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user: 3. 达竹公司薄或极薄煤层机械化开采的发展历程 3.1. 达竹矿区基本情况 达竹矿区位于川东平行岭谷区，区内沟谷纵横，地质构造复杂，煤层赋存条件差，倾角变化大，缓倾斜、大倾角、急倾斜交错分布。厚度1 m以下的薄和极薄煤层分布广，一直是各矿的主采煤层。矿区0.8 m及以下的煤层储量占60%左右，0.8~1.3 m的煤层储量占20%左右。2005年以前，煤炭开采主要以炮采为主，机械化程度低、安全系数低、工作效率低、煤炭资源浪费严重，同时还存在用人多、安全事故时有发生的问题。2005年以后，逐步探索机械化开采，在中厚煤层、薄煤层、极薄煤层全面进行机械化升级改造，到2019年已基本告别炮采工艺，实现了80%以上综采，20%左右普采的局面，产量得到大幅提升，安全状况得到根本好转。 3.2. 达竹矿区普采试验 2005年开始，先后试验过液压牵引的爬底板采煤机、刨煤机、螺旋钻式采煤机，较炮采有一定优势，但由于这些设备对煤层变化适应性差、顶板管理难度依然很大，效率也不高，爬底板采煤机用得相对好一些。 1) 刨煤机 刨煤机是一种井下采煤工作面集落煤、装煤、运煤为一体的采煤机械。它能适应0.6~2 m的采高范围的近水平或缓倾斜煤层，条件好的可以配自动化综采工作面，也可配普采工作面；2005年到2007年曾在薄煤层用于普采工作面，在使用中存在一些问题：刨采面上下要人工开进刀缺口达7 m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2.5 m，对于采高低于0.8 m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，在没有综采支架、整体自动推溜技术配套的前提下，护顶难度大，准备工作量大，单产很难提高。在工作面有夹矸时，刨刀容易损坏，维修工作量大，效果均不理想。 2) ML-280螺旋钻采煤机 2011年达竹柏林矿在08210 (K18)工作面(煤层煤厚平均为0.4 m)进行过工业试验，试用了ML-280螺旋钻采煤机，其主要参数：钻头数量3个，防爆钻头直径425 mm，钻杆直径350 mm，钻杆转速60 r/min，钻杆推进速度：前进0~1.0 m/min，后退0~1.7 m/min，机组总功率280 KW。 虽然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、无其它设备、安全保障系数高、系统环节少、用人少、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(12 m 2 以上)，资源回收率较低(约60%左右)，更换钻杆工作量大，效率低，瓦斯管理难度大等缺点。煤层倾角越大设备占用的空间越大，一般倾角不大于25˚，工作面倾斜长度一般不大于60米，工作面单产水平较低，效果不佳，不能作为矿井主采工作面，因此螺旋钻采煤试验也不成功。 3) MG100-TP爬底板式单滚筒采煤机 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，更好地适应煤层薄特点，在0.53 m至0.8 m的极薄煤层中进行机采，经过几代改型，定型为MG100-TP。 MG100-TP爬底板采煤机是专为极薄煤层机械化而生产的单滚筒采煤机，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，其最大特点是煤沿螺旋滚筒输入装煤部，装煤部转入工作面刮板运输机。该机可以适用于倾角小于25˚，煤厚0.53~0.8 m的极薄煤层开采。从2006年开始引进，作为0.8 m以下采高工作面普采的重要机型，最高月产量达1.9万吨(采高0.75 m)，在采高0.55 m左右的工作面也有月产破万吨的纪录。 MG100-TP爬底板采煤机设计时间较早，该机结构为非对称布置，左右工作面各为一种机型，不能互换；整机为单电机驱动、液压牵引，由于传动效率低，装机功率小，对煤层倾角大、变化大的条件适应性差；滚筒装煤效果差，割煤后浮煤较多，需人工辅助装煤。还有断链的安全风险也比较大。 4) MG110/130-TPD型爬底板电牵引采煤机 针对MG100-TP采煤机存在的上述问题，与辽源煤机制造有限公司合作研制了MG110/130-TPD型爬底板电牵引采煤机，该机具有近距离遥控操作、多电机横向布置、摇臂有级调高、结构上下对称布置、装煤效果好等特点，很好地解决了MG100-TP采煤机存在的不足，2009年在小河嘴煤矿试验成功后，成为达竹薄煤层开采的主要机型，中山、白腊坪、金刚、斌郎等矿普遍推广使用，目前，云南、贵州、黑龙江等省均有使用。 在使用MG110/130-TPD采煤机的过程中又发现，倾角超过25˚时，遇到夹矸等地质复杂情况，显得牵引力(150 KN)、截割能力(110 KW)不足，装煤部小溜子螺旋伞齿轮故障率高。对MG110/130-TPD型采煤机再次升级为MG200/245-TPD，并与QJ-18.5型矿用变频调速同步绞车配套，适应倾角可达40˚，截割功率200 KW，牵引力220 KN、装煤部小溜子单独电机驱动，取消了螺旋伞齿。使该机型适应能力增强，可靠性又有较大的提高。 3.3. 薄和极薄煤层综合机械化试验 在薄及极煤层普采设备不断升级的同时，达竹公司开始试用薄煤层双滚筒采煤机，并采用综合机械化的开采方式。从2008年开始与多家厂商和科研院校进行合作，按照“一面一策”的思路，开发了适应不同采高和倾角等地质条件下的薄及极薄煤层的“三机”配套装备。 1) 倾角小于30˚综采试验 达竹公司遵循由易到难的原则，先在煤层倾角小于30˚的工作面试验综采，由于有普采的相关经验，采煤机适应能力是满足需求的，主要攻关方向就是降低高度，开发适宜的综采支架、采煤机、运输机“三机配套”。与上海天地、嘉华煤机、山东矿机、辽源煤机等厂家合作研发，2012年前开发的有ZQY2600/07/18型、ZQY2600/07/16D型、ZY2400/6.5/13型掩护式液压支架；MG100/238-WD型、MG110/265-BWD型、MG100/240-BWD采煤机；SGZ630/220型和SGB520/2×55型刮板输送机，形成了第一批次薄煤层综合机械化装备，实现了倾角小于30˚、采高0.9~1.5 m的工作面综采。应用于金刚、白腊坪、铁山南、小河嘴煤矿。 在0.9 m采高以上实现综采以后，目标确定在0.8 m及以下，与辽源煤机合作成功开发MG110/130-TPD型爬底板电牵引采煤机后，2009年与山东科大、山东矿机联合开发极薄煤层综合机械化开采技术和装备，成功研制ZY2400/5.5/12型掩护式液压支架和SGB520/2 × 55型刮板输送机，与MG110/130-TPD型爬底板电牵引采煤机完成三机配套，装备第一个极薄煤层综采工作面，在斌郎矿N2211工作面进行工业试验，并取得成功，实现采高0.75 m的工作面真正意义上的极薄煤层综采。 2) 大倾角综采试验 达竹第一个极薄煤层综合机械化工作面取得成功后，坚定了在极薄和薄煤层发展综合机械化的信心，开始攻克大倾角工作面综采难关。大倾角工作面相较于倾角小的难度在于如何解决支架防倒、防滑、运输机防坠；采煤机动力不足；润滑不到位；工作面防飞矸等问题。2010年与辽源煤机、山东矿机继续合作，开发适应倾角小于45˚，采高0.75~1.3 m的“大倾角极薄和薄煤层综合机械化高效成套装备”。2012年完成了“三机”工业试验样机，MG150/350-PWD型悬机身爬底板无链牵引双滚筒采煤机，ZYQ3200/6.5/15D型大倾角支架，SGZ630/132型刮板输送机，三机配套机面高度为523 mm，并在小河嘴煤矿4026和4028两个大倾角工作面进行工业试验，通过工业试验效果、效率不理想，主要存在MG150/350-PWD型爬底板采煤机因开路滚筒首先截割靠底板煤层，装煤通道不畅，装煤效果差，截割电机因堵转故障高，截割底板平整度控制难，跑底严重，导向滑靴、牵引部故障频繁，ZYQ3200/6.5/15D型大倾角支架超过40度时，防滑、调架、调推、抬底装置能力不能满足要求，SGZ630/132型刮板输送机挡矸装置不完备等。这套装备使用效果虽然不理想，但在这个过程中积累了相当丰富的经验。 3) 急倾斜综采试验 2017年达竹公司提出取消炮采工作面，严格控制高档普采要求，与生产厂家对采煤机、刮板输送机、支架进一步升级改造，采煤机牵引部行走轮增大齿轮模数，与之配套的销排节距由126增加到151，以适应45度以上倾角牵引强度要求。对采煤机摇臂齿轮箱润滑由飞溅式润滑改为强制润滑。对支架防滑、调架、调推、抬底装置油缸缸径增大机械强度，增加可调节的架前挡、架间挡装置等。 改进后对三机进行重新配套，一套由SGZ730/160型刮板输送机，ZYQ3200/08/17D改型大倾角支架、MG200/456-BWD型采煤机配套，机面高865 mm，适应倾角不大于45˚，采高0.85~1.5 m综合机械化装备，成功在斌郎矿3012和3014大倾角工作面使用，煤厚0.8 m，倾角35~50˚，采高控制在1.3 m以内。 一套由SGZ630/132改型刮板输送机，ZYQ3200/07/15型大倾角支架、MG2X100/446-WD型采煤机配套，机面高666 mm，适应倾角不大于45˚，采高0.85~1.8 m综合机械化装备，投入铁山南矿-2122工作面，小河嘴-1214工作面，工作面局部超过45˚，采高控制在1.2 m以内。 一套由SGZ730/160改型刮板输送机，ZYQ3200/09/17改型大倾角支架、MG2X160/710-WD3型采煤机配套，机面高760 mm，适应最大倾角55˚，采高0.9~1.35 m综合机械化装备，投入铁山南矿-1123(21)工作面(倾角40˚~55˚)，和斌郎-4016工作面(倾角38˚~56˚)，采高控制在1.3 m以内。 以上几套装备运用得比较成功，月推进80~100 m，产量稳定在3万吨以上。自此，达竹公司成功摸索出了一条薄及极薄煤层高效开采的道路，见表1，图1所示。 Table 1 Several typical supporting schemes of Dazhu Compan 序号 三机配套 机面高度(mm) 采高(m) 适应倾角 1 ZY2400/6.5/13型支架；SGB520/2×55型刮板输送机； MG110/130-TPD型或MG200/245-TPD采煤机；QJ-18.5型同步绞车 380 (490) 0.75 ≤25˚ 2 ZQY2600/07/18型支架；SGZ630/220型刮板输送机；MG100/240-BW型采煤机； 640 1.2 ≤30˚ 3 ZQY2600/07/18型支架；SGZ630/220型刮板输送机；MG200/460-BWD型采煤机； 666 1.2 ≤35˚ 4 ZQY3200/07/15型支架；SGZ630/220型刮板输送机；MG200/446-WD型采煤机； 705 1.2 ≤40˚ 5 ZQY3200/6.5/15D型支架；SGZ730/160型刮板输送机；MG200/456-BWD型采煤机； 865 1.3 ≤45˚ 6 ZQY3200/09/17型支架；SGZ730/160薄型刮板输送机；MG2X160/710-WD3型采煤机； 765 1.2 ≤55˚ 表1. 达竹公司成功的几套典型配套方案 图1. 综采工作面现场图