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刨煤机在薄煤层采煤工作面的应用李国 （张家口煤矿机械有限责任公司，河北 张家口 075025）摘 要：薄煤层的安全高效开采是我国煤炭工业实现可持续发展的关键，刨煤机作为薄煤层开采的有效手段近年来在国内外得到广泛应用，本文通过对国内外刨煤机开发及应用情况的介绍，提出加快国产全自动刨煤机开发及应用的重要性和紧迫性。关键词：薄煤层；刨煤机；应用1 我国薄煤层开采的意义煤炭工业是我国重要的基础产业。长期以来，煤炭在我国一次能源生产和消费构成中均占2/3以上。我国煤炭资源丰富，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局不会改变。因此，要保证煤炭工业持续、稳定、健康发展，除继续建设高产高效矿井，提高采掘机械化水平，发展中、厚煤层一次采全高以及特厚煤层的放顶煤开采技术和装备外，研制开发适合我国国情的薄煤层开采技术和装备，不仅成为各煤矿亟待解决的问题，也成为我国煤炭工业研究探讨的重要课题，受到我国煤炭行业各方面的重视。我国薄煤层储量所占比重大，仅国有煤矿薄煤层储量比重就占20左右，地方煤矿薄煤层储量比重更大，且分布广泛，局部集中。如：薄煤层储量山东省占41，四川省占54.8，贵州省占46，阳泉、平顶山、徐州、开滦、铁法、七台河等大矿务局都占有较大的比例。由于煤层薄开采作业空间小，工作条件恶劣，掘进率高，回采效率低，经济效益差，除特殊短缺煤种外，大部分薄煤层被暂时放弃，薄煤层开采一直成为困扰我国煤炭行业的难题。由于薄煤层开采存在着政策、技术、装备等诸多问题，多年来在各煤矿未得到应有的重视，特别是进入市场经济后，煤炭企业往往为了追求好的经济效益，使得很多矿区薄煤层开采处于停滞甚至倒退状况。薄煤层开采的产量比重在20世纪70年代以前，保持在16%17之间，与薄煤层储量比例相近。80年代以来，中厚煤层机械化采煤技术快速发展，但薄煤层开采技术发展缓慢，薄煤层产量比重逐步下降，到1988年已降至10.93，到1996年只占7.32。随着各大煤矿中厚煤层的不断开采，薄煤层将逐渐增多，瓦斯突出问题越来越严重，有些矿已经到了不开解放层已无主采煤层可采的状况，如：兖矿集团目前薄煤层储量已占40以上。薄煤层不能及时合理开采，必然造成煤炭资源浪费，缩短矿井服务年限，影响矿区可持续发展。刨煤机作为一种“浅截深、多循环”的采煤设备，对薄煤层、瓦斯大的矿井具有特有的优势，而自动化工作面刨煤机不仅能达到高产，而且也能最大限度地保证人身安全。因此刨煤机将是实现薄煤层高产高效的有效途径。2 国外刨煤机的发展状况刨煤机采煤自20世纪40年代在德国问世以来，很快就得到推广和发展，成为薄煤层采煤机械化的强大支柱。原欧洲的主要产煤国德国、波兰、俄罗斯、法国、西班牙等，使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50以上。在德国，1.6 m以下的薄煤层中，几乎全部采用刨煤机采煤，在1.6 2.2 m中厚煤层中也大部分用刨煤机采煤，当煤层厚度超过2.5 m时，滚筒采煤机才占主要位置。据介绍，德国薄煤层1.8 m以下的30多个高产工作面中，只有1个滚筒采煤机工作面，其余全是刨煤机工作面，刨煤机的日产量可达5 000 t以上，年产量达200万t以上。在波兰，每年使用刨煤机的工作面平均65个。在俄罗斯，每年使用刨煤机的工作面达到150多个。澳大利亚、南非等主要产煤国薄煤层工作面也都使用了全自动化刨煤机。使用刨煤机效率最高的是美国，它的薄煤层刨煤机工作面年产量可达300万t以上。德国DBT公司是世界上研制刨煤机最早、产量最大、技术水平最高的一家公司，曾研制成功多种拖钩刨、滑行拖钩刨、滑行刨等机型。目前刨煤机的技术水平已发展到了采高0.63 m，截深最大可达300 mm，可刨煤硬度f=4，刨速最高可达3 m/min，刨链达42 mm，装机功率最大可达2800 kW，铺设长度达300 m。3 我国刨煤机发展现状中煤张家口煤矿机械有限责任公司从20世纪50年代末开始研制刨煤机，是我国最早的刨煤机生产厂，通过和科研院所的合作，在早期产品试验的基础上，经过多次改进，逐步得到发展。如：20世纪70年代初推出的MBJ2A拖钩刨，八十年代初研制的H26滑行刨，分别在徐州、韩城、阳泉、平顶山等矿使用，对当时的薄煤层开采起到了一定的推动作用。但由于其生产能力低，可靠性差，只相当于国外六、七十年代的水平，已不能满足煤炭开采高产高效发展的需要。“八五”期间，张家口煤矿机械厂承担了国家重点企业技术开发项目薄煤层采煤设备强力刨煤机及配套设备的研制工作。该刨煤机型号为BH34/2200型滑行刨，采高0.851.8 m，截深60 mm，刨煤硬度f3，刨链速为0.561.7 m/min，刨链为34 mm，配套输送机功率为2132 kW，链速0.95 m/min，输送能力700 t/h。该项目以自主开发为主，刨头与上海分院合作设计，1994年5月完成试制，9月开始在阳泉矿务局一矿投入工业性试验。由于大功率滑行刨煤机属于我国首次设计制造，虽经各方努力，取得了一定的成绩（最高日产1 630 t，最高月产30 540 t），但也暴露了设计、制造技术及配套设备等方面的诸多问题，试验过程中故障率较高，停机时间较长。主要反映在刨头运行阻力大，刨头底座和刨链磨损严重，多次出现集链爪断裂和断链事故，经常发生卡死刨头现象。造成问题的主要原因是： 刨头刨削及运行机理未吃透，部份结构不合理，关键部位设计强度低； 刨煤机滑架制造精度低、误差大，不能互换安装； 液压支架为普通支架，没有采用电液控制系统和定量推进，使截深难以控制。这台刨煤机在阳泉一矿只试采完1个工作面，后由于种种原因搁置。在此试验的基础上，通过总结经验，对刨头结构部分进行了改进，增加了强度，刨链增大到38 mm，输送机功率增大到2200 kW，型号改为BH38/2200。该刨煤机于1996年11月厂内铺试，因阳泉不用，一直搁置到1999年6月，改到双鸭山进行生产试验。但由于该矿为单体液压支柱支护工作面，且煤质硬等原因，出现了不能控制漂刀啃底及刨头强度弱等问题，试验未能取得成功，仅生产半个月就升井了。这样的结果直接导致国产刨煤机的发展受到沉重打击，从此走入低谷，几年来，刨煤机开发在我国基本处于停滞状态，与世界发达国家的差距也越来越大。 国内其他少数厂家生产的刨煤机功率都在2160 kW以下，也未能形成批量生产。真正实现薄煤层自动化工作面的刨煤机目前尚属空白。4 引进刨煤机的情况我国自20世纪60年代起，曾先后引进了一些国外刨煤机设备。如：1965年，平顶山矿务局引进德国D型后牵引刨煤机；1980年，徐州矿务局引进德国8/30前牵引滑行刨煤机；1989年，四川省新胜煤矿引进西班牙H300型后牵引拖钩刨煤机；1992年，四川省松藻矿务局引进德国布朗公司KHS2型紧凑型刨煤机；1993年，云南省后所煤矿引进德国GS34/4型滑行拖钩刨煤机；1993年，开滦矿务局从俄罗斯引进CH75型滑行刨煤机等。应该说，刨煤机的引进对我国刨煤机的发展起到了一定的借鉴和推动作用，但各矿引进刨煤机的应用效果有所不同，有的较好，产量、效率较高，消化了国外技术，但多数不太理想，产量、效率不高，未能坚持下来，究其原因也是多方面的，有煤层赋存条件不适合问题，有刨煤机性能和配套设备不合理问题，有主、辅巷道布置和采区各生产系统的能力不足问题，也有职工培训和管理问题，造成刨煤机一直未能得到广泛推广和应用，薄煤层刨煤机开采技术在我国长期处于落后状态。2000年铁法煤业（集团）有限责任公司采取“买核”引进、国内配套的方式引进1套德国DBT公司自动化刨煤机系统，引进设备为9-34Ve/4.7滑行刨煤机，采高0.8 1.675 m，电机功率2315 kW，生产能力900 t/h，配套输送机PF2.30/732，功率2315 kw。工作面远程控制系统采用PROMOS监控系统和PM4支架电液控制系统，技术配置真正实现了计算机远程控制和自动化操作，该套刨煤机 2001年1月在小青矿开始试生产，到2002年4月共用了3个工作面，除去倒面检修等停产时间，共生产271天，生产煤炭106万t，平均日产3 911 t，最高日产6 480 t，达到年产120150万t的水平，实现了薄煤层采煤高产高效的目的。铁法小青矿自动化刨煤机的成功使用，极大地提高了全国煤炭行业使用刨煤机的积极性，各矿对薄煤层开采也愈加重视。从20012005年，相继又有西山、铁法、晋城、大同、沈阳引进了8套自动化刨煤机，后期引进的刨煤机相对第1套技术性能又有了提高，采用的是GH938Ve/5.7型刨头，刨链为38 mm，功率为2400 kW，生产能力900 t/h；配套输送机型号为PF3/822，功率为2 400 kW，双中链34126 mm，采用交叉侧卸机头（第8套为端卸），并可以实现工作面自动化操作和远程控制。从目前使用情况来看效果较好，引进是成功的。5 加快开发国产自动化刨煤机目前，随着煤炭市场经济的变化，煤炭产业政策的调整及可持续发展战略的实施，对不可再生资源的保护和合理开采，有关薄煤层开采及薄煤层刨煤机的研究已重新提到日程上来，薄煤层高产高效工作面上自动化刨煤机已逐步形成共识，各大矿务局用户对开发国产刨煤机的呼声日趋强烈。目前，已有铁法、西山、晋城、大同、兖州、淮南、淄博、阳泉、沈阳等10多个矿务局引进或提出要引进刨煤机，其中有相当一部分矿对是引进刨煤机还是上国产刨煤机采取观望态度，也有一些矿（如四川广能集团）坚持要上国产自动化刨煤机。因此，市场需求潜力很大，前景看好。为此，如何加快开发自动化综采刨煤机和大力发展普采、高档普采系列化刨煤机已成为亟待解决的课题。与德国DBT公司相比，国产刨煤机从价格和服务上有其固有的优势。如引进的刨煤机系统（包括刨煤机、刮板输送机及自动控制系统）高达600800万欧元，备件及维修费用更高，而且不能得到及时供给。而国内同类设备价格只相当于其价格的1/31/2，技术服务和备件供应也快捷得多，如果国产刨煤机性能及可靠性能达到或接近引进刨煤机的水平，用户自然会优先选用国产刨煤机。中煤张家口煤矿机械有限责任公司隶属于中国中煤能源集团公司，是我国最大的集产品开发、设计、制造、服务于一体的煤矿井下成套输送设备制造企业。主要产品有煤矿井下采煤工作面用刮板输送机、桥式转载机、破碎机、刨煤机、液力耦合器等。刨煤机作为中煤张家口煤矿机械有限责任公司的传统产品，已累计生产180余台，但绝大多数为小功率的拖钩刨和滑行刨，生产能力低，只用于普采和高档普采工作面，并且多年来只是单台生产，质量得不到保证，缺乏竞争力，大功率自动化综采刨煤机现处于研试阶段。作为我国最大的刨煤机生产企业，我们有责任担负起我国薄煤层开采技术和设备发展的重任，不断提高自身的竞争能力，生产更多更好的刨煤机，以满足煤矿用户的需求。我公司有相对稳定的刨煤机研发人员，有多年的生产制造基础，有生产刨煤机主要部件的能力和装备，有丰富的使用经验。在引进德国DBT公司刨煤机过程中，对其刨煤机技术有了更深入的了解和消化吸收，为开发大功率刨煤机奠定了基础。从2003年开始，我公司与北京天地玛珂公司、北京煤机厂等单位合作，着手研制开发具有代表国际先进水平的自动刨煤机。由于北京天玛公司、北京煤机厂在开发液压支架及其电液控制系统方面有着比较成熟的经验，与其合作，可充分发挥各自的优势，做到优势互补。同时，我们也积极寻求国际合作，从而提高开发研制薄煤层自动化工作面刨煤机的水平，使我国开发研制的刨煤机在产品性能、可靠性、使用寿命指标上达到或接近世界先进水平。目前，我公司已相继参加了铁法、西山、晋城、大同、沈阳等局矿引进德国DBT公司8套刨煤机的技术谈判和技术配套，并承担了部分元部件及配套设备的制造，对其核心技术进行了充分消化吸收。同时与中国矿业大学、辽宁工程技术大学合作，进行了“刨煤机的力学分析及优化设计研究”等课题。初步完成了刨煤机设计计算系统，开始在刨煤机设计中进行验证。与北京天地玛珂公司、北京煤机厂合作初步确定刨煤机自动化综采工作面总体配套方案和各主要参数，开展了自动化刨煤机成套设备的总体方案设计和自动控制系统、电液控制系统的设计选型。2005年，我公司已完成自动化刨煤机的机械部分、液压部分的技术设计和图纸设计，其主要部件刨头及其运行轨道等关键部件已完成试制并进行了工艺性验证。我公司已多次接触不同矿区用户，进行产品的宣传，力争尽