许 岩

(宁夏天地奔牛实业集团有限公司产品研究所，宁夏回族自治区石嘴山市，753001)

1 引言

我国薄煤层资源分布广泛，储量丰富，主要分布在河南、山西、河北、山东、四川、贵州、吉林、辽宁、安徽、内蒙古等省区。目前，全国已探明的薄煤层可采储量约占煤炭总可采储量的19%，84.2%的矿区均有薄煤层分布，而且有的矿区薄煤层储量更是占有相当大的比重，如安徽省占到了72%，四川省占51.8%，贵州省占37.2%。

由于薄煤层在我国可采原煤中占有较大比重而且煤质较好，因此薄煤层工作面的开采日益受到关注，我国对薄煤层开采工艺及技术的研究一直在持续推进，并取得了一些成果。但是长期以来，由于薄煤层开采具有作业空间小、效率低、环境差、劳动强度大以及经济效益低等缺点，致使全国薄煤层产量只占煤炭总产量的10.4%左右，远低于薄煤层可采储量所占的比重。因此，实现薄煤层高效综合机械化开采对于提高矿井高效集中生产水平、实现资源平衡开采、延长矿井寿命、实现煤炭企业可持续发展、创建资源节约型企业、提高煤炭产量和回收率、改善安全生产环境以及提升薄煤层开采成套装备的水平等都具有重要意义。

2 国内外薄煤层开采技术现状

2.1 国外薄煤层开采技术途径与现状

在薄煤层高效综采的核心技术中，最为关键的是机械化落煤技术。自20世纪40年代刨煤机采煤在德国问世以来，很快就得到了推广和发展，德国、波兰、俄罗斯、法国、西班牙等主要产煤国使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50%以上，刨煤机成为薄煤层采煤综合机械化的强大支柱。在德国，1.6m以下的薄煤层中几乎全部采用刨煤机采煤，当煤层厚度超过1.6m时，滚筒采煤机开采占重要地位。在美国，采用大功率滚筒式采煤机开采薄煤层比较普遍，其工艺途径是切割部分岩石把采高提高到1.3m以上。

2.2 国内薄煤层开采技术途径与现状

目前，我国薄煤层综合机械化开采主要有3种途径，一是采用刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组，二是采用螺旋钻机组，三是采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤综采机组。

2.2.1 刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组

1966年我国试制成功第一台MBJ-1型拖钩刨煤机，并得到推广使用。20世纪70年代，我国刨煤机使用台数达到高峰，当时采煤机尚未在国内大量推广使用，而刨煤机由于具有结构简单、操作方便以及成本较低等特点而成为当时发展综合机械化的主要机型。然而随着采煤机的逐渐发展和完善，刨煤机逐渐暴露出了关键零部件可靠性差和损坏率高等弱点，刨煤机的使用效果也容易受到煤层厚度、倾角、顶底板条件和特殊地质构造的影响，要进行安全高效集约化开采，还有许多问题有待解决。因此，刨煤机较采煤机综采机组相比其使用范围有较大的局限性。

2.2.2 螺旋钻机组

螺旋钻采煤机是在用于露天开采的螺旋钻机基础上改造成型的，具有工作面无人、系统环节少、安全系数高和经济效益高等特点。但是螺旋钻机组设备投资比较大，相邻钻孔之间要留有煤柱，回收率比较低，过岩能力较差。

2.2.3 滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤综采机组

随着我国煤机制造能力的提高和机械化综采的广泛采用，采煤综采机组的研制能力有了很大提高，通过对现有煤机装备进行低矮化改进，研制了一批用于薄煤层开采的煤机装备。与刨煤机综采机组相比，滚筒采煤机综采机组主要具有以下特点:一是采高调整灵活，适应于煤层厚度变化较大的工作面；二是适应多种煤层结构，对煤的硬度和节理发育无特殊要求；三是适用于含有夹矸或断层的煤层回采；四是对工作面平直性和一致性要求较刨煤机综采机组低。

通过以上薄煤层的装备情况分析，由滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的采煤综采机组以其适应性强、工作效率高和可采范围广的优势在薄煤层工作面中所占比例较大，作为其重要一环的薄煤层刮板输送机也得到了较为广泛的应用。

与采煤机和液压支架不同，目前正在使用的薄煤层刮板输送机大部分并非针对薄煤层的开采特点专门研制，而是直接选用溜槽高度较低的通用刮板输送机。这类刮板输送机的中部溜槽多采用轧制槽帮钢焊接，高度为190～222mm，中板厚度为12～20mm，采用边双链结构，装机功率为90～180kW，刮板链直径为14～18mm，输送机铺设长度大多不超过100m。这类刮板输送机可靠性差、使用寿命短，不能完全满足满薄煤层工作面的使用要求，集中反映的问题为刮板链强度低、中部槽寿命短、机头尾 “三角煤”难处理和输送机“漂溜”等方面。有必要研究一种适用于薄煤层综采的刮板输送机，实现长运距、矮机身、大功率和高可靠性的要求，以满足矿井高产高效生产的要求。

3 薄煤层工作面刮板输送机的研发难点和重点

目前使用的薄煤层刮板输送机主要存在以下问题:

(1)多采用边双链布置形式，刮板链连接环包容在槽帮内运行。受到槽帮包容空间的限制，链条规格不可选得太大，目前的轧制槽最大只能容纳∅18×64mm规格的链条。该规格链条的破断负荷只有410kN，适用的刮板输送机铺设长度小于80m，如果需要进一步增大铺设长度，必须采用限制刮板机运输能力的措施，否则极易发生断链事故。边双链形式的刮板输送机大量使用开口工接链环 (马蹄环)作为圆环链和刮板的连接器，接链环的可靠性较低，影响了刮板链的可靠性。

(2)薄煤层开采装备的高度必须小于开采的煤层厚度，否则只能采用掘顶或掘底的方式扩大工作面空间，这将极大地增加开采难度并降低原煤品位。刮板输送机必须降低与采煤机牵引系统的啮合高度，以达到降低采煤机机面高度的目标，消除或减少薄煤层工作面掘顶或掘底。因此，如何降低输送机机身高度 (既降低齿轨高度)成为衡量薄煤层刮板输送机适用与否的标准。

(3)薄煤层采煤机滚筒直径较小，当采煤机运行到刮板输送机的机头或机尾时，滚筒割不到底，形成的 “三角煤”影响工作面两端的推溜和移架，因此在进行下一个工作循环前必须人工清理 “三角煤”，这既增加了工人的劳动强度又造成了工作面停顿，严重影响了工作效率。因此，改进刮板输送机头和尾部的形式，解决采煤机切割 “三角煤”的问题是提高薄煤层工作面开采效率的关键问题。

(4)薄煤层采煤机的滚筒直径大多在800mm以下，装煤效果普遍不好。薄煤层工作面刮板输送机中部槽不但要作为采煤机的运行轨道，还要更多的担负工作面落煤的铲装任务。为了降低高度，薄煤层刮板输送机的中部溜槽的推移点往往较低，再加上溜槽重量轻，在推溜时不能提供足够的下压力，中部溜槽往往不能保持铲板紧贴底板前移而发生 “漂溜”。特别是在煤层底板出现变坡下扎的情况下，大量煤炭进入中部槽封底板和工作面底板之间，导致刮板输送机显著抬高，严重影响薄煤层工作面的正常工作，甚至采煤机不能通过，必须依靠人工清理或采煤机割顶进行处理，处理过程费时费力，效率低下且不安全。

以上问题的存在严重影响了薄煤层工作面的开采效率和经济性的提高，必须研制薄煤层工作面专用的长运距、矮机身、大功率和高可靠性的刮板输送机，以促进薄煤层工作面开采技术和工艺的进一步发展。

4 薄煤层工作面刮板输送机的结构分析与改进

4.1 新型铸焊结构中部槽

新型铸焊结构中部槽采用铸造槽帮焊接而成，齿轨座放置在挡板槽帮侧面，在保证中部槽整体强度的前提下，最大限度的降低的齿轨高度。链条采用准中双链布置方式。链条不再受槽帮包容范围的限制，在不增加刮板输送机中部槽高度的情况下加大链条规格为∅26×92mm扁平链 (选择扁平链的原因是尽量压缩链条高度)，链条中心距为220mm。准中双链形式的刮板链每隔30m安装一个接链环，与边双链每隔1m需要一个接链环相比，接链环的数量减少了96%，极大降低了接链环质量低于圆环链而导致的刮板链可靠性低的问题。在加大链条规格、提高刮板和接连环强度的前提下，又比中双链 (链条中心距120mm)布置方式增加采煤机过煤空间，允许更大尺寸的块煤通过采煤机底托架。新型铸焊结构中部槽如图1所示。

图1 新型铸焊结构中部槽

4.2 “漂溜”问题的解决

由于薄煤层工作面采煤机滚筒装煤效果差，刮板输送机不仅承担采煤机的导向和承载任务，还要负责铲装工作面煤壁侧的煤炭。薄煤层刮板输送机重量较轻，再加上推移点较低，经常造成刮板输送机铲板槽帮不能很好贴合工作面底板前移，从而造成 “漂溜”现象。为了解决这种 “漂溜”现象，专门在输送机挡板侧加装抬高调斜装置，当输送机铲板槽帮不能贴合工作面底板前移时，通过在抬高调斜装置提高推溜作用点，增大输送机的下扎力，从而从根本上解决 “漂溜”现象。

4.2 “三角煤”问题的解决

(1)在刮板输送机整个铺设长度内，其机头、机尾中板与中间段中板处于同一高度，始终是水平布置的。该布置的优点在于能使安装在刮板输送机上的采煤机牵引机构 (齿轨、链轨等)保持平直布置，能保证采煤机在整个工作面内运行时机身高度不变、滚筒下摆角不变以及切割深度不变，从而解决薄煤层综采切割工作面两端三角煤的问题。

图2 机头溜煤装置示意图

(2)机头和机尾刮板运行的下链道是反曲线形，刮板链经过机头链轮进入下链道前有一个沿底板上升的过程，每件刮板运行在该段时与底板碰撞，将粘附在刮板链上的原煤震掉并沿机头滑出机头。该结构减少刮板输送机下链道拉回头煤，对于封底式刮板输送机该结构优点突出。

4.3 巷道漏煤问题的解决

(1)机头溜煤装置。连接装置安装在输送机机头铲板侧，当推移输送机或采煤机滚筒行走至机头附近时，可将煤推进机头溜煤装置，从而卸载到转载机上。机头溜煤装置如图2所示。

(2)机尾回收装置。连接装置安装在输送机机尾铲板侧，通过调整机尾回收装置，在采煤机滚筒与机尾回收装置之间形成一个弧形通道，强制位于采煤机滚筒和弯板之间的原煤沿采煤机滚筒螺旋线抛出，并进入输送机运煤通道，最终被输送机运走。机尾回收装置如图3所示。

图3 机尾回收装置示意图

5 薄煤层工作面刮板输送机前景展望

新型的薄煤层刮板输送机较当前轧制槽帮钢整焊而成的整焊式刮板输送机有了较大的发展和提高，达到了较高的自动化水平，但是仍然存在以下问题需要进一步解决:

(1)薄煤层开采人员工作空间狭小，工人需要侧卧进行跟机操作，比在中厚煤层工作更加艰苦。因此，有必要通过进一步研究在实现生产全过程机械化的基础上，实现全过程的自动化和智能化控制，过对刮板输送机的远程控制和故障诊断，确保刮板输送机的正常工作和及时维护，结合液压支架的电液控系统，实现自动推溜、刮板机中部槽和液压支架的姿态自动调整等功能。

(2)薄煤层工作面空间狭小，维护和更换零部件非常困难，因此，需要进一步提高输送机的可靠性和使用寿命。通过改进输送机槽帮、中板和链条的材质以及引入先进的耐磨材料和工艺等手段，减少在采煤工作面更换零部件的次数，以提高产煤效率和减少井下工人的工作强度。在当前暂时不能实现工作面内不更换零部件的情况下，注重零部件设计的小型化和易拆装性，降低薄煤层工作面设备的维修难度。

(3)对输送机的卸载方式和驱动部布置形式进行研究，减小输送机头和机尾部占用空间大的问题，改善薄煤层工作面的通风条件，保证井下采煤工作的安全进行。

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