連續(xù)采煤機(jī)

連續(xù)采煤機(jī)短壁開采技術(shù)經(jīng)過50多年的不斷研究與改進(jìn)，已形成了比較完善的短壁機(jī)械化采煤方法體系。在美國(guó)，采用短壁機(jī)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(zhǎng)壁綜采的發(fā)展，連續(xù)采煤機(jī)開采的產(chǎn)量有所回落，但1999年美國(guó)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(guó)均廣泛采用短壁機(jī)械化采煤，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。澳大利亞和南非兩國(guó)根據(jù)各自的煤層地質(zhì)條件，在美國(guó)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(zhǎng)壁式和房柱式2種采煤方法的優(yōu)點(diǎn)，從而擴(kuò)大了連續(xù)采煤機(jī)的應(yīng)用范圍，提高了資源回收率。

我國(guó)80年代曾從美國(guó)引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)30多臺(tái)，由于沒有引進(jìn)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(jìn)，連采機(jī)在煤巷掘進(jìn)及完成殘留煤柱的回收和對(duì)煤田邊角煤、條帶煤的開采方面顯示了它獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

實(shí)踐證明，連續(xù)采煤機(jī)短壁機(jī)械化采煤方法具備投資少、出煤快、機(jī)動(dòng)靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)械化程度高、用人少、效率高、效益好等特點(diǎn) 。

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

連續(xù)采煤機(jī)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(qiáng)度不能太低的礦井。

對(duì)全國(guó)45個(gè)礦務(wù)局158個(gè)礦井進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，完全適采煤層有94 個(gè)，可采儲(chǔ)量6.51億t，占選采煤層可采量的12%；基本適采煤層177個(gè)，可采儲(chǔ)量1.8×10⁹t，占選采煤層可采量的33%。連續(xù)采煤機(jī)噸煤成本一般低于普采，具有相當(dāng)于長(zhǎng)壁綜采水平且勞動(dòng)強(qiáng)度低于綜采。我國(guó)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(guó)相似的地質(zhì)條件，十分適宜使用連續(xù)采煤機(jī)，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(jī)的機(jī)動(dòng)、靈活開采。使用連續(xù)采煤機(jī)對(duì)解決“三下”采煤?jiǎn)栴}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(jī)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(zhǎng)壁工作面時(shí)，可保證工作面足夠風(fēng)量，對(duì)控制瓦斯積聚非常有利。

由此可看出，高效連續(xù)采煤機(jī)短壁采煤與長(zhǎng)壁采煤互相補(bǔ)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(guó)煤礦在這方面發(fā)展的主要因素 。

連續(xù)采煤機(jī)的設(shè)備投資小而效益高。在美國(guó)，一套中厚煤層連續(xù)采煤機(jī)及配套設(shè)備約需200萬美元，而一套長(zhǎng)壁綜采設(shè)備約需1000萬美元；在中厚煤層條件下，一套長(zhǎng)壁綜采設(shè)備日產(chǎn)約6000t，同樣條件下，一套連續(xù)采煤機(jī)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(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)回采和掘進(jìn)合一，礦井建設(shè)期短，出煤快；連續(xù)采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)靈活、搬遷快，對(duì)長(zhǎng)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(shì)；連續(xù)采煤機(jī)可用于巷道掘進(jìn)，同時(shí)又能適用于房柱式等方法回采，速度快、效率高。

從我國(guó)引進(jìn)連續(xù)采煤機(jī)使用效果不好的主要問題是: 連續(xù)采煤機(jī)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(hù)、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(jìn)的連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備在電氣防爆性能與我國(guó)防爆標(biāo)準(zhǔn)不一致；引進(jìn)的連續(xù)采煤機(jī)設(shè)備主要部件或零件在國(guó)內(nèi)買不到，備件進(jìn)口價(jià)格昂貴；國(guó)內(nèi)沒有對(duì)連續(xù)采煤機(jī)開采的成套技術(shù)進(jìn)行過系統(tǒng)研究；對(duì)回采工藝，支護(hù)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(jìn)行快速密閉，對(duì)通風(fēng)管理不利；對(duì)有自然發(fā)火危險(xiǎn)的礦井，煤體暴露多，帶來不安全隱患。

連續(xù)采煤機(jī)由截割部、裝煤部、運(yùn)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(jī)采用橫軸式滾筒截割機(jī)構(gòu)，由安裝在截割臂中的左右兩臺(tái)交流電機(jī)通過各自的扭矩限制器和齒輪減速箱驅(qū)動(dòng)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(tái)交流電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)。左右減速器還共同傳動(dòng)底軸，帶動(dòng)刮板輸送機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。裝載臂將滾筒割下的煤推到運(yùn)煤部的輸送機(jī)上去。

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

行走部分別由兩臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)左右履帶鏈。整個(gè)履帶驅(qū)動(dòng)裝置位于履帶架內(nèi)，履帶架為密封式，每個(gè)行走驅(qū)動(dòng)裝置可單獨(dú)操作，使采煤機(jī)能夠前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎或原地旋轉(zhuǎn)。直流電動(dòng)機(jī)的電源由可控硅整流器提供，它可實(shí)現(xiàn)無級(jí)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(guó)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(jì)，僅我國(guó)煤礦生產(chǎn)礦井“三下”壓煤量就達(dá)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(gè)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(dá)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(guó)“三下”壓煤總量的一半。山西省所屬7個(gè)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(gè)礦壓煤近2.0億t，其中五陽礦有36個(gè)村莊壓煤0.92億t，占全礦儲(chǔ)量的23.4%?！叭隆眽好?jiǎn)栴}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(jìn)入衰老報(bào)廢期，不僅給國(guó)家造成極大浪費(fèi)，還必將引發(fā)資源型城市可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)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(zhǎng)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(jìn)行，煤炭資源總量和適宜長(zhǎng)壁開采的儲(chǔ)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(duì)“三下”壓煤、不規(guī)則塊段及殘采區(qū)的采煤工藝研究對(duì)延長(zhǎng)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(jì)效益和最大限度地回收煤炭資源勢(shì)在必行。

連續(xù)采煤機(jī)掘進(jìn)過程分為“切槽”和“采垛”兩個(gè)工序，司機(jī)在激光指向儀的導(dǎo)向下，確定連續(xù)采煤機(jī)的進(jìn)刀位置，先在巷道的一側(cè)掘進(jìn)，按照巷道尺寸截割深度達(dá)循環(huán)進(jìn)度后退機(jī)，這一工序稱“切槽”工序。然后連采機(jī)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(jìn)度，這一工序稱為“采垛”工序。連續(xù)采煤機(jī)就是通過“切槽”和“采垛”工序來完成巷道的掘進(jìn)。無論是切槽還是采垛工序，連續(xù)采煤機(jī)截割時(shí)，首先連采機(jī)司機(jī)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(shí)，連采機(jī)稍向后移，割平底板，并裝完余煤，然后連采機(jī)再進(jìn)行下一個(gè)切割循環(huán)。連采機(jī)依此反復(fù)循環(huán)，完成切槽和采垛工序，直到一次掘進(jìn)進(jìn)尺達(dá)到規(guī)定的循環(huán)進(jìn)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(jī)， 設(shè)計(jì)中主要考慮了以下幾點(diǎn)；

(1)與連續(xù)采煤機(jī)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(jī)和梭車之外， 還有單獨(dú)可移動(dòng)式機(jī)攘設(shè)備， 根據(jù)過去的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)常與連續(xù)采煤機(jī)構(gòu)成一體而進(jìn)行動(dòng)作， 力求提高效率。

(2) 由連續(xù)采煤機(jī)液壓泵獲得液壓源

為了使該架棚機(jī)能夠達(dá)到類似井下工人操作時(shí)的動(dòng)作，采用容易改變運(yùn)動(dòng)方向的液壓作為驅(qū)動(dòng)源，考慮到空間的限箭，利用連續(xù)采煤機(jī)的液壓泵作為液壓源。

(3)具有8個(gè)自由度

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

① 架棚機(jī)主體行走千斤頂，

② 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤的電動(dòng)機(jī)，

③ 懸臂的上下千斤頂，

④ 擺動(dòng)懸臂的電動(dòng)機(jī)，

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(dòng)機(jī)，

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(duì)上述8個(gè)傳動(dòng)裝置進(jìn)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(jī)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(jī)能、可移動(dòng)范圍的同時(shí)，為使安裝和運(yùn)輸作業(yè)不受影響，在設(shè)計(jì)架棚機(jī)對(duì)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(jī)。實(shí)際工作67個(gè)班，更換支架213架，平均一個(gè)班3．2架 更換支架工作結(jié)束后， 連續(xù)采煤機(jī)進(jìn)行正常的切割工作，用架棚機(jī)共安裝支架249架。架棚機(jī)實(shí)際工作59個(gè)班，每個(gè)班平均架設(shè)支架4.2架。

使用架棚機(jī)所需時(shí)間約11分鐘，這與人工操作顯著不同。在設(shè)計(jì)階段，從緊貼在連續(xù)采煤機(jī)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(yùn)金屬支架的鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸車的想法。通過使用鏈?zhǔn)竭\(yùn)輸車，金屬支架的鉸接可在連續(xù)采煤機(jī)懸臂上進(jìn)行了，這樣槊棚機(jī)的動(dòng)作就簡(jiǎn)單了，并證實(shí)現(xiàn)場(chǎng)使用上無問題。

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