率。國外(德國)早就淘汰了這種結(jié)構(gòu)代之以對刨煤機正常工作影響條件下的摩擦式過載保護裝置和電液控制過載保護系統(tǒng)。這種過載保護裝置的特點是能夠在動作后使外載荷保持在一定的水平。因而在過載現(xiàn)象消除后又自動恢復(fù)到原來的運動狀態(tài)，因此大大提高了刨煤機的開機率。四是：刨頭調(diào)向裝置的靈敏度不高。五是：刨頭終端限住裝置的可靠性不高。另外，德國刨煤機的刨頭及傳動部等主要部件早已實現(xiàn)了通用化和系列化。刨煤機的傳感技術(shù)，自動檢測與在線控制，遙控和集中控制等技術(shù)都得到了廣泛應(yīng)用。

由于目前引進(jìn)德國DBT公司的刨煤機CH9-34ve/4.7滑行刨，效果良好，有引進(jìn)刨煤機趨勢.此種刨煤機在曉南礦W3409工作面使用，工作面走向長度970m，工作面長度160m，平均采高1.75m，該工作面自2002年10月8日開始試生產(chǎn)，最高日產(chǎn)6600噸，平均日產(chǎn)4000-4500噸。刨煤機工作面裝備：

CH9-34ve/4.7刨煤機為滑行刨。刨體為單刨頭，長2562mm，高度為800～1675mm。采用不同厚度調(diào)整塊調(diào)整刨削高度，額定生產(chǎn)能力900t/h。電機功率為2×315KN，雙速水冷。

刨煤機的輸送機部型號PF2.30/732型，工作面輸送機可彎曲角度水平1.10，垂直6.00。額定生產(chǎn)能力900t/h，電機功率2×315kW，雙速水冷，

轉(zhuǎn)載機型號SZZ-764/160；

液壓支架型號ZY6400-0.9/2.0D。推廣應(yīng)用刨煤機的幾點看法（1）刨煤機在我國成功使用

陽泉三礦91年試用國產(chǎn)刨煤機(BT26/2×75型)，即達(dá)到32795t的最高月產(chǎn)。又在另一個工作面使用了第二臺刨煤機，也取得了很好的效果。徐州新河礦﹑韓城象山礦等都有使用刨煤機取得良好效益的記錄。鐵法煤業(yè)集團引進(jìn)的德國DBT公司的最新刨煤機后，更是取得了豐厚的效益。

刨煤機使用范圍：在比較穩(wěn)定的地質(zhì)條件下，開采薄煤層和1.8～2.0m以下的煤層，刨煤機是一種相當(dāng)經(jīng)濟和有效的采煤機械。所謂比較穩(wěn)定的地質(zhì)條件是指煤層沒有較大起伏，煤不粘頂。開采1.6m左右的煤層，刨煤機甚至比采煤機開采具有更高的經(jīng)濟價值，所以在適用煤層中大膽采用刨煤機開采，使刨煤機與采煤機互為補充，創(chuàng)造更好效益。（2）回采工作面的設(shè)計要適應(yīng)刨煤機開采的特點

由于以前我國刨煤機的功率比例小，而且大部分使用在薄煤層，出于經(jīng)濟效益的考慮，刨煤機工作面的運輸巷和回風(fēng)巷斷面一般都比較小。而把刨煤機的機頭、機尾放置在工作面，當(dāng)然這種布置方式，減少了運輸巷和回風(fēng)巷開拓的工作量，無需機頭﹑機尾臺架，在功率不大的刨煤機工作面是可行的。但是面對目前刨煤機整機功率不斷提高，努力實現(xiàn)高產(chǎn)高效刨煤機工作面的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的刨煤機開采工藝就顯得難以適應(yīng)。1.2.3存在以下問題首先是機頭﹑機尾的布置方式。

目前德國刨煤機的單機功率多為160～315KW，單機功率增大勢必造成機頭﹑機尾體積增大，如果要布置在工作面，不僅增加了開機窩的工作量，而且對薄煤層來說，還會造成支護的困難。因而目前德國刨煤機的機頭﹑機尾基本上都采用運輸巷和回風(fēng)巷的布置方式，運輸巷和回風(fēng)巷斷面一般比較大，在15～20m2左右，以滿足布置的需要。前蘇聯(lián)和波蘭等國家運輸巷和回風(fēng)巷的斷面大多在12m2左右。目前我國刨煤機工作面采用的運輸巷和回風(fēng)巷斷面大多僅為5～6m2。機頭﹑機尾傳動部布置在工作面，切口長度為6m左右，與國外相比差異較大，如果繼續(xù)保持較小的斷面水平，則使用大功率的刨煤機勢必會受到限制。因此在目前條件下推廣使用刨煤機，特別是在逐步增大刨煤機功率的情況下，對傳統(tǒng)的刨煤機工作面及工藝均提出了新的要求，繼續(xù)將機頭和機尾傳動部布置在工作面顯得不現(xiàn)實，也是不合理的。實際上，采用大功率或較大功率的刨煤機開采薄煤層，如果能從開拓﹑采區(qū)規(guī)劃、運輸配套等各方面綜合考慮，充分發(fā)揮出刨煤機工作面的生產(chǎn)能力。從經(jīng)濟角度來說，較大的斷面也是有意義的。其次是刨煤機工作面的長度和走向長度。為了減少巷道掘進(jìn)工作量，提高大斷面巷道利用率，減少設(shè)備搬運量，除采用沿空留巷等，國外刨煤機工作面目前都是盡量采用加大工作面長度和走向長度來提高效益，前蘇聯(lián)的刨煤機工作面長度一般在200m左右，德國在200m以上,更長的可達(dá)300m左右，走向長度達(dá)到1000m以上。工作面的設(shè)備配套。盡管刨煤機工作面的配套設(shè)備在刨煤機設(shè)計時有所考慮，但在實際使用往往受到對拉工作面﹑巷道運輸能力﹑礦井提升能力等多種因素的影響，而無法充分發(fā)揮刨煤機的能力，如國產(chǎn)BH20/2×75型刨煤機在工業(yè)性實驗過程中，由于刨煤機工作面和下面的炮采工作面對拉﹑加上運輸﹑轉(zhuǎn)載機能力的限制，刨煤機經(jīng)常處于間歇和運輸狀態(tài)之間，未能充分發(fā)揮機組的潛力，也有的刨煤機工作面機組的運輸能力為250t/h，但是配用的輸送機能力不足。致使出現(xiàn)運輸卡脖現(xiàn)象，影響了刨煤機的正常使用。此外，采用大功率的刨煤機時，井下的供電系統(tǒng)必須能夠配套。一般認(rèn)為單機功率在100kN以上的刨煤機工作面，供電電壓為1140V比較合理。綜上所述，盡管刨煤機本身具有較大的生產(chǎn)能力，但在使用時，還受到井下諸多因素的影響，所以要學(xué)習(xí)國內(nèi)外好的經(jīng)驗，使得使用刨煤機經(jīng)濟合理而且有很好的經(jīng)濟效益。鐵法煤業(yè)集團下屬小青礦薄煤層自動化工作面的成功實踐，為中國刨煤機開采開辟了一條安全﹑高效的技術(shù)途徑。1.2.4刨煤機采煤—開采薄煤層的發(fā)展方向未來的許多礦區(qū)不可避免地要開采復(fù)雜礦山地質(zhì)條件下的煤層以及有突出危險的煤層，因此刨煤機采煤是機械化的重要方向。如前蘇聯(lián)在頓巴斯礦區(qū)，70％的煤炭儲量集中在厚1m以下的煤層。由于缺乏必要的適于開采薄煤層的設(shè)備，導(dǎo)致頂板被切割，原煤質(zhì)量大大降低，每年從煤炭中選出20％以上的矸石。洗選尾礦，嚴(yán)重破壞了環(huán)境狀況。系列生產(chǎn)的采煤機將煤層最小厚度限制在0.85～0.9m，采出的煤夾矸量大。要研制適于有效開采0.4～1.5m煤層的新技術(shù)和新工藝是非常緊迫的問題。刨煤機適于開采不同厚度的煤層，可以直接從工作面獲得商品煤，使生產(chǎn)費用降低，對生態(tài)環(huán)境也有利，刨煤機采煤比采煤機更加經(jīng)濟。1.2.5薄煤層工作面刨煤機采煤工藝特點刨煤機采煤是利用帶刨刀的煤刨沿工作面往復(fù)落煤和裝煤，煤刨靠工作面輸送機導(dǎo)向。刨煤機結(jié)構(gòu)簡單可靠，便于維修；截深較小一般為4～15cm，只刨落煤壁壓酥區(qū)表層，刨落單位煤量能耗少；刨落煤的塊度大，煤粉及煤塵量少，勞動條件好；司機不必跟機作業(yè)，可在平巷內(nèi)操作，移架和移輸送機工人的工作位置相對固定，勞動強度小。因此，刨煤機用于開采薄煤層是一種有效的落煤和裝煤機械。1-回風(fēng)平巷；2-端頭液壓支架；3-刨煤機；4-中間液壓支架；5-工作面輸送機；6-單體液壓支柱；7-轉(zhuǎn)載機；8-工字鋼支架；9-乳化液泵站；10-移動電站；11-運輸平巷刨煤機綜采工作面布置刨煤機由無極牽引鏈牽引，沿固定在輸送機上的滑架往復(fù)刨削煤壁，并將刨落下來的煤裝入刮板輸送機，通常刨進(jìn)10次（600mm）移一次液壓支架。每刨削一次跟機滯后3m左右移輸送機，在輸送機采空區(qū)側(cè)，每隔4.5m安裝一個推拉千斤頂，用于調(diào)節(jié)刮板輸送機和刨頭的斜度，以適應(yīng)煤層底板起伏變化。工作面上下端頭用掩護式液壓支架支護，目的是增大無立柱空間，使機頭能擺得下。上下切口走向長4m，傾斜長3.5m，采用金屬支柱配合絞接頂梁支護，一梁一柱，齊梁布置，梁長1m，柱距0.5m，切口用鉆眼爆破來完成，每次進(jìn)度為1m。除了液壓支架、單體液壓支柱外，薄煤層工作面還可以采用氣垛支架支護。氣垛支架是專為薄煤層工作面支護而設(shè)計的，我國于1992年研制了PS型氣垛支架，先后在棗莊、天府、北京、永定、攀枝花等礦區(qū)的薄煤層工作面推廣使用，而后又研制了薄煤層自移式氣垛支架，在四川汪洋煤礦通過了工業(yè)性試驗。氣垛支架結(jié)構(gòu)外貌我國大傾角煤層采用偽斜密集與分段密集兩種方法布置氣垛，形成偽斜工作面氣垛采煤法，氣垛作為支撐工作空間和隔離采空區(qū)的基本支架。原蘇聯(lián)曾試用過氣垛支架配合刨煤機的工藝方式，成功地采出厚度為0.4m的極薄煤層。刨煤機配氣垛支架的長壁工作面布置1-氣垛支架；2-刨煤機尾輪；3-刨煤機；4-傳動站；5-導(dǎo)向輪；6-繩輪刨煤機與薄煤層采煤機的比較：統(tǒng)計表明使用刨煤機開采厚0.7m的夾矸煤層，煤炭回收率為85％，而使用薄煤層采煤機開采厚0.85m的煤層，煤炭回收率為65％。刨煤機具有以下經(jīng)濟優(yōu)勢：（1）適于開采薄煤層和極薄煤層(煤層厚0.4~1.5m)，由于機身結(jié)構(gòu)參數(shù)，采煤機無法開采0.8m以下的煤層；（2）開采保護煤層，將瓦斯釋放后，有利于繼續(xù)開采厚煤層；(3)可開采突出危險煤層?？梢匝毓ぷ髅媾俪?~10cm的槽，這樣，有突出危險煤層的瓦斯被自然釋放，預(yù)先防止瓦斯的聚集；(4)操作安全，刨煤機司機位于工作面下端或順槽里，而采煤機司機要隨機移動；(5)改善煤質(zhì)，采出的煤炭灰分最低，實際上不切割頂板；(6)采煤時動力消耗最低，開采1噸煤的動力消耗比采煤機低得多；(7)粉塵低，因為刨頭切割速度小，且大塊剝落，采煤機切割速度快，小塊剝落；(8)提高煤的等級；(9)刨煤機開采薄煤層的效率高。①煤層厚度在2m以下，傾角小于25o，最好小于15o。②煤質(zhì)在軟及中硬以下（f＜1.8）可選用拖鉤刨，中硬及中硬以上（f=2.4～3）應(yīng)選用滑行刨，硬煤及特粘性煤不宜采用刨煤機。③最好頂煤不粘頂板，若輕度粘頂，可人工處理；要求煤層中硫化鐵塊度小，含量不多，或分布位置不影響刨煤機刨煤；夾石厚度大于200mm時不宜用刨煤機。④中等穩(wěn)定以下頂板可用液壓支架及時支護，要求底板平整。沒有底鼓或超過7o～10o傾角的起伏不平；拖鉤刨要求底板為中等硬度。不適用于軟底板，否則刨刀容易啃底；泥巖、粘土巖等軟底板應(yīng)用滑行刨。⑤煤層沿走向及傾斜方向無大的斷層及褶曲；小斷層落差小于0.3～0.5m時可用刨煤機，大于0.5m時要超前處理。1.2.6刨煤機的適應(yīng)條件與長壁式開采相比,連續(xù)采煤機房柱式采煤方法有如下主要優(yōu)點:①設(shè)備投資少。一般一套房柱式采煤設(shè)備的價格為長壁綜采的1/5～1/6,而其單產(chǎn)一般為長壁工作面的1/2～1/3。因此,房柱式采煤方法的設(shè)備投資較低。②采掘合一,建設(shè)周期短,出煤快。③設(shè)備運轉(zhuǎn)靈活,搬遷快。④巷道壓力小,便于維護,出矸量少。⑤留煤柱控制頂板,有利于保護地表,減少地表治理費用。⑥全員效率高。

1.3薄煤層連續(xù)采煤機采煤法①資源采出率比較低,在美國,采用傳統(tǒng)的房柱式開采,一般采出率為50%～60%。在某些條件下,采用全部回收方式開采,采出率可達(dá)70%以上。目前,采出率低的缺點正在被克服。澳大利亞采用旺格維利采煤方法,在采深300～500m條件下,采出率達(dá)到80%以上。我國神府東勝礦區(qū)采用旺格維利采煤方法取得了較高的采出率,一般可達(dá)75%～85%。②通風(fēng)條件差。由于進(jìn)回風(fēng)巷道并列,通風(fēng)構(gòu)筑物多,漏風(fēng)大。房柱式開采也存在以下缺點:①開采深度較淺,一般不超過300～500m。②近水平薄及中厚煤層。③頂板中等穩(wěn)定以上。④底板平整,不太軟,且保持無積水。⑤煤質(zhì)較硬。⑥瓦斯含量小。⑦煤層不宜自燃。⑧非近距離煤層組開采。房柱式采煤方法的適用條件:

連續(xù)采煤機開采技術(shù)經(jīng)過50多年的不斷研究與改進(jìn),已形成了比較完善的短壁機械化采煤方法體系。由于其特點,在國際上得到較快的發(fā)展,特別是在歐美國家得到了廣泛的應(yīng)用。在美國已經(jīng)形成了以連續(xù)采煤機為中心的現(xiàn)代房柱式采煤方法。連續(xù)采煤機房柱式開采產(chǎn)量比例占總開采量的50%,采用連續(xù)采煤機方法的礦井平均采出率為53.05%。在澳大利亞,其地下礦主要采用房柱式開采。這種采煤方法是首先在旺格維利煤層試驗成功的,因此稱為旺格維利(Wongawilli)采煤方法。在南非,類似的方法首先在西格瑪?shù)V試驗成功,稱為西格瑪采煤方法。我國80年代曾從美國引進(jìn)連續(xù)采煤機30多臺,由于沒有引進(jìn)配套設(shè)備,未能成功推廣。90年代以來,由于注重配套設(shè)備的引進(jìn),連續(xù)采煤機在煤巷掘進(jìn)及煤柱回收和對煤田邊角煤、條帶煤的開采方面顯示了它的優(yōu)勢。旺格維利和西格瑪采煤方法的采區(qū)區(qū)段劃分和區(qū)段內(nèi)煤柱切割及回收方式與傳統(tǒng)房柱式采煤方法不同,煤柱回收后,頂板類似長壁工作面一樣充分垮落,使房柱回采避開支承壓力峰值區(qū)。因此,這兩種方法成為現(xiàn)代房柱式采煤方法的典型代表。2003年由我國首次研制的LYl500/865-10型煤礦井下連續(xù)運輸系統(tǒng)通過地面調(diào)試在神東礦區(qū)投入試生產(chǎn)。該系統(tǒng)具有運量大、高效率、移動靈活、對煤層和巷道適應(yīng)較強等特點,是適用于煤礦井下工作面短壁房柱式采煤、高產(chǎn)高效連續(xù)采煤作業(yè)的關(guān)鍵裝備。它與連續(xù)采煤機和帶式輸送機配套實現(xiàn)落煤、破碎、裝煤、運煤機械一體化。螺旋鉆采煤是前蘇聯(lián)頓巴斯礦區(qū)頓涅茨克礦業(yè)研究院開發(fā)的一種開采薄煤層的采煤方法。于1979年在頓巴斯礦區(qū)試驗成功,并推廣應(yīng)用。該采煤法是一種新型的無人工作面采煤方法,可開采0.6～0.8m以下煤層，它是一種開采緩傾斜極薄煤層的新型采煤方法,廣泛應(yīng)用于開采圍巖較穩(wěn)定的薄煤層和極薄煤層,并且可以用來開采邊角煤、三下壓煤和回收各種煤柱。因此它具有廣泛的發(fā)展前景。1.4螺旋鉆采煤法螺旋鉆采煤法與薄煤層高檔普采及綜采比較有以下優(yōu)點:投資方面:螺旋鉆采煤法比薄煤層高檔普采及綜采投資降低60%。安全生產(chǎn)狀況方面:螺旋鉆采煤法的人員和機組設(shè)備全部在工作巷內(nèi),人員在寬敞支護良好的巷道內(nèi)就可將煤采出,安全狀況比薄煤層綜采或高檔普采好得多。工效方面:薄煤層綜采或高檔普采,直接工效一般在1.5～3t/工,而螺旋鉆采煤法,直接工效達(dá)12～14t/工。開采釋放層的速度和效果方面:采用螺旋鉆采煤法,煤的可采范圍達(dá)總面積的95%以上,不僅可以多出煤,更可以充分釋放煤瓦斯。近年來,國外許多產(chǎn)煤大國由于特厚煤層的開采儲量日益枯竭,對螺旋鉆采煤產(chǎn)生了極大興趣。螺旋鉆采煤機是在用于露天開采的螺旋鉆機的基礎(chǔ)上逐步改造成型的。自20世紀(jì)70年代開始,原蘇聯(lián)在這方面做了大量的研究試驗工作。在20世紀(jì)90年代末期,烏克蘭研制了BЩY-3M型螺旋鉆采煤機,1998年在該機型基礎(chǔ)上又研制出2種新型的螺旋鉆采煤機,其主要技術(shù)參數(shù)可見表4。現(xiàn)已批量生產(chǎn)形成規(guī)模。1998年我國從俄羅斯進(jìn)口2臺BYГ-3M型螺旋鉆采煤機,在徐州韓橋煤礦進(jìn)行了井下工業(yè)性試驗,效果很好。新汶礦業(yè)集團2003年從烏克蘭引進(jìn)的兩臺薄煤層螺旋鉆采煤機(適用于0.6～0.9m的薄煤層),分別在潘西礦和南冶礦進(jìn)行了前進(jìn)式和后退式采煤工藝試驗獲得成功,單面單臺鉆機月產(chǎn)達(dá)到5800t。2004年6月20日,國家發(fā)改委調(diào)研組在新汶礦區(qū)調(diào)研時得出如下結(jié)論:“潘西煤礦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”。我國在引進(jìn)國外設(shè)備的同時,也加大了整機開發(fā)力度,在國內(nèi)實現(xiàn)了1m以下煤層螺旋鉆無人工作面的開采,為我國薄煤層的開采闖出了一條新路。螺旋鉆機采煤法：從已開掘的平巷中布置螺旋鉆機，螺旋鉆機的鉆頭上裝有截齒，依靠截齒鉆進(jìn)與截割，螺旋鉆桿鉆入巷道兩側(cè)的煤層，并通過螺旋鉆桿將采落的煤裝運出工作面。鉆桿每節(jié)長1.2～1.9m，可以分段接長和縮短，鉆孔深可達(dá)35～40m。鉆頭直徑一般小于煤層厚度50～100mm，一般適用于薄及極薄煤層。為防止鉆孔過程中頂板垮落，若干鉆孔之間留有一定寬度的支撐煤柱。在巷道內(nèi)穩(wěn)設(shè)螺旋鉆采煤機，向巷幫鉆孔采煤，巷道內(nèi)安裝運輸設(shè)備運煤，根據(jù)頂板巖性及礦壓情況，在鉆孔間留設(shè)0.5～1.0m煤柱支護頂板，螺旋鉆采煤機移動由本身的履帶行走機構(gòu)在巷道內(nèi)移動。其技術(shù)的核心是螺旋鉆具，它由螺旋鉆頭和成對的螺旋鉆桿組成。鉆具部分可根據(jù)不同的開采和地質(zhì)條件安裝2～4個鉆頭，平行的鉆進(jìn)2～4個鉆孔，鉆孔寬度可達(dá)到1.14～2.77m。鉆具上裝有5種傳感器，分別監(jiān)控鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛取@頭旋轉(zhuǎn)扭距、鉆孔間的煤柱、鉆孔導(dǎo)向、鉆頭與煤層間隙等情況，并通過多功能控制裝置實現(xiàn)集中控制，并用單獨的局部通風(fēng)機向孔內(nèi)壓入新鮮風(fēng)流，用噴水管在鉆孔內(nèi)噴霧，使鉆孔內(nèi)的瓦斯?jié)舛群头蹓m濃度達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)。其工作原理為：目前進(jìn)口一臺螺旋鉆采煤機約需120-150萬元。采用雙順槽對向開采，安裝4臺螺旋鉆采煤機同時生產(chǎn)，年產(chǎn)能力預(yù)計在100萬t。用螺旋鉆機開采薄煤層，因生產(chǎn)人員只在平巷內(nèi)作業(yè)，又稱無人工作面采煤，該采煤法改善了安全條件和作業(yè)環(huán)境，機械化程度高，回采工效較高，原蘇聯(lián)采煤工效達(dá)到15～17t/工。

螺旋鉆機采煤主要存在的問題是：鉆孔間煤柱和鉆孔組間煤柱降低了采出率；接長和縮短鉆桿所用的時間占工作總時間的比重較大；開掘的平巷多要挑頂和臥底。適用條件：①回采煤層厚度/m：0.5-0.8以下；②煤層傾角/°：0±13；③煤層硬度f：2.5-4。螺旋鉆采煤法在我國剛剛起步，主要用于極薄煤層開采，屬于一種無人工作面開采法。薄煤層開采技術(shù)的選擇對于1.1~1.5m以上的煤層。薄煤層綜采開采設(shè)備，提高單產(chǎn)水平。可以參考大同礦區(qū)的晉華宮礦和馬脊梁礦的成功經(jīng)驗。年生產(chǎn)能力在100萬t左右，是實現(xiàn)薄煤層綜采安全高效開采的有效途徑。

對于0.8~1.1m煤層。可以采用刨煤機開采或普采。若斷層發(fā)育、煤層厚變化大，而且含有硫鐵礦結(jié)核，刨煤機開采的可能性不大，可采用普采。

對于0.5~0.9m煤層。應(yīng)用螺旋鉆采煤機開采。螺旋鉆采煤法是一項新技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)資料分析，該套設(shè)備是開采0.8m以下煤層的理想設(shè)備，具有工藝簡單、投資少、效率高的特點，可實現(xiàn)工作面無人操作，減小工人勞動強度，提高安全可靠度?！侗∶簩影踩咝ЬC采技術(shù)與設(shè)備》下一步的研究工作目前，國外發(fā)達(dá)國家的薄煤層開采主要以刨煤機為主，輔以電液控制液壓支架，實現(xiàn)全自動工作面。刨煤機在國外應(yīng)用到2.0m以下的可采煤層，回采效率高。但是刨煤機的應(yīng)用對于煤的硬度和煤層、地質(zhì)條件等有較高的要求。對于淮南礦區(qū)這種典型的“三軟”地質(zhì)條件，煤層起伏和傾角變化大、地質(zhì)構(gòu)造和斷層多的條件，就難以發(fā)揮作用，所以，針對這種典型的地質(zhì)條件所研究開發(fā)適合于我國普遍礦區(qū)情況的薄煤層綜合機械開采技術(shù)和裝備，具有非常重大的意義。國內(nèi)外概況、水平和發(fā)展趨勢我國針對薄煤層的開采裝備也進(jìn)行了大量的工作，但是受薄煤層開采空間限制，始終無法擺脫因空間小而造成的設(shè)備小、能力小、產(chǎn)量低、可靠性低的發(fā)展模式。研究開發(fā)的薄煤層裝備，要求具有適應(yīng)薄煤層（）開采的設(shè)備尺寸、但同時具備適應(yīng)復(fù)雜