薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势.pdf

第 48 卷第 3 期煤 炭 科 学 技 术Vol. 48 No. 3 2020 年3 月Coal Science and Technology Mar.2020 薄煤层开采技术与装备专题 【编者按】我国薄煤层煤炭资源可采储量达 61.5 亿 t 以上，占全部可采储量的 19％左右。 由于薄煤层开采地质 条件复杂，致使开采难度大、投入产出比低、采出率较低。 目前，薄煤层安全智能开采已受到广大煤炭生产企业 的高度重视。 为此，我国高等院校、科研院所及煤炭生产企业不断加强产学研用深度融合，共建开放合作的创 新研发平台，联合开展关键核心技术攻关，在薄煤层开采装备研发、智能综合集中控制技术、智能截割技术等方 面取得了诸多创新成果。 为促进薄煤层开采技术交流与发展，推进我国薄煤层安全、高效、智能化开采进程， 煤炭科学技术与中国煤炭工业协会科技发展部联合策划了“薄煤层开采技术与装备”专题，重点报道了薄煤 层高效开采与成套技术，薄煤层智能化工作面成套装备与技术，薄煤层采煤机、输送机研发等方面的最新研究 成果及进展，以飨读者，在此衷心感谢各位作者为专题撰稿 移动扫码阅读 杨生华，周永昌，芮 丰，等 . 薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势[J]. 煤炭科学技术，2020，48349- 58.doi10. 13199/ j. cnki. cst. 2020. 03. 003 YANG Shenghua，ZHOU Yongchang，RUI Feng，et al. Development trend of thin coal seam mining and complete equipmenttechnology [ J ] . CoalScienceandTechnology， 2020， 48 3 49 - 58. doi 10. 13199/ j. cnki. cst. 2020. 03. 003 薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势 杨生华，周永昌，芮 丰，张世洪 中煤科工集团上海有限公司，上海 200030 摘 要为了实现我国薄煤层高效开采，根据煤矿科学开采发展的要求，介绍了薄煤层开采与成套装 备技术发展和应用情况；指出滚筒采煤机、自动化刨煤机和连续采煤机以及无人工作面螺旋钻机开采 是薄煤层综合机械化开采技术，因此全面发展综采装备、尽快国产化是发展趋势，创新发展是薄煤层 开采和装备的发展方向；全面掌握刨煤机开采技术，加快刨煤机装备国产化，实现开采装备智能化；提 高薄煤层滚筒采煤机装备的创新速度，实现工作面装备高适应性、高性能和高可靠性以及智能化和无 人化；研制薄煤层连续采煤机，完成薄煤层开采装备充分国产化；推广螺旋钻机极薄煤层开采，进一步 完善螺旋钻机开采装备。 薄煤层开采技术向自动化无人工作面高产高效生产发展，而且薄煤层无煤 柱开采是发展趋势。 研究和发展高产高效工作面无人化薄煤层开采装备是当前的主要任务，高速高 效自动化、智能化、无人化滚筒采煤机开采装备和工作面巷道煤岩掘进装备是重要工作，为煤矿数字 化绿色开采、智能开采和可持续发展打下基础。 关键词薄煤层开采；无人工作面；滚筒采煤机；自动化刨煤机；连续采煤机；螺旋钻机；智能装备 中图分类号TD421 文献标志码A 文章编号0253-2336202003-0049-10 Development trend of thin coal seam mining and complete equipment technology YANG Shenghua，ZHOU Yongchang，RUI feng，ZHANG Shihong Shanghai Co.，Ltd.，China Coal Technology and Engineering Group，Shanghai 200030，China AbstractIn order to achieve efficient mining of thin coal seams in China，the development and application situation of technology of thin seam mining and complete equipment are introduced according to the requirements of scientific development of coal mining. It is pointed out that shearer，automatic plaugh and continuous miners and unmanned face auger is a comprehensive mechanized mining technology for thin coal seams，therefore the overall development of fully mechanized equipment and the localization is the development trendas soon as pos- sible，and the innovation development is the development direction of thin seam mining and equipment.Fully mastering the technology of plough mining，accelerating the localization of plough equipment，and realizing the intelligentization of mining equipment in order to im- prove the innovation speed of thin coal seam drum shearer equipment and achieve high adaptability，high perance and high reliability 收稿日期2019-10-12；责任编辑赵 瑞 基金项目中煤科工集团重点创新基金资助项目2018ZD003 作者简介杨生华1963，男，江苏盐城人，高级工程师。 E-mailyshcoal＠ 94 2020 年第 3 期煤 炭 科 学 技 术第 48 卷 of the workingsurface equipment. Developing a thin coal seam continuous miner and completing the localization of thin coal seam mining e- quipment to promote the mining of extremely thin coal seams in auger drilling machines and further improve the mining equipment of auger drilling rigs.The technology of thin seam mining has been developing into a high-yield and high-efficiency production of automated and unmanned working faces and the development of thin coal seams without coal pillars is a development trend. Research and development of high-yield and high-efficiency unmanned working face thin coal seam mining equipment is the main task at present，and high-speed，high -efficiency，automated，intelligent，unmanned shearer mining equipment and the coal - rock excavation equipment of working surface roadway are important work for coal mine to lay the foundation for digital green mining，intelligent mining and sustainable development. Key wordsthin seam mining;unmanned working face;shearer;automatic plough;continuous miner;auger drilling rigs;intelligent equipment 0 引 言 我国煤层规定小于 1.3 m 属于薄煤层， 1.33.5 m 为中厚煤层，3.5 m 以上为厚煤层。 据统计，我国 薄煤层煤炭资源储量约占总储量的 20％，薄煤层储 量达 3 500 亿 t 左右，85％以上的矿区均赋存有薄煤 层，有些矿井全部是薄煤层，目前薄煤层开采量仅占 总产量的 7％左右[1-2]。 为了保护煤炭资源，提高煤 炭回采率，我国煤炭法已经规定煤矿薄煤层要开采， 0.8 m 以上的煤层必须开采，0.8 m 以下的煤层鼓励 开采[3]。 由于薄煤层开发难度大，空间小，产量、效 率低，成本高，安全性能差，薄煤层开采一直是制约 煤炭企业生产可持续发展的难题[4-5]。 薄煤层包 括中厚较偏薄煤层重要特点是空间小，工作面 上人行走困难。 因此把 1.8 2.3 m 划分为厚薄煤 层，1.31.8 m 定义为准薄煤层，0.81.3 m 定义为 薄煤层;而小于 0.8 m 为极薄煤层，小于 0.6 m 为超 薄煤层，0.4 m 以下为特或太薄煤层;有利于研究和 发展薄煤层开采技术和装备。 经过“十五”、“十一五”和“十二五”的发展，薄 煤层开采技术已经取得很大进展。 铁法能源公司通 过高产高效的薄煤层开采途径，成功实施了从德国 DBT 公司引进核心技术与国产配套技术相结合的 方案。 试验成功了我国第一套薄煤层自动化刨煤机 组，并于 2000 年率先在小青矿 W-703 工作面成功 投入使用，填补了国内薄煤层高产高效机械化开采 的空白[6-7]。 神华集团神东煤炭分公司成功引进国 外滚筒采煤机综采自动化工作面成套装备开采中厚 较薄煤层，在榆家梁煤矿 44305 中厚较薄煤层工作 面获得年产 300 万 t 成绩[8]。 同时自主创新，成功 应用国产化综采工作面自动化技术，2009 年在石圪 台煤矿 71302 厚薄煤层工作面首试成功，填补了国 内空白。 新汶矿业集团引进薄煤层螺旋钻采煤机， 在消化吸收的基础上配套国产运输设备，在井下成 功完成了薄煤层螺旋钻无人开采技术研究，实现工 作面无人开采，取得了良好的经济效益[9]。 目前螺 旋钻采煤机不仅已经国产化，同时实现自主创新，新 的产品产量可以提高 1 倍以上，工效可提高 4 倍。 连续采煤机由于没有国产化薄煤层产品，也没有引 进与应用，但在巷道掘进和厚煤层开采取得很大成 功[10]。 目前薄煤层开采关键技术与装备在 863 计 划支持下，还需要进一步研究和发展，国产化和成套 化以及专业化是发展趋势[11-13]。 随着我国煤矿薄 煤层开采技术和装备的研究，我国煤矿将向绿色开 采和科学开采进一步发展[14-16]。 1 薄煤层开采综合机械化技术的发展 薄煤层综合机械化开采技术主要是长壁开采， 连续采煤机房柱式也可以开采，但采出率较低，我国 仅在神东煤炭集团厚煤层得到了一些应用和发 展[22-23]。 全自动化刨煤机、滚筒采煤机长壁开采技 术是薄煤层主要方法，而螺旋钻采煤机开采薄煤层 也已经逐步推广应用[17-20]。 全自动化刨煤机可以 开采 0.6 m 以上的煤层，生产率高，产量高。 滚筒采 煤机可以开采 0.45 m 以上的薄煤层，滚筒采煤机开 采特点是设备可靠性低，作业人员劳动强度大，安全 性低，产量低。 螺旋钻采煤机适合开采 0.51.0 m 薄煤层，它的特点是工作面无作业人员，工人劳动强 度小，生产安全，生产率比较高。 螺旋钻采煤机单机 生产，工作面没有其他设备，因此投资小，效益好，但 产量比长壁开采产量低很多。 目前国内长壁开采工 作面长度最大达到454 m，国外是481.58 m[21]，螺旋 钻采煤机上下转进分别为 85 m 和 45 m。 薄煤层开 采需要掘进煤岩巷道，掘进机是长壁和螺旋钻开采 的一个制约因素，因此薄煤层连续采煤机必须发展， 因为它不仅能够采煤而且能够高速掘进[22]。 1.1 全自动化刨煤机开采技术和装备 20 世纪 80 年末刨煤机在德国实现自动化长壁 生产后，全自动化刨煤机开采薄煤层得到发展。 德 国薄煤层几乎都是使用刨煤机开采。 由于全自动化 刨煤机长壁开采，工作面不需要作业人员，自动化实 现刨煤机连续刨煤，发挥了刨煤机功率大的优势。 每天刨煤机工作面前进速度大于滚筒采煤机工作面 20％40％，刨煤机开采薄煤层日产量达到 1 万 t 以 05 杨生华等薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势2020 年第 3 期 上，平均 5 000 t 以上，最高达 16 000 t 以上，1 m 以 下煤层也有 2 0003 000 t。 全自动化刨煤机是针 对薄煤层开采而发展的开采设备，薄煤层工作面无 人全自动化刨煤机工作面开采装备，可以开采 0.6 2.3 m 薄煤层。 在 1.8 m 以下的煤层全自动化刨煤 机优于滚筒采煤机开采，而 1.8 m 以上煤层全自动 化刨煤机没有优势。 滚筒采煤机和刨煤机安装功率 对采煤高度的比较如图 1 所示，SHEARER 600 1 800 kW 是 德 国 采 煤 机， MG500/1200 - WD 和 MG620/1660-WD 是我国正在开发的薄煤层滚筒采 煤机，分别开采 1.25 m 和 1.80 m 以上煤层。 由于刨煤机电动机安装在巷道，电动机功率不受 工作面的空间限制，因此在薄煤层中刨煤机安装功率 优于滚筒采煤机。 GH42 型自动化刨煤机工作面开采 装备在软硬煤中理论计算生产能力如图 2 所示，功率 为2800 kW，工作面长度为400 m，煤层厚度1.5 m。 图 1 滚筒采煤机和刨煤机安装功率对采煤高度的比较 Fig.1 Comparison of installation power of drum shearer and plough on mining height 图 2 GH42 刨煤机在软硬煤中生产能力 Fig.2 Production capabilities of GH42 plough in softer and hard coal 图 2 显示如果刨煤机每天有效工作 10 h，产量 达 2.2 万 t硬煤和 3.8 万 t软煤，显然刨煤机装 备潜力很大。 2012 年据卡特彼勒CAT报道，在波 兰 Bogdanka 矿 CAT GH1600 刨煤机长壁系统创造 了单日产量 24 400 t 的记录，而采高只有 1.63 m，刨 煤机工作面日推进了 27.0 m。 2012 年 8 月，美国 Pinnacle 煤矿也使用 CAT GH1600 长壁刨煤机日产 量达 29 420 t，2014 年 4 月再创纪录达 32 411 t，这个 纪录的工作面长298 m，采高仅1.42 m，刨煤机和输送 机装机功率均为2600 kW，经计算工作面日推进56.7 m。 刨煤机日产量实际使用和理论计算达到一致，发 挥了功率大和自动化的能力。 使用刨煤机长壁自动 化工作面生产，薄煤层年产可达 200 万 t，准薄煤层可 达 300 万 t 以上。 刨煤机长壁开采还有一个显著的 优点是能够适应高瓦斯矿井开采，同时开采的煤炭质 量好于滚筒采煤机。 但刨煤机长壁开采地质适应性 差，对顶底板要求比较高，巷道掘进量大，同时不适合 变化比较大的煤层开采。 2015 年 CAT 公司又新研制了 GH800B 长壁刨 煤系统，改进了长壁刨煤系统的铠装工作面输送机 和支架顶梁及其之间的连接。 GH800B 刨煤机的机 身，可截割的煤层厚度为 0.75 1.55 m。 在德国 Ibbenbren 煤矿井下 1 m 煤层运行后，除了日产量 大外，其运行和维护成本也比邻近采煤工作面降低 约 50％。 每天推进长度高达 10 m，CAT 刨煤机设备 主要技术参数见表 1。 表 1 国外刨煤机主要技术参数 Table 1 Main technical parameters of foreign plough 刨煤机型号RHH800GH800BGH1600 截割高度/ m0.61.60.920.751.551.02.3 设计长度/ m400400400 适应煤层倾角/ 606060 煤层硬度软-硬软-硬中硬-极硬 装机功率/ kW240024002800 最大刨速/ ms -1 2.53.03.6 最大刨深/ mm150180250 生产能力/ th -1 750∗1 700∗3 500∗ 配套输送机PF3/822PF3/932PF4/1032 液压支架ZY4400/5.5/12 ZY5200/08/18 ZY6400/09/20D 注∗为同样煤层硬度估算。 我国铁法能源公司 0.81.6 m 厚的薄煤层应用 全自动化刨煤开采技术，取得了较丰硕的成果。 截 至 2014 年末，全公司拥有德国 DBT 刨煤机 4 套及 国产化刨煤机 1 套，分布在小青煤矿、晓南煤矿、大 明煤矿、晓明煤矿、大兴煤矿开采 0.81.6 m 厚的薄 煤层，共回采薄煤层工作面 37 个，累计生产煤炭 1 495.5万 t，创出最高日产 9 126 t、最高月产 16.56 万 t 和 平 均 月 产 13. 2 万 t 的 好 成 绩。 大 兴 矿 15 2020 年第 3 期煤 炭 科 学 技 术第 48 卷 N1E902 工作面煤层厚度平均 0.9 m，日进尺最高 10 m、产量 3 000 t，平均日进尺 8 m，平均单产 2 500 t/ d，平均月产 7.5 万 t，实际回采煤炭 12.67 万 t，实 现了安全高效的目标[23]。 2010 年三一重工集团的国产化刨煤机在晓明 煤矿应用，2010 年 11 月 5 日正式开采出煤，截至 2011 年3 月5 日，累计推进390 m，生产原煤14.3 万 t，实际生产天数为 68 d。 平均日产量 2 100 t，最高 日推进 8.6 m，最高日产量 3 163.5 t，该套设备开采 了 2 个工作面[24]。 2015 年三一重工集团刨煤机组 在陕西府谷县试产成功，该套设备在瑞丰煤矿 3 号 煤层进行薄煤层开采。 瑞丰煤矿 3-1 号煤层的 3103 工作面，工作面长度 240 m，工作面走向长度 2 580 m，煤层平均厚度 1.4 m，工作面储量 110 万 t。 平均日产 3 037 t，刨煤机工作面创造了连续 8 个月 月产 6 万 t 以上，工作面月推进约 130 m [25]。 2016 年由中国煤矿机械装备有限责任公司牵头承担的国 家“863 计划”课题全自动化刨煤机工作面成套设 备研发及应用顺利通过国家科技部组织的技术验 收。 该课题在刨煤机刨削机理与煤层可刨性研究、 刨煤机的研制、刨煤机工作面液压支架的研制、刨煤 机工作面全自动化控制系统开发及全自动化刨煤机 开采工艺研究等 5 个方面取得突破。 由张家口煤矿 机械有限责任公司以下简称张煤机公司制造的 设备在南梁煤矿试用，煤层平均厚度 1.40 m，倾角 13，煤层普氏系数3，黏度大。 刨煤机工作面长 度 150 m，推进长度 600 m。 取得了最大产量 380 t/ h，最大班产量 900 t 的成绩，成套设备的生产能力 能够达到 80 万100 万 t/ a 的要求[26]，国内刨煤机 装备主要技术参数见表 2。 表 2 国内刨煤机装备主要技术参数 Table 2 Main technical parameters of domestic plough 设备厂家及三一重工集团张煤机公司 型号BH38BH42BH38 截割高度/ m0.82.01.02.31.21.8 设计长度/ m300300300 适应煤层倾角/ 252525 煤层普氏系数软-硬中硬-极硬软-硬 装机功率/ kW240021 0002400 最大刨速/ ms -1 2.03.61.76 最大刨深/ mm120120 生产能力/ th -1 1 0001 5001 200 配套输送机SGZ800/2400SGZ1000/2000SGZ800/2400 液压支架ZY5200/08/18 ZY6400/09/20D ZY5200/08/18 目前国产全自动化刨煤机成套装备不完善，核 心技术没有完全掌握，可靠性差。 性能与国外相比 还有很大差距，价格贵，很难推广和应用。 1.2 滚筒采煤机开采技术和装备 滚筒采煤机在厚煤层大采高成功应用，年产 600 万 t、800 万 t、1 000 万 t、1 500 万 t 的工作面相 继出现。 薄煤层开采技术通过开发薄煤层滚筒采煤 机、提高开采设备功率和采用工作面装备自动化智 能化技术得到发展。 将滚筒采煤机截割电动机和牵引电动机布置在 输送机铲煤板上方，降低机身高度，可开采 0.8 m 以 上的薄煤层骑输送机式滚筒采煤机，如 MG100/238。 完全爬底板式链式牵引单滚筒采煤机MG110/130、 MG200/245可开采极薄煤层，但不能完全综合机械 化，在工作面机头或机尾需要人工辅助开采。 摇臂采 用双电动机和机身放在煤壁侧，截割功率分别提高 1 倍和 80％，提高了薄煤层滚筒采煤机工作面开采能 力，摇臂双电动机还可以开采薄和准薄煤层MG200/ 446、MG400/870以及厚薄煤层MG400/890925， 悬机身滚筒采煤机可开采薄煤层MG160/385和极 薄煤层MG150/421。 滚筒采煤机还可以薄采厚，即 薄煤层破顶破底开采，极薄煤层年产可达 30 万 t最 大采高1.1 m，薄煤层可以年产60 万 t 以上采高1.2 m。 极薄煤层综合机械化开采年产达 20 万 t 以上， 四川达竹煤电集团有限责任公司极薄煤层开采技术 较为先进，先后使用爬底板单滚筒采煤机和悬机身双 滚筒采煤机开采极薄煤层，取得了成功，发展了极薄 煤层综采技术，产量从 15 万 t 提高到 20 万30 万 t， 成本降低 38％以上。 工作面液压支架采用电液控制器，实现自动化， 减少了工作面作业人员，提高了生产率。 大功率滚 筒采煤机和电液控制器支架能够实现薄煤层年产 100 万 t，完全自动化工作面在厚薄煤层中可实现年 产 300 万 t，薄煤层数字化无人化滚筒采煤机工作面 开采技术，在工作面长度仅 150 m，采高 1.3 m，年产 达 140 万 t。 第一个自动化智能化薄煤层工作面于 2013 年 11 月在陕西煤业化工集团的黄陵矿业一号 煤矿 1001 工作面投入使用[27-28]，煤层厚度为 1.2 2.4 m，平均 1.8 m。 自动化智能化薄煤层工作面能 够实现“有人安全值守，无人跟机作业”的自动化开 采目标，日产量 6 0007 000 t，单月生产原煤达到 了 17 万 t，年产达到 180 万 t 以上，实现了薄煤层开 采高产高效的目标。 2017 年 11 月，山东能源枣庄 矿业集团滨湖煤矿薄煤层全部实现自动化采煤，智 能化综采工作面生产工序由原来的 2 名煤机司机跟 机操作、6 名支架工分段跟机拉架，变为 1 人远程操 控，2 人工作面巡视。 经过对工作面岗位进行重新 25 杨生华等薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势2020 年第 3 期 核算，仅需 26 名职工，即可完成当天的正常生产，较 传统工作面减少岗位工 104 余人，劳动用工压缩了 80％，回采工效达每工 110 t 以上，人均工效增幅 400％。 因此薄煤层滚筒采煤机可以综合机械化、自 动化、智能化和数字化无人化开采，但目前我国智能 化无人开采技术尚处于起步阶段，与智能化、自适 应、无人操作等目标还存在着较大差距。 国内薄和 极薄煤层滚筒采煤机工作面设备技术参数分别见表 3、表 4，国外和国内中厚较薄煤层滚筒采煤机工作 面设备技术参数分别见表 5、表 6。 艾柯夫 Eickhoff 2012 年开始开发新型的 SL300L 薄煤层采煤机，并在 2015 年北京国际煤炭 采矿技术交流及设备展览会上展示了 SL300L 采煤 机模型， SL300L 是爬底板式采煤机，机身悬空于煤 壁侧，通过过桥连接采空区的牵引部。 采煤机配备 了各类传感器和摄像头，可以实现自动化开采。 SL300 L 采煤机拥有实现远程操作的最先进自动化 方案和考虑周全的结构设计，能够实现很高的开机 率，且只需要极短的维修时间。 2013 年 JOY 公司也 开发了薄煤层采煤机 7LS0，最低采高达 1.3 m，机身 半悬空于煤壁侧。 SL300 L 和 7LS0 能够有效开采 准薄煤层，年产量可达 200 万300 万 t。 波兰柯派 克斯集团2013 年开发了黑龙系统 GU-500，GU-500 采煤机的牵引类似刨煤机，是一种外牵引滚筒采煤 机，但还没有得到有效应用。 表 3 薄煤层滚筒采煤机技术参数 Table 3 Technical parameters of shearer for thin coal seam 型号 MG180/420- BWD MG200/446- WD1 MG200/446- WD 装机功率/ kW420445.5445.5 截割功率/ kW2180220022100 牵引功率/ kW230220220 机面高度/ mm661674595734690 过煤高度/ mm319181256 采高/ m0.851.40.91.40.91.8 牵引速度/ mmin -1 07.66.2/10.35.7/9.5 牵引力/ kN405.46350/210367/220 滚筒直径/ mm0.80.80.85 滚筒转速/ rmin -1 57.778.562.0 截深/ m0.630.630.63 布置方式机身在煤壁机身在煤壁骑输送机 质量/ t252121 配套输送机SGZ630/264SGZ630/320SGZ630/320 液压支架ZY2600/07/14 ZY3400/07/15 ZY3400/07/15 表 4 极薄煤层滚筒采煤机技术参数 Table 4 Technical parameters of shearer for ultra thin coal seam 采煤机型号 MG110/130- TP MG150/421- PFD MG160/385- PWD 装机功率/ kW130421385 截割功率/ kW1102150160 牵引功率/ kW18.5255230 机面高度/ mm380570550 过煤高度/ mm300320 采高/ m0.520.800.81.40.71.3 牵引速度/ mmin -1 05.840110-7-14 牵引力/ kN1502240450/220 滚筒直径/ mm5200.80.65 滚筒转速/ rmin -1 95.3116.081.0 截深/ m0.600.630.63 布置方式爬底板机身在煤壁爬底板 质量/ t1016 配套输送机SGB-520/110SGZ730/320SGZ630/264 液压支架ZY2800/04/09 ZY3400/6.5/14 ZY2000/06/13 表 5 国外中厚较薄煤层滚筒采煤机技术参数 Table 5 Technical parameters of shearer for medium thickness and thin coal seam at abroad 采煤机型号SL300 L7LS0GUL-500 装机功率/ kW690830633 截割功率 kW23002335500 牵引功率/ kW230260260 机身高度/ mm750950890850 机身宽度/ m2.6853.0002.341 整机长度/ m10.9511.1513.728 采高/ m1.21.81.32.01.11.7 牵引速度/ mmin -1 0102501127 牵引力/ kN6262 320 滚筒直径/ mm1.11.31.21.6 滚筒转速/ rmin -1 466258 截深/ m0.80.80.6，0.8 布置方式机身在煤壁机身在煤壁机身在煤壁 质量/ t35404519.2 配套输送机SGZ730/800SGZ800/800S-850N 液压支架ZY4400/10/19 ZY6800/ 12/24 TAGOR 085/ 16-POz 在“十五”期间，在国家项目支持下创新开发了 截割电动机纵向布置在煤壁侧的 MG100/238-WD 薄煤层采煤机，并在 6 个煤矿得到应用，随后开发了 MG180/420-BWD 过桥式薄煤层采煤机，在多个煤 矿得到应用。 悬机身薄煤层采煤机还得到进一步开 35 2020 年第 3 期煤 炭 科 学 技 术第 48 卷 发和发展，如 MG160/385-PWD、MG210/485-PWD、 MG200/446-WD1 和 MG450/1050-WD。 其中悬机 身采煤机 MG450/1050-WD 在伊泰集团宝山煤矿 2 个月试生产，推进 340 m，平均采高 1.25 m，工作面 长度 240 m，月产原煤 8 万 t，平均日产 3 400 t，最高 日产 4 000 t，在采用智能化生产后，产量还会提高。 表 6 国内中厚较薄煤层滚筒采煤机技术参数 Table 6 Technical parameters of shearer for medium thickness and thin coal seam in China 采煤机型号 MG400/890- WD MG400/925- AWD MG330/725- PWD 装机功率/ kW890925725 截割功率/ kW2220022200330 牵引功率/ kW240255230 机身高度/ mm890930900725800 采高/ m1.252.41.252.61.12.0 牵引速度/ mmin -1 0911.3/19.0 牵引力/ kN491525 /315 滚筒直径/ mm1.251.251.10 滚筒转速/ rmin -1 50 截深/ m0.80.80.8 布置方式骑输送机骑输送机爬底板 质量/ t3535 配套输送机 SGZ730/ 4002 SGZ800/ 5252 SGZ730/ 4002 液压支架ZY4400/10/19ZY6800/12/24 ZY4400/10/19 1.3 连续采煤机开采技术和装备 在厚煤层中连续采煤机可以掘进巷道煤巷， 为长壁工作面开采准备，也可以进行短壁开采，例如 房柱式开采条带式、旺格维利和块段式短壁开采 方法，开采边角煤、不规则煤层以及煤柱等。 块段 式短壁开采，使用 4 台履带式行走液压支架，采出率 从 40％或 60％提高到 75％。 神东矿区结合自身特 点，在成功引进国外先进成套连续采煤机开采装备 的基础上，开创了神东模式的“旺格维利”开采技 术，并且通过引进线性支架得到进一步发展。 随着 垮落法连续采煤机开采工艺的发展，在薄煤层和中 厚煤层中同样可以使用连续采煤机开采。 国外不仅有成熟的连续采煤机系列产品如小 松 KomatsuJOY、CAT、Sandvik、Eickhoff 等公司的 产品，而且后配套产品齐全，薄煤层连续采煤机产 品系列化和成套化，开采技术应用成熟。 连续采煤 机开采按照运输分为间断和连续方式，连续运输开 采产量提高 1 倍以上。 国外 CAT 公司有薄煤层开 采连续采煤机产品 CM200 系列，CM210图 3最小 采高达 0.76 m，已经在 0.86 m 厚的煤层开采实践 过，如图 4 所示。 显然国外已经使用连续采煤机开 采薄煤层，国内还没有应用和发展，采用薄煤层线性 支架垮落法开采，采区采出率会更高。 JOY 公司 4FCT 连续运输技术能有效增强开采作业安全和提 高生产效率，在美国伊利诺伊州煤田安装的 4FCT 用 于房柱式开采，煤层采高 2.4 m，最高月产量达到 182 300 t。 美国 GE 公司研制的 F330 薄煤层连续 采煤机最小可采 0.61m 厚煤层，其霍尔马克连运系 统高度达到 0.66 m 以及其生产的薄煤层铲运车等， 已经将薄煤层连续采煤机成套化。 Eickhoff 有连续 采煤机系列产品，如 CM2H-30 采高 1.4 3.0 m; Sandvik 没有薄煤层产品。 图 3 CM210 最小采高 0.76 m 薄煤层连续采煤机 Fig.3 CM210 thin seam continuous miner with minimum cutting height of 0.76 m 图 4 CM210 连续采煤机在 0.86 m 厚的煤层开采中的应用 Fig.4 Application of CM210 continuous miner in coal seam mining with thickness of 0.86 m 国内薄煤层连续采煤机开采技术，由于采出率 低和掘进率高，加上国内还没有成套产品，影响了连 续采煤机开采技术在薄煤层中的应用和发展。 目前 中国煤炭工集团太原研究院已经开发了 E340B 中 厚较薄煤层连续采煤机，采高 1.32.5 m，对薄煤层 开采有一定的促进作用。 国内外薄煤层连续采煤机 产品技术参数和配套装备见表 7。 薄煤层连续采煤 机不仅是开采设备，同时又是快速掘进设备，对薄煤 层开采有重大制约作用，因此我国发展薄煤层连续 采煤机意义深远。 1.4 螺旋钻采煤机开采技术 薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术是指工人不 进入回采工作面，而是利用螺旋钻采煤机在巷道内 完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各工序，使薄煤 层工作面复杂的回采工艺简单化。 老式三轴联动式 45 杨生华等薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势2020 年第 3 期 螺旋钻采煤机引进乌克兰生产的 BSHK2DM， 两边轴为可旋转的螺旋钻杆，用于向外排煤，中间轴 为不可旋转的通风管道，用于向钻孔内通风、供水。 由 2 台 110 kW 电动机分别驱动两边的螺旋杆钻 进，中间钻头通过头部齿轮传动箱由一侧钻杆提供 动力，实现三轴联动钻进。 BSHK-2DM 采煤机一次 采宽 2 m，采深上采 85 m，下采 45 m，适用于 0.6 1.0 m煤层倾角 15以下的各种硬度薄煤层，单机设 计日产量可达250350 t。 表 7 国内外薄煤层连续采煤机技术参数 Table 7 Technical parameters of thin seam continuous miner at home and abroad 采煤机型号CM210CM220CM235CM24014CM9A1