燕瑞宏

（山西乡宁焦煤集团燕家河煤业有限公司， 山西 临汾 042100）

引言

我国薄煤层可采储量约占20%，对于薄煤层的综合机械化开采主要有以下三种形式，一是利用输送式或爬底板式采煤机，搭载轻型、双边链可弯曲刮板输送机以及特制液压支架；二是螺旋钻采煤机组；三是刨煤机组。刨煤机是利用刨刀沿工作面进行往复落煤和装煤工作，并依靠输送机方向识别来进行工作。刨煤机的构造较为简单，因此相对容易维修。刨煤机的工作截深比采煤机要小，一般达50~200 mm，只刨落煤壁表层，所以能耗较小，劳动条件较好，而滚筒采煤机最大的优势就在于采煤司机不用跟机进行作业，这极大地改善了司机的工作环境，移架和推移输送机的位置也比较固定，因此工作人员的劳动强度相对较小。因此刨煤机是一种较为有效的采煤机械。

1 刨煤机的适用条件

在一定采高条件下，刨煤机的生产能力与煤刨的工作速度及刨深有关，刨煤机刨深可取0.05~0.15 m之间。刨煤机一般应用于煤层厚度在2 m 以下，煤层倾角小于15°的松软煤层，煤体的普氏系数应小于4，否则一般不适用于刨煤机开采。刨煤机对地质构造要求较高，一般应确保煤层中无较大的断层及褶曲，小断层在落差0.4 m 左右时也可采用刨煤机进行采煤作业，但当大于0.5 m 时，就应提前进行处理。煤层的顶底板也应确保较为平整，不得有较大的倾角或者起伏，遇到不稳定顶板要做好及时支护作业，松软的底板会使拖钩刨煤机啃底现象发生，这时可采用滑行刨。刨煤机不适用于夹石较厚的煤层，粘度过高也会影响刨煤机的正常工作，要做好提前的处理工作。防止对刨煤机刨煤造成影响。

2 新型刨煤机及实例分析

新型刨煤机即连续长壁采煤机，简称CLM，它是集采、装、运煤功能于一体，并采用了定向连续采煤技术及截割力分配原理，在最新的刨煤机技术发展方面有了突破性的进展。刨煤机的构造如图1 所示，刨煤工作主要依赖于圆环链，圆环链上附有煤刨及刮板，通过煤刨上安装刨刀，在煤壁上进行割煤作业，并将割下的煤转入输送机中，连续的截割作业，使得刨煤机能够进行连续采煤作业。某薄煤层工作面平均煤厚1.2 m，地质构造简单，顶底板较为稳定，下对该工作面适用刨煤机开采情况进行分析：

图1 连续长壁采煤机示意图

刨煤机产量计算Qb＝3 600 MvbhγCK，其中Qb为刨煤机的刨煤能力，t/h；M 为工作面采高，取1.2 m；vb为刨煤机的刨速，取1 m/s；h 为刨煤机的刨深，取0.1 m；γ 为煤的容重，1.42 t/m3；C 为回采率，取98%；K 为刨煤机开机率，取80%。经计算Qb＝3600×1.2×1×0.1×1.42×0.98×0.8＝481 t/h。由此可以看出，刨煤机不但结构简单，便于维修，工作面产量也十分可观，按四六制每日生产18 h，一年300 d 进行计算，年产量可达260 万t。由于这套设备的全自动操作系统，可避免人工进行操作，工作人员可极大降低劳动强度，进行端头支护即可，具有较高的工作效率，该工作面实际定员为65 人，可以达到133 t/人的效率。刨煤机的刨深设定为100 mm，并且具有可调性，这极大的增加了对顶板冒顶事故的控制能力，有利于顶板及瓦斯突出的管理工作，通过调节刨煤机的工作高度，使其适应煤层间的不同高度，能够割取各个厚度的煤层，避免了煤炭资源的浪费，增加了煤炭开采率。刨煤机的推进速度较快，对地质环境的变化适应性也较好，实际生产中煤质有了很大的提高，减少了洗煤成本[1]。在经济方面，刨煤机260 万t/年的生产效率按每吨800 元的售价计算，每年可为矿井提供208 000 万元的经济效益，此外工作面定员原计划为140 人，使用刨煤机工作面进行生产，按每名员工1.4 万元/月计算，每年可节省1 260 万元。

3 刨煤机实际应用

3.1 刨煤机存在的问题

由于刨煤机较高的自动化程度，对工作人员及设备维修人员的技术要求较高，要事先进行专业培训，培养具有专业素养的工作人员。同时刨煤机推进速度较快也需要强大的掘进巷道工作量。实际生产中要加快掘进速度，以保证采煤工作面的顺利对接，这给矿井的掘进工作带来了巨大的挑战。刨煤机对煤顶底板硬度要求较大，对煤层顶底板的要求较高，需要顶底板尽可能平整，当顶板黏度过高时或者顶底板有突起时一般不适用刨煤机进行开采作业。同时刨煤机由于其刨刀容易受到磨损，因此煤层中夹杂的杂石等厚度一般不易过高，一般低于200 mm 是可以采用刨煤机进行开采作业的。同样煤质的黏度和硬度过高都会影响刨煤机设备的正常适用。

3.2 刨煤机的发展趋势

目前刨煤机国内外的发展趋势上出现了以下两种特点，一是刨煤机装机功率在不断变大，德国最新刨煤机的功率已达1 600 kW，刨煤机的自动化水平也越来越高，并且整体设备的制造以简约紧凑为主，可靠性高及设备维修十分方便。新型刨煤机已经可以适用于0.6~3 m 范围的煤层高度，普氏系数甚至达到了4，开采速度最高可达3 m/s；二是随着刨煤机适用范围地不断增加，刨煤机也广泛应用于其它领域矿产资源的开发利用，例如油页岩等矿物的开采，目前已取得了不错的开采效果。刨煤机是一种极为安全高效的采煤方式，相比与滚筒采煤机采煤有着更为显著的优势，采煤工作可连续进行，确保了开采效率。

3.3 刨煤机的优势

刨煤机较采煤机有着简单的设备构造，没有复杂的液压系统以及牵引部，易于维修，便于工人操作使用；刨煤机工作过程中由于静力切割煤层，不会产生较大的粉尘，因此工作环境相对较好，不需要复杂的防尘设备，给矿井工人营造了一个良好的工作环境；刨煤机切割下来的煤矿具有完整性，块度较大，块煤相比于散煤有着更高的价值，这给煤矿带来了更高的经济效益；刨煤机的驱动不需要高压设备的铺设，只需端头进行上下电机牵引即可正常工作，因此设备的使用较为安全，也避免了采区冗长的电缆设备铺设。刨煤机可实现连续采掘，未来刨煤机还将向24 h 全天工作迈进，极大提高了工作面的生产效率；刨煤机工作面的无人化，避免了工作人员在薄煤层中较小环境空间进行作业，只需在端头附近进行辅助作业，改善了工作环境，降低了劳动强度，少人化的工作面也更加符合未来煤矿生产模式的需要，响应工作面无人化少人化的号召，降低了煤矿用工成本；刨煤机由于静力截割煤层，对顶板冲击较小，截深也较小，防止了过宽顶板的暴露，对矿井来压和煤层顶板的管理有着很大的改善作用，保证了顶板的安全[2]；由于刨煤机整个圆环链是一个封闭系统，使得设备整体较为安全可靠。

4 结论

随着我国煤炭行业的不断发展进步，采煤设备在不断的更新换代，刨煤机设备近年来功率也在不断地增大，整体的自动化水平也越来越高。刨煤机作为一种在薄煤层当中常用的采煤设备，具有良好的应用前景。刨煤机受环境影响较小，产量比普通综采面更高，成为一种更为高效的开采设备。新型刨煤机在煤矿的成功应用，不但给煤矿带来了巨大的经济效益，也为煤矿工人营造了一个安全健康的工作环境。这也将促进刨煤机的进一步发展。在今后煤矿企业的发展规划中，更多的使用新型采煤设备，加大对新设备的推广力度以及宣传使用力度，是极为关键的。刨煤机设备随着不断地更新换代已经能够适用于更加复杂多变的地质构造，最新的设备已达到3 m 的采高。因此刨煤机在今后的发展过程中，必将向着无人化，普适化方向发展，更加适用于不同的地质环境。相信在不久的将来，新型刨煤机设备将更广泛的应用于煤矿工作面的采煤工作当中。