連續(xù)采煤機

連續(xù)采煤機短壁開采技術(shù)經(jīng)過50多年的不斷研究與改進，已形成了比較完善的短壁機械化采煤方法體系。在美國，采用短壁機械化采煤法的產(chǎn)量在井工采煤中一直領(lǐng)先，80年代中期占井工產(chǎn)量的70%以上，近年來，由于長壁綜采的發(fā)展，連續(xù)采煤機開采的產(chǎn)量有所回落，但1999年美國采用房柱式采出的煤量為2.21億t ，仍占井工煤炭產(chǎn)量的53%。澳大利亞、南非、印度及加拿大等國均廣泛采用短壁機械化采煤，取得了很好的經(jīng)濟效益。澳大利亞和南非兩國根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，在美國傳統(tǒng)房柱式采煤的基礎(chǔ)上成功地開發(fā)了旺格維利和西格瑪2種短壁采煤方法，兼取了長壁式和房柱式2種采煤方法的優(yōu)點，從而擴大了連續(xù)采煤機的應(yīng)用范圍，提高了資源回收率。

我國80年代曾從美國引進連續(xù)采煤機30多臺，由于沒有引進配套設(shè)備，未能體現(xiàn)該采煤法優(yōu)越性和得到成功推廣。90年代以來，由于注重配套設(shè)備的引進，連采機在煤巷掘進及完成殘留煤柱的回收和對煤田邊角煤、條帶煤的開采方面顯示了它獨特優(yōu)勢。

實踐證明，連續(xù)采煤機短壁機械化采煤方法具備投資少、出煤快、機動靈活、適應(yīng)性強、機械化程度高、用人少、效率高、效益好等特點 。

采煤機滾筒截割部的傳動系統(tǒng)：整個截割機構(gòu)安裝在懸臂架上，懸臂架由兩個銷軸鉸接在機身上。截割電機、截割部減速箱及截割滾筒作為一個整體，在兩個升降油缸作用下，繞鉸支點上下擺動，以調(diào)節(jié)采高。截割部左、右結(jié)構(gòu)對稱布置。電動機通過扭矩限制器、萬向聯(lián)軸節(jié)及齒輪驅(qū)動滾筒軸及外滾筒、內(nèi)滾筒旋轉(zhuǎn)。第一級齒輪有兩組不同齒數(shù)的齒輪，可使截割機構(gòu)的減速比分別為27.06和21.58，與不同轉(zhuǎn)速的電動機配合，可獲得三種滾筒轉(zhuǎn)速。

連續(xù)采煤機適用于埋藏深度小于500m，煤層厚度1.3～4m，傾角小于12°，煤層頂板中等穩(wěn)定以上，頂板允許暴露面積50m² ，可錨性好，底板抗壓強度不能太低的礦井。

對全國45個礦務(wù)局158個礦井進行分類統(tǒng)計，完全適采煤層有94 個，可采儲量6.51億t，占選采煤層可采量的12%；基本適采煤層177個，可采儲量1.8×10⁹t，占選采煤層可采量的33%。連續(xù)采煤機噸煤成本一般低于普采，具有相當(dāng)于長壁綜采水平且勞動強度低于綜采。我國煤田分布十分廣泛，煤層賦存條件多種多樣，許多礦區(qū)具有與美、澳等國相似的地質(zhì)條件，十分適宜使用連續(xù)采煤機，如大同、古交、黃陵、潞安等。地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜而無法布置正規(guī)綜采或普采的不規(guī)則地段或邊角地段的煤層，適合于連續(xù)采煤機的機動、靈活開采。使用連續(xù)采煤機對解決“三下”采煤問題是一條很好的途徑。它可用于村莊下壓煤煤柱的條帶法、房柱式法開采。連續(xù)采煤機與高產(chǎn)高效工作面配套有利于緩解采掘緊張，是高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展方向。多平巷開拓長壁工作面時，可保證工作面足夠風(fēng)量，對控制瓦斯積聚非常有利。

由此可看出，高效連續(xù)采煤機短壁采煤與長壁采煤互相補充構(gòu)成了現(xiàn)代大型礦井的最佳生產(chǎn)模式，而短壁綜采設(shè)備和成套工藝技術(shù)及巖層控制技術(shù)是制約我國煤礦在這方面發(fā)展的主要因素 。

連續(xù)采煤機的設(shè)備投資小而效益高。在美國，一套中厚煤層連續(xù)采煤機及配套設(shè)備約需200萬美元，而一套長壁綜采設(shè)備約需1000萬美元；在中厚煤層條件下，一套長壁綜采設(shè)備日產(chǎn)約6000t，同樣條件下，一套連續(xù)采煤機系統(tǒng)日產(chǎn)約1200 t，因而噸煤投資大體相當(dāng)。使用連續(xù)采煤機能夠?qū)崿F(xiàn)回采和掘進合一，礦井建設(shè)期短，出煤快；連續(xù)采煤機運轉(zhuǎn)靈活、搬遷快，對長壁綜采無法布置的邊角地段或不規(guī)則地段及村莊下壓煤煤柱回采更能顯示其優(yōu)勢；連續(xù)采煤機可用于巷道掘進，同時又能適用于房柱式等方法回采，速度快、效率高。

從我國引進連續(xù)采煤機使用效果不好的主要問題是: 連續(xù)采煤機及其配套設(shè)備體積大、噸位高，且有些設(shè)備（如梭車）不能解體，設(shè)備下井困難；缺乏支護、清道、除塵等方法的配套設(shè)備，生產(chǎn)能力受到一定限制；引進的連續(xù)采煤機設(shè)備在電氣防爆性能與我國防爆標(biāo)準不一致；引進的連續(xù)采煤機設(shè)備主要部件或零件在國內(nèi)買不到，備件進口價格昂貴；國內(nèi)沒有對連續(xù)采煤機開采的成套技術(shù)進行過系統(tǒng)研究；對回采工藝，支護方式和工藝及煤巖柱控制等相關(guān)問題沒有得到很好的解決；由于掘、錨分離作業(yè)，不得不多開聯(lián)絡(luò)巷，并進行快速密閉，對通風(fēng)管理不利；對有自然發(fā)火危險的礦井，煤體暴露多，帶來不安全隱患。

連續(xù)采煤機由截割部、裝煤部、運煤部和行走部以及液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。

該采煤機采用橫軸式滾筒截割機構(gòu)，由安裝在截割臂中的左右兩臺交流電機通過各自的扭矩限制器和齒輪減速箱驅(qū)動左右滾筒旋轉(zhuǎn)落煤。截割滾筒的升降由液壓缸控制。裝煤部由蟹爪式裝載臂和鏟煤板組成。左右蟹爪臂分別由兩臺交流電機經(jīng)減速器驅(qū)動。左右減速器還共同傳動底軸，帶動刮板輸送機運轉(zhuǎn)。裝載臂將滾筒割下的煤推到運煤部的輸送機上去。

運煤部是靠刮板輸送機運送煤炭，輸送機的刮板鏈由左、右側(cè)收集頭連接軸上的鏈輪驅(qū)動，將切割下的煤運到尾部，再轉(zhuǎn)載到后部輸送設(shè)備上去。刮板輸送機由帶扇形口的固定部分與擺動部分組成。擺動部分能向兩側(cè)各擺動45°，以適應(yīng)卸載點位置的變化，固定部分支承著擺動部分，并能適應(yīng)其擺動。

行走部分別由兩臺直流電動機驅(qū)動左右履帶鏈。整個履帶驅(qū)動裝置位于履帶架內(nèi)，履帶架為密封式，每個行走驅(qū)動裝置可單獨操作，使采煤機能夠前進、后退、轉(zhuǎn)彎或原地旋轉(zhuǎn)。直流電動機的電源由可控硅整流器提供，它可實現(xiàn)無級調(diào)速，而且調(diào)速性能良好。液壓系統(tǒng)是由雙齒輪泵和多組液壓缸組成的開式系統(tǒng)，用多路閥組控制和操作 。

我國煤炭資源分布甚廣，一些城市和村鎮(zhèn)的建筑物下、鐵路下、水體下壓煤量也很大。據(jù)不完全統(tǒng)計，僅我國煤礦生產(chǎn)礦井“三下”壓煤量就達137.9億t，其中建筑物下壓煤約87.7億t ，占“三下”壓煤總量的60 %左右，可供28個年產(chǎn)500萬t的大型礦井開采100 年。在人口密集、工業(yè)發(fā)達的河北、河南、山西、山東、遼寧、黑龍江、陜西及安徽8省建筑物下壓煤約64.7億t ，將近占全國“三下”壓煤總量的一半。山西省所屬7個礦務(wù)局井田內(nèi)壓煤近10億t，僅潞安礦區(qū)現(xiàn)生產(chǎn)的5個礦壓煤近2.0億t，其中五陽礦有36個村莊壓煤0.92億t，占全礦儲量的23.4%。“三下”壓煤問題造成采區(qū)工作面接續(xù)緊張、縮短礦區(qū)煤炭生產(chǎn)服務(wù)年限，使礦區(qū)過早地進入衰老報廢期，不僅給國家造成極大浪費，還必將引發(fā)資源型城市可持續(xù)發(fā)展的社會問題。

除“三下”壓煤外，礦井內(nèi)還有很多的不規(guī)則塊段以及殘采區(qū)，不能采用正規(guī)長壁綜采開采，包括正規(guī)綜采工作面回采后局部留下一些不規(guī)則區(qū)段，位于礦井邊界以及斷層等地質(zhì)構(gòu)造附近的煤炭。隨著礦區(qū)生產(chǎn)的不斷進行，煤炭資源總量和適宜長壁開采的儲量比例都在不斷減少。

因此，開展短壁開采成套設(shè)備與采煤技術(shù)的研究和對“三下”壓煤、不規(guī)則塊段及殘采區(qū)的采煤工藝研究對延長礦井服務(wù)年限，保持礦區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，不斷提高煤炭企業(yè)經(jīng)濟效益和最大限度地回收煤炭資源勢在必行。

連續(xù)采煤機掘進過程分為“切槽”和“采垛”兩個工序，司機在激光指向儀的導(dǎo)向下，確定連續(xù)采煤機的進刀位置，先在巷道的一側(cè)掘進，按照巷道尺寸截割深度達循環(huán)進度后退機，這一工序稱“切槽”工序。然后連采機退出，調(diào)整到巷道的另一側(cè)，再切割剩余的煤壁，使巷道掘至所要求的寬度和循環(huán)進度，這一工序稱為“采垛”工序。連續(xù)采煤機就是通過“切槽”和“采垛”工序來完成巷道的掘進。無論是切槽還是采垛工序，連續(xù)采煤機截割時，首先連采機司機將截割頭調(diào)整到巷道頂板，將截割頭切入煤體，切入深度不大于截割頭的直徑，然后逐漸調(diào)整截割頭高度，截割頭由上而下切割煤體，當(dāng)截割頭切到煤層底部時，連采機稍向后移，割平底板，并裝完余煤，然后連采機再進行下一個切割循環(huán)。連采機依此反復(fù)循環(huán)，完成切槽和采垛工序，直到一次掘進進尺達到規(guī)定的循環(huán)進度后轉(zhuǎn)移到鄰近巷道作業(yè) 。

作為煤礦安裝支架用的架棚機， 設(shè)計中主要考慮了以下幾點；

(1)與連續(xù)采煤機連接

在巷道寬5．4m、高約3m 有效斷面3．2m 的拱型支架內(nèi)， 除連續(xù)采煤機和梭車之外， 還有單獨可移動式機攘設(shè)備， 根據(jù)過去的經(jīng)驗，經(jīng)常與連續(xù)采煤機構(gòu)成一體而進行動作， 力求提高效率。

(2) 由連續(xù)采煤機液壓泵獲得液壓源

為了使該架棚機能夠達到類似井下工人操作時的動作，采用容易改變運動方向的液壓作為驅(qū)動源，考慮到空間的限箭，利用連續(xù)采煤機的液壓泵作為液壓源。

(3)具有8個自由度

安裝支腳時， 須貼緊己安裝的頂梁面， 在有效時間內(nèi)操作人員可根據(jù)自己的意志使機器進行徽動作。為了使安在連續(xù)采煤機橫向底座的金屬支架移動到工作面前端，安有下述8個傳動裝置。

① 架棚機主體行走千斤頂，

② 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的電動機，

③ 懸臂的上下千斤頂，

④ 擺動懸臂的電動機，

⑤ 懸臂伸縮千斤頂，

⑥瓣爪的上下千斤頂’

⑦ 旋轉(zhuǎn)夾具的電動機，

⑧夾具千斤頂。

(4)采用控制桿式操縱閥

熟練的操作人員可用操作閥來對上述8個傳動裝置進行操作，并可保證高速作業(yè)。

(5)安有監(jiān)控金屬支架的傳感器

在操作架棚機過程中，為了防止金屬支架從夾具上脫落， 要在史具中安裝壓力傳感器 以判斷金屬支架的工作狀況。

(6)盡量小型

在保證上述機能、可移動范圍的同時，為使安裝和運輸作業(yè)不受影響，在設(shè)計架棚機對應(yīng)盡量使其適用于薄煤層的小斷面巷道。

從今年開始在巷遭使用架棚機。實際工作67個班，更換支架213架，平均一個班3．2架 更換支架工作結(jié)束后， 連續(xù)采煤機進行正常的切割工作，用架棚機共安裝支架249架。架棚機實際工作59個班，每個班平均架設(shè)支架4.2架。

使用架棚機所需時間約11分鐘，這與人工操作顯著不同。在設(shè)計階段，從緊貼在連續(xù)采煤機橫向底板放置的金屬支架處開始安裝，但后來又產(chǎn)生了使用搬運金屬支架的鏈式運輸車的想法。通過使用鏈式運輸車，金屬支架的鉸接可在連續(xù)采煤機懸臂上進行了，這樣槊棚機的動作就簡單了，并證實現(xiàn)場使用上無問題。

安全方面的效果則不用說了，從對操作人員測試的結(jié)果看，可以放心的進行安裝作業(yè)。