薄煤層開採中採煤機及優化設計論文

摘要：基於MG110/130-TPD型電牽引爬底板採煤機，就該採煤機的適用範圍、設備組成、主要功能進行了詳細的介紹，並將其應用於某礦的實際工作面中，由現場實踐表明，該採煤機的裝機性能穩定、丟煤少，極大地提高了煤礦工作面的生產水平以及安全性。除此之外，還針對採煤機的防滑、牽引鏈錨固以及電纜收放等問題提出了一定的優化措施，以期望達到更好的應用效果，爲薄煤層的開採提供可借鑑的經驗與解決途徑。

關鍵詞：薄煤層爬底式採煤機電牽引大傾角

引言

在我國，薄煤層所佔的煤炭資源儲量十分豐富，在進行開採的過程中，由於煤層厚度都在1.3m以下，其開採難度大大增加，尤其是當煤層傾角較大時，若採用傳統炮採的方法，所產生的經濟效益與所投入的人力物力嚴重不符，且工作效率低，因此，大傾角薄煤層的開採一直是一個難點。所以選擇合理的採煤方法、使用合適的採煤機、提高回採效率、增強生產的安全性是煤礦企業的重中之重[1]。

1礦井概況

本文研究的礦井煤層厚度非常薄，僅爲0.5～0.8m，但煤層傾角極大，最大的傾斜角度爲45°。在長期的開採過程中，該礦一直採用傳統炮採的方法進行採煤作業，沿走向對工作面進行後退式回採，採用刮板輸送機來運送煤炭，單體液壓支柱來對頂板進行支撐，機械化程度較低。在2007年，該礦採用了單滾筒爬底板採煤機，使用該採煤機後，雖然提高了煤礦的生產效率，但是由於該採煤機的設計功率較低，一旦遇到較堅硬的煤層或者傾角較大的煤層時，執行起來就極其困難；且滾筒的裝煤效果不盡人意，沒有設定安全的制動裝置，無法在危險發生時及時停止滾筒的運動，從而無法保證採煤司機的人身安全。因此該礦對原先的爬底板採煤機進行了優化與改進，採用了MG110/130-TPD型爬底式採煤機，並透過實際應用取得了良好的效果。

2MG110/130-TPD型電牽引爬底式採煤機

2.1適用範圍

MG110/130-TPD型爬底式採煤機可以適應多種地質條件的變化，較大的提高裝煤功率，在與刮板輸送機、液壓支架以及金屬頂樑良好配合作業後，可以很好的實現工作面的落煤與裝煤，減少煤炭資源的浪費。同時該採煤機適合在35°以下的工作面進行作業，所採煤層厚度的範圍在0.5～0.8m之間，且煤質堅硬程度中等，底板不能有過大的起伏。除此之外，該採煤機的所有設備均採用隔爆型，因此井下工作面中的甲烷、二氧化碳、硫化氫等物質的濃度不能超過相關的規定。

2.2機械部分

該採煤機主要由主機體、裝煤部、底託裝置以及冷卻噴霧裝置四部分組成，其中牽引部、截割部以及電控箱、搖臂等都設定在採煤機機殼上。牽引部是用來使採煤機隨着工作面的推進而移動的，主要的動力裝置是電動機，其牽引速度最大可達到1min行走5.84m。截割部是控制採煤機的減速裝置，在其上方設定了一個扭矩離合器，該裝置可以在電動機過載時保護電動機不受損傷。而冷卻噴霧系統則是主要用來降低煤塵濃度的，並輔助減少採煤機各部件在工作時由於摩擦所產生的熱量，對採煤機機身各部分進行冷卻，以確保採煤機的正常執行[2]。

2.3電控系統

該爬底板採煤機設定有本安型電控箱，其型號爲KXJ24-130/1140(660)C，並且兼具隔爆的作用，同時採用了PWM變頻調速技術以及PLC控制技術，透過這些先進技術的使用，該電控箱的調速範圍變大、具備較大的牽引力以及較強的防滑能力，並使得采煤機的操作更爲簡單，更加方便。

2.4主要功能特點

MG110/130-TPD型爬底式採煤機在進行割煤時，具備較大的截割功率，採用單搖臂雙電動機進行驅動，機身牢固可靠；所採用的交流變頻調速技術，可以很好的實現較大的牽引速度，並且牽引效率較高，具備較大的牽引力，可以實現反向轉動的功能；所適應的地質條件較多，可以由礦井的實際情況來進行變速，變速範圍較大；在一定程度上減輕了採煤司機的工作強度，可以進行遙控作業，即停即開，其採煤機上的顯示器可以實時顯示採煤機的執行情況，一旦出現故障可以及時發現並進行處理；設定有冷卻噴霧系統以及防滑裝置，可以在緊急情況下對採煤機進行制動，防止其出現滑動。

3主要採煤工藝

3.1採煤機進刀方式

使用爬底板採煤機對井下工作面進行割煤時，採取的是雙向進刀割煤的方式，一次進刀的深度爲0.8m，在工作面的上端頭透過人工爆破的方式進行施工，造成一個超前缺口，該缺口沿傾斜方向的長度爲6m，超出煤壁1.6m，而對於工作面的下端頭來說則不進行超前缺口的施工[3]。

3.2工作面支護作業方式

整個井下工作面採用單體液壓支柱來對煤層頂板進行支護，其支柱的密度極高，其中液壓支架的控頂範圍爲3.65～4.45m，放頂步距爲0.8m，工作面的循環推進長度爲0.8m，而在處理採空區時，採用的.是全部垮落法。1）跟機掛樑、支柱：在進行上行割煤作業時，由於煤層傾角較大，每當採煤機向前推進30～50m時，就必須停止採煤機以及刮板輸送機的執行，做好防滑措施，拉緊鋼絲繩，以便工作人員能快速進入到採煤機機道，設定隔離設施，待隔離設施設定好後，再繼續割煤，按照隔離設施的分段來從上到下進行掛樑、支柱作業。而在下行割煤時，掛樑、支柱作業則需要延後採煤機5～15m的距離。2）推移刮板輸送機：在跟機掛樑之後，需透過單體液壓支柱來推移刮板輸送機，在推移過程中，難免會出現彎曲段，此時彎曲段的長度不得超過20m，且每一次推移完成後，必須及時進行支護。3）回柱放頂：在進行回柱放頂作業時，必須從下到上進行，每次回柱的距離不得小於15m。

4現場應用

4.1現場應用概況

透過對該爬底板採煤機的優化與改進，採用上述採煤工藝後，將MG110/130-TPD型電牽引爬底板採煤機應用於實際礦井中，所應用的工作面情況下：進行開採的煤層厚度爲0.46～0.77m，沿煤層走向的傾斜角度平均爲23.5°，沿煤層傾向的傾斜角度平均爲113.5°，煤層傾角的範圍爲13°～43°，其平均傾角爲28°，煤層硬度的普氏係數在1～3之間，而圍巖硬度的普氏係數最大爲8，最小爲6，整個煤層屬於中等穩定程度，所採工作面的開採高度爲0.75m，整個工作面長550m，工作面推進寬度爲112m。

4.2現場應用效果及優化

在現場應用的初期階段，由於井下作業人員不熟悉該採煤機的性能，所以在一開始的時候出煤效果並不是十分理想，這是由於冷卻噴霧系統的內外噴霧同時使用所導致的，在減少了防塵的出水量後，出煤效果就得到了明顯的改善，而在應用期間，雖然發現該採煤機的執行效果良好，但仍然存在一些問題：沒有選擇合適的刮板輸送機，導致工作面生產的煤不能及時的運出，從而有大量的浮煤堆積在工作面內，影響採煤工作的正常進行；採煤機在執行過程中，機組底板端頭平直，與巷道底板接觸，出現啃底現象，增大了採煤機的負荷；牽引鏈滑動，或者由於過度擠壓，鏈環出現變形，造成斷鏈；由於鏈輪的保護裝置是全封閉的，一旦出現故障時，處理的難度比較大；冷卻噴霧系統發生漏水，當水進入減速箱後，使潤滑油被稀釋變質；由於該類採煤機所開採的煤層厚度都比較薄，在刮板輸送機上不能設定電纜槽，因此電纜都是透過人力拖拽進行的，這對於井下作業人員來說，危險性極大，且勞動強度高，工作效率低[4]。

5改進與優化

針對以上問題，我們做出了下述改進與優化：1）根據工作面生產煤炭的能力，重新選擇刮板輸送機，透過增加運輸部的寬度來增大刮板輸送機的運輸能力，並且優化運煤的路線，提高運煤速度；2）將採煤機的底板製成船形，預防啃底現象的發生；3）爲了防止出現牽引鏈滑動以及因過度擠壓，鏈環變形的問題，採用了壓鏈錨固底座，在該底座上設定有柱窩以及鏈槽，以防止支柱打滑，並且對牽引鏈進行固定。在使用過程中，由於鏈槽的存在，牽引鏈僅僅受到了拉力，而不會受到壓力的作用；同時由於柱窩對支柱起到了約束作用，很好的防止了支柱打滑現象的發生；4）隨着工作面的推進以及煤層傾角的增大，在進行上行割煤時，採煤機的牽引鏈常常會向下發生一定的位移，當位移足夠大時，牽引鏈不足以承受這麼大的拉力，就會發生斷鏈，此時採煤機就會向下發生滑動。在這種情況下，我們可以在採煤機的下部安裝兩個機械防滑叉，或者是設定一排單體液壓支柱，當採煤機一旦出現下滑時，保險叉可以插入煤層底板以及巷幫，以阻止採煤機繼續下滑；5）重新對冷卻噴霧系統的密封裝置進行設計，以防由噴霧滲水進入減速箱潤滑油中；6）在工作面的順槽上安裝卷纜裝置，實現電纜的自動收放，減輕井下作業人員的負擔，提高工作效率，使電纜較快較安全的到達指定位置，保障工作面安全生產的進行。

6優化效果

在經過大量的實踐探索與優化改進後，爬底板採煤機在進行薄煤層的開採過程中的執行效果得到了明顯的改善，各項指標的應用效果均十分顯著，主要表現爲：應用該爬底板採煤機後，減少了炸藥的使用量，提高了開採作業的安全性，減少了炸藥傷人事故的發生；日產煤量達到了390t，大大提高了煤礦的生產效率以及出煤量，並降低了井下作業人員的勞動強度；在採煤過程中，減少了矸石的產量，提高了煤的質量；便於採煤機司機對採煤機進行割煤作業，提高了機械化程度，減少了操作步驟，並很好的解決了電纜收放等問題；增強了採煤作業的安全性，提高了礦井的經濟效益[5]。

7.結語

MG110/130-TPD型電牽引爬底板採煤機在實際礦井中的應用表明，該採煤機在經過優化改進後，裝煤效果理想，性能穩定可靠，不僅提高了礦井的產煤量及工作效率，降低了工人的勞動強度，而且噴霧除塵的效果也非常明顯，其緊急制動裝置也有效地防止了採煤機的進一步下滑，減少了採煤機下滑傷人事故的發生，增強了礦井生產的安全性，因此該採煤機爲薄煤層的開採提供了一種新的採煤方法，爲相同類型下的礦井開採提供了寶貴的借鑑經驗與解決途徑。

參考文獻

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[3]曲春剛.薄煤層中實現高產高效的技術探討[J].煤炭技術，2007，26（3）：132-134.

[4]張欣，張樞.薄煤層採煤機的發展狀況及趨勢[J].煤礦機械，2002（6）：7-8.

[5]王太全.極薄煤層高產高效開採技術實踐應用[J].內蒙古煤炭經濟，2016（20）：13.