极薄煤层机械化开采技术应用研究(报告)

分类号 密集 编号

四川达竹煤电（集团）有限责任公司

科学技术报告

极薄煤层机械化开采技术应用研究

主研人员 谢成地 冯 春 王六宽 杨纯华

胡光军 邬应权 唐文章

工作完成日期：2007年 月 报告提交日期：2008年2月

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极薄煤层机械化开采技术应用研究 四川达竹柏林矿业有限公司

【摘要】本文介绍了

的难题，取得了较好的效果。

MG100-TP 型单滚筒爬底板采煤机在四川达竹柏林矿业有限公

司极薄煤层采煤工作面的使用情况。使用MG100-TP机组，解决了该公司极薄煤层机械化开采

关键词：极薄煤层 机械化 开采技术 应用研究 一、概况 (一)企业概况

四川达竹柏林矿业有限公司为四川煤炭产业集团下属四川达竹煤电（集团）有限责任公司所属子公司，具有独立采矿权人的生产原煤为主的国有煤炭企业。

四川达竹柏林矿业有限公司位于四川省大竹县柏林镇内，井田属达县、渠县、大竹县三县接合地带，距大竹县城30km，距达州市60km。

四川达竹柏林矿业有限公司原系乡镇煤矿，于1969年6月由重庆煤矿设计院按21万t/a生产能力进行改建设计，1972年由川煤六处进行井巷工程及地面工程施工，1972年12月26日投产，核定生产能力21万t/ a。1986年扩建为30万t/a，至2006年已完成矿井运输系统、通风系统、主提升系统和矿井供电系统的改造，同时通过近几年对矿井主要生产系统进行调整和生产工艺改革，矿井的生产能力大幅度提高，2007年核定生产能力为36万t/a。

矿井井田内含煤地层为须家河组一、三、五、七段，可采和局部可采煤层共5层（K18、K24、K25、K26、K27），总厚0.35～5.1m。

至2007年末，矿井工业储量为13970kt，可采储量为

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11531kt。

（二）极薄煤层储量、顶板及使用机组前采用的采煤工艺： 1、柏林公司目前开采的K18、K24、K25煤层，均为煤厚在0.80m以下的极薄煤层，储量345.1万吨，占矿井可采储量的29.93%。

2、煤层顶底板情况：

K25煤层：位于（J3xj7-1）含煤带顶部，顶、底板以泥岩或砂质泥岩为主。

K24煤层：位于（J3xj7-1）含煤带上部，顶、底板多为泥岩，少数为砂质泥岩。

K18煤层：位于（J3xj5-3）含煤带中部，顶底板以泥岩、砂质泥岩为主。

3、矿井开采的K18、045采区K24、K25煤层，均为煤厚0.6 m以下的极薄煤层，最薄的煤厚只有0.44m。由于煤层薄，多年来一直采用炮采和最原始的手工开采，由于作业空间小，工作条件十分恶劣，劳动强度相当大，采煤工作面用人多，材料消耗高，产量低、工效低，安全状况也不好，发展采煤机械化迫在眉睫。二是劳动力日趋紧张，愿意从事重体力劳动的采煤工越来越少，招工难度也相当大。

（三）极薄煤层机组选型：

实现薄煤层特别是极薄煤层机械化开采技术一直是柏林公司研究探讨的重要难题。2001～2005年，公司前后三次试用了截煤机、ZB2型采煤机和刨煤机，由于煤层条件和设备等诸多因素影响，都没有取得成功。目前对于中厚、厚煤层机械化开采工艺，国家早有定型装备，

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而极薄煤层机械化开采装备选择余地有限。经过考察研究，目前国内在薄煤层和极薄煤层机械化开采方面主要有：

1、螺旋钻机无人工作面的开采：回采工作面上无人，而是由螺旋钻机全部完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各个工序，工作面的设备检修也都在工作面以外的巷道中进行。该采煤方法具有工作面内无人员、无设备、安全保障系数高、系统环节少、用人少、掘进率少、设备配置少、材料消耗少等优点。但存在设备初期投资大，巷道施工断面大（12m2以上），资源回收率较低等缺点。

2、刨煤机：刨煤机是一种井下采煤工作面集落煤、装煤、运煤自动化为一体的采煤机械。其原理是有落煤功能的刨头以安设在刮板运输机前沿的滑架作导轨，滑架内安设有上、下两层矿用圆环链，下链与刨头两端相连，并顺滑架延伸至机头、机尾，在绕过机头、机尾传动装置的链轮后与上链相连，形成无极链传动系统。机头、机尾各安设一台同步运行的电动机，电机运转时，圆环链牵引刨头在滑架上滑动。刨头滑行时其上的刨刀截割煤壁，刨落下的煤在刨头犁形斜面的作用下装入刮板运输机部分，并由该输送机运出工作面。但刨采面上下缺口达7m以上，机头（尾）传动装置占位较宽，无法直接用支柱护顶的最大宽度达2.5m，对于采高低于0.8m的极薄煤层，上下缺口需挑顶，工作量较大，加之设备频繁移动，护顶难度也加大。

3、爬底板式采煤机：从20世纪80年代起，永荣矿务局便开始针对自身煤层的赋存条件，将采煤机在截装部、电动部、牵引部三个方面重新设计，研制出新一代爬底板滚筒式采煤机组，更好地适应了该

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局煤层薄、机组负荷大的特点，在0.4m至0.6m的极薄煤层中进行机采，有效地提高了回收率。经过几代改型，现已定型为MG100-TP。

MG100-TP爬底板采煤机专为极薄煤层机械化而生产的新一代采煤机，它主要由牵引部、电动部、截装部以及导向、外部防尘、底托板等附件组成。采用侧面固定单滚筒，锚链牵引，沿煤层倾斜爬底板穿梭割煤，煤沿螺旋滚筒输入装煤部，装煤部转入工作面刮板运输机。

（四）MG100-TP采煤机在永荣矿业公司永川煤矿使用情况 2006年3月，柏林公司组织人员对永荣矿业公司永川煤矿极薄煤层采煤机组进行了考察学习，永川煤矿年设计能力30万吨/a，井田内可采煤层仅有一层，煤层厚度0.48~0.6m，煤层倾角为18~20度，煤层直接顶板和底板均为深灰色砂质泥岩。

该矿极薄煤层采煤机械化起步较早，应用技术比较成熟。目前矿上有四个采煤工作面，两个工作面使用MG100-TP采煤机割煤，采煤机滚筒直径550～580mm，滚筒长度850mm，截深800mm，工作面运煤为SGWD-17B型刮板运输机运煤，HZJA-650型摩擦支柱支护顶板，采煤机工作面单产7000吨/个/月以上，回采工效4.2吨/工以上。

通过以上分析比较，决定选用MG100-TP 爬底板式采煤机，在柏林公司-2427和0838采煤工作面试用。

（五）试采工作面采煤机采煤情况

柏林公司从2006年5月下旬和10月开始分别在-2427工作面和0838工作面引进使用了重庆永荣煤机制造公司的MG100-TP （YRG3-100）型单滚筒爬底板采煤机。

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-2427工作面煤厚0.74～0.90m，平均0.85m，倾角18～20，平均19；0838工作面煤厚0.52～0.66m，平均0.60m，倾角18～21，平均20，2427工作面配备的滚筒直径680mm，截深800mm。0838工作面配备的滚筒直径580mm，截深800mm。经过几个月的试用，两工作面都取得了较好的效果，月单产达到了7000吨左右。

（六） 极薄煤层采煤工作面概况

0452工作面位于±0m水平045采区北翼第一区段，为045采区K24煤层首采工作面，工作面煤厚0.48～0.54m，平均0.53m，倾角26～28，平均27，设计走向长度620m，倾斜长度平均115m。工作面采用走向长壁后退式开采，即由北往南推进。至2006年12月，已炮采推进226m。

0836工作面位于±0m水平K18煤层083采区第三区段北翼，工作面煤厚0.19～0.61m，平均0.56m，煤层倾角22～24，平均23，设计走向长度574m，倾斜长度平均87m。工作面采用走向长壁后退式开采，即由北往南推进。

二、采煤机主要结构、参数与滚筒配置情况 1、结构与工作原理

它由牵引部、电动部、截装部以及导向、防尘、底托板等附件组成。采用侧面固定单滚筒。锚链牵引，沿煤层倾斜爬底板穿梭割煤，煤沿螺旋滚筒输入装煤部，装煤部转入工作面运输机。

2、电动机为两端偏心130出轴，分别传动牵引部。

牵引部为液压传动，电动机通过齿轮联轴器将动力传动到Ⅰ轴，

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Ⅰ轴齿轮同时带动辅助泵及主油泵齿轮，辅助泵，主油泵开始供油，主油泵与马达形成闭合回路。将机械能转为压力能，通过三级减速，主链轮转动，沿着牵引链爬行，从而实现了采煤机的牵引。

电机的另一端通过一对齿轮联轴器到Ⅰ轴，再经过一对弧伞齿，三对直齿迂回传动到螺旋滚筒大轴，大轴转动，带动螺旋实现割煤，大轴轴端通过一对直伞齿到装煤部链轮，从而实现转载煤。

采煤机机身长3848mm，宽910mm，高380mm（含底托板30mm），整机重量约7000Kg，电机功率100KW，生产能力75～100t/小时，采煤机采用双向采煤，人工跟机清理浮煤。牵引速度0～3m/min，采煤机正常截煤时的牵引速度控制在1m/min左右。

3、采煤机的特点

该采煤机具有三个显著特点：一是在大倾角（30以下）极薄煤层（煤厚0.4m～0.8m）的恶劣地质条件下，适应性更强。二是解决了过去采煤机牵引部小牙箱和液压系统升温快、温度高，从而导致机械故障多的难题。该机最大牵引力可达12吨，牵引速度最高达3m/min，采煤推进度可加快10％～25％。三是装煤部箱体和截煤部箱体焊接为整体，增强了设备的稳固性和安全可靠性。

4、采煤机的主要优点

MG100—TP型采煤机主要具有以下优点：

（1）采用液压牵引，具有过负荷液压保护功能，且液压元件性能较可靠，切实起到了保护采煤机截割部和电动部的作用。

（2）三大部件采用高强度液压螺栓联接，螺栓预紧力达到采煤机

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设计要求，避免了采煤机在运行中三大部件联接松动造成采煤机损坏的问题。

（3）机身低、窄 、短，箱体强度高，机组功率大，牵引速度平滑可调，适应最低采高530mm，更有利于极薄煤层的机械化开采。

（4）截割部箱体为整体结构，运行中箱体不会变形，各齿轮、轴、轴承强度高，特别是Ⅰ、Ⅱ轴圆弧伞齿轮不易损坏。

（5）对工作面运输设备、支护装备的配套要求不高，极易组成极薄煤层普采和高档普采，工作面配备设备费用较低。

（6）装煤部小溜子采用工字链上运煤方式，运行维护费用低，故障率低，工字链使用寿命提高两倍，提高了小溜子的运行可靠性。

（7）牵引部液压系统为闭式循环，辅泵的油先通过冷却再进入系统，冷却效果好，油箱温度在50℃以下，保证了液压系统元件工作性能的要求。

5、机组本身存在的不足：

（1）由于是固定滚筒，且南北不能调向，只有一个方向采煤，左采煤机只能用于左工作面。右采煤机只能用于右工作面。

（2）对采高变化和坡度变化适应性较差。特别是在巷道压力大，风巷断面较小的-2427采煤工作面，每更换一次机组或换一次滚筒，花费的时间较长。

（3）采煤机运行周期较短，稍大一点的故障要出井检修，所以不能单台机组运行。

（4）厂家提供的锚链强度较低，易断链，链轮硬度较差。

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（5）工作面地质变化较大时，如过断层和褶曲，只能采取放炮处理，对机组运行有一定影响。 6、采煤机滚筒配置

0452工作面配备的滚筒直径530mm，截深800mm。0836工作面配备的滚筒直径580mm，截深800mm。每台机组都在井下配备一个备用滚筒，便于及时更换。

三、采煤机组采煤情况 1、采煤工艺

工作面以MG100—TP型采煤机、SGB-420/30P型刮板运输机、乳化液泵站、金属摩擦支柱组成极薄煤层普采工作面配套设备。

（1）采煤。采煤机双向采煤，人工跟机清理浮煤。正常截煤时，采煤机牵引速度一般控制在1m/min左右，小时生产能力可达45t/h。上、下超前缺口采用爆破法。

（2）装煤、运煤。采煤机本身带有装煤机构，由螺旋滚筒从煤壁上切割下的煤，通过装煤机构转载到工作面输送机上，浮煤由人工清理。机巷用SDW-650/30型皮带运输机配合SGB-620/40T型刮板运输机运至采区运输机上山，经SGB-620/40T型刮板运输机运至采区煤仓。

（3）工作面支护及采空区处理

两工作面均采用HZJA-550或HZJA-650金属摩擦支柱支护顶板，使用HSY-5升柱器支柱。除密集支柱外，均采用木挑板戴帽，木挑板

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沿走向布置。密集支柱采用木楔点柱支护。劳动组织。工作面采用“四．五”排控顶，推进度0.80m，放顶步距0.80m。

工作面采用单排密集支柱切顶，全部垮落法处理采空区。 ④工作面采煤工艺流程图

爆破法作上、下超前缺口 整体移溜 机组上行割煤 人工追机临时支护、收浮煤 回柱放顶 掺基本支柱 2、工作面布置

（1）采煤工作面布置平面图(图1) （2）采煤工作面布置剖面图（图2） （3）工作面支护参数

工作面采用“四．五”排控顶，见五回一，推进度0.8m，放顶步距0.8m。其支护参数见表1。

表1 工作面支护参数表

名 称 单柱 距 机 道 人 行 道 密 集 柱 距 位m m m m 数量0.7 0.98 0.80 0.35 名称 单位 m m m m 数量3.90 3.10 0.80 0.52 最大控顶距 最小控顶距 材料道 溜子道 （4）采煤机进刀方式及上下缺口布置

采煤机采用缺口直接推入法进刀，下超前缺口斜长不小于3.0m，上缺口斜长不小于5.0m，超前距离不小于1.6m，采用打眼爆破做出。

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图1 机采工作面平面布置图1:100 JH-8稳固绞车 回 风 巷 栅栏 ≥5.0m 0.7m 0.35m A 1.6m A＇ B 96m B＇ 1.6m 3.0m 机 巷

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≮1.5m 0.6m

图2 工作面剖面图1：50 最大控顶距A—A＇剖面图 980 520 800 3900 800 800 最小控顶距B—B＇剖面图 980 520 3100 800 800 3、工作面机械、电器配备及供电系统 （1） 工作面机械、电器设备配备

表2工作面机械、电器设备配备表

数 设备名称 规格及型号 量 刮板运输机 SGB-420/30P 皮带机 煤电钻 稳车 采煤机 泵站

备用量 电机功率 2 1 2 1 1 1 -12-

用 途 工作面、机巷运煤 机巷运煤 超前缺口打眼 稳固采煤机 工作面采煤用 向单体液压支柱供液 2 1 30kW 30kW 1.2kW 100kW 37kW SGD-650/30 MZ-12 JH-8 MG100-TP 泵XRB2B，箱XRXTA QBZ-120或磁力起动器 QJZ-315 综合保护器 ZZ8L-2.5 3 2 溜子和采煤机开关用 煤电钻综合保护 （2）工作面供电系统（见图3） 4、生产组织管理 （1）工作面循环安排

1)循环方式：自采自准，综合工种作业，多循环方式。 2)循环进度：循环进度0.8m，日进2.4～4.0m。 3)说明：

工作面昼夜3～5个循环，每班完成上下缺口、运传料、割煤、收浮煤、移溜、支柱、码矸石带和回柱放顶等工作。

（2）劳动组织及出勤表

工作面采用两班采煤，边采边准作业方式，实际出勤59人。采煤工作面人员配备见表3。

5、采煤机割煤情况

对0452、0836工作面自使用机组以来每月的割煤刀数和产量做了统计,为了便于对比，将0452自2006年5月开采以来炮采月进度和产量也作了统计（见表4）。

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图3 机采工作面供电系统示意图 来自±0中变6KV BGP12-6N 100A BGP12-6N 50A 采区变电所 KS7-315/6/0.69 KS7-50/6/0.69 BKD9-200 DW80-200 BKD9-200 BKD9-200 100A 100A 瓦斯断电仪 局扇备用 瓦斯电闭锁 BKD9-400 350A DW80-350 BKP9-200 BKD9-400 350A 300A 备用 QJZ-315 QBZ-120 QBZ-120 ZZBL-2.5 50×500 400A 100A 30A S﹦1295A XRB2B YRG3-100 JH-8 MZ-1.2 稳车 煤电钻 乳化泵 采煤机 BKD9-200 BKD9-200 140A 160A ZZBL-2.5 QBZ-120 QBZ-120 QBZ-120 35×500 100A 35×120 35×100 100A 100A S﹦698A SGB-420/30 工作面溜子 SGB-420/30 SDW-650/30 顺槽溜子 皮带运输机 MZ-1.2 煤电钻综保

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表3 工作面人员配备表

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 工 种 割煤司机 跟机工 稳车工 刮板司机 皮带司机 综合工种 缺口砂带 值班 合 计 人员配备（人） 一 1 1 1 3 1 12 3 1 24 二 1 1 1 3 1 12 3 1 24 辅助 11 小计 2 2 2 6 2 24 6 2 59 表4 0452采煤情况统计表

0452机采(2007年1～9月) 月份 进刀(次) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 34 19 41 36 38 53 89 92 82 产量(t) 2177 1170 2637 2287 2471 3448 6030 6164 0452炮采(2006年5～12月) 月份 5 6 7 8 9 10 11 12 进度(m) 19 31 32 31 27 35 39 12 产量(t) 1491 2315 2389 2222 1975 2836 3445 984 备注 5605(20天) 合计

31989 226 17657 -15-

业，专业工种分工作业，采煤工只管采煤和打临时支柱，有专门的移溜工、支回柱工。工作面溜子采用人工解体移溜，工序时间相对较长。

使用机组后，工作面采用综合工种作业，综合班完成割煤、打跟机支柱、收浮煤、移溜、支回柱等工序。

同时，工作面新铺设一液压管路，采用单体液压支柱作推溜器，整体完成溜子的推移，大大缩减了移溜时间。

为了最大限度地发挥工作面的生产能力，工作面各工序尽量采用平行交叉作业。

八、 采煤机使用中出现的主要问题及采取的措施

通过安装、调试和一年多的运行，对MG100-TP爬底式

采煤机运行中的出现的问题，归纳总结如下：

1、防滑问题

当倾角大于15°时，采煤机必须设防滑装置。一般采用带有离合器的JH-8型回柱绞车改装成稳车，作用机组的防滑装置，并在上行割煤时由稳车钢丝绳向上带采煤机缆线，下行割煤时，打开离合器，缆线随机组下行自动下放。稳车钢丝绳的直径为12.5mm或15 .5mm。

防滑的关键是要作好上行割煤时牵引锚链的稳固，在机尾巷道至少要打两根以上的单体支柱作稳固柱，并且选择顶板比较完好的地点。

煤层倾角较大时（25°以上），选择了强度较高的Φ18

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×64“D”型矿用圆环链作牵引锚链，减少了因断链造成机组下滑的次数。

稳车的稳固一般采用矿用Φ18×64圆环链作地锚，加单体支柱进行稳固。

2、跑底、飘刀问题

底板起伏不平，或者底板浮煤过多，易造成采煤机跑底、飘刀，造成留底煤和啃顶板。在机组开始使用的一段时间内，经常发生跑底问题，为了解决此类问题，公司组织技术人员现场跟班，一是要求机道浮煤必须清理干净，二是采用垫机和近距离用单体支柱压锚链，迫使机组滚筒位置下降，解决了现场存在跑底问题。

3、采煤机截深的控制问题

（1）机道要控制一致，不得小于950mm，大于1000mm，否则会造成机身过不了和截深达不到要求。

（2）及时更换端面齿。端面齿磨损后，应及时更换，否则将端面齿座磨环，无法上截齿而影响截深。一般煤层软时两个循环更换一次，煤层硬时每刀煤就要更换一次。

（3）防止机组通过时刮板运输机移位。摩擦支柱工作面每隔5～10m要用单体支柱在刮板运输机靠采空区侧打好稳固支柱，防止运输机移位而造成截深不够。

4、采煤机滚筒配置问题：

爬底式采煤机为固定滚筒，不可调高，要根据煤层采高

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情况配置合适的滚筒。滚筒最小直径为530mm，最大不能超过800mm，直径过小机身无法通过，过大采煤机负荷增加，故障率增高。

5、缆线保护问题

采煤机电缆沿工作面布置，作上超前缺口放炮时，很容易伤及采煤机缆线。为此，采用2吋旧钢管，剖成长500mm～800mm的“C”型短节，放炮时盖住电缆，再在上面铺一层木板或粉煤，以达到保护缆线的目的。

工作面沿途缆线通过的地方要清除障碍物，同时要有人巡查，一但发现问题及时通知司机停机，进行处理。

6、顶板破碎条件下的顶板管理：

由于采煤机本身占用的机道宽度，加上截深，割煤后空顶距离达2200～2400mm，对破碎顶板的管理非常不利。

（1）及时停机打跟机支柱，减少顶板悬空的时间。 （2）割煤时溜子靠煤壁侧支柱应边割边替换。 （4）割煤司机只能在人行道跟机操作。

（5）金属摩擦支柱工作面使用液压升柱器升柱。 （6）有条件时采用内注式单体液压支柱支护顶板，逐步淘汰金属摩擦支柱。

九、对采煤机的一些改进

根据柏林公司井下使用条件，对MG100-TP型采煤机在以下几方面进行了改进：

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1、对滚筒齿座角度进行了改进。

厂家提供的齿座角度不能适应柏林公司煤层条件，造成切割进度达不到要求，因此将端面齿角度进行了调整，基本达到循环进度要求。

2、对滚筒齿座高度进行了改进。

-2427工作面K24煤层底板有10～ 20cm的硬炭，采煤机运行容易飘刀，造成底板硬炭割不起来，通过将齿座加高1cm（滚筒直径增加2cm）,基本解决了问题。

3、装煤部工字链销轴挡圈易掉，把销轴加长改为上开口销。

4、为适应滚筒变化，自行加工了过渡底盘。 5、根据滚筒变化，自行加工挡煤扳 6、支撑杆及座子重新加工，增加其强度。 十、机组维修及管理制度 1、维修：

公司专门成立了采煤机包机组，由机电队负责管理，一共10人，专门负责采煤机的维护，其中电工4人，钳工6人。

2、管理制度：

公司为了使用、维护好采煤机，做到各尽其责，出台了一系列管理制度：

《采煤机日常检修内容》、《采煤机检修工职责》、《采煤

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机操作规程》、《采煤机维修职责划分》、《采煤机检修质量标准》。

十一、社会经济效益

MG100-TP型爬底式采煤机在柏林公司极薄煤层工作面的使用，解决了该公司的极薄煤层采煤机械化开采的难题。通过一年多的运行表明，该机组在倾角30度以下、煤厚0.8m以下的极薄煤层使用是是可行和可靠的。柏林公司使用爬底式采煤机达到了减人提效，提高了工作面单产水平的目的，同时减少了极薄煤层采煤工作面顶板事故的发生，取得了预期的经济效果。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kni6.html