我国短壁综合机械化技术与装备发展前景

张忠国
(煤炭科学研究总院太原分院,山西太原030006)
摘要:本文就我国短壁综合机械化技术与装备的目前状况,适用场合,与进口设备的综合比较,市场前景等几个方面进行了论述.以连续采煤机及其配套设备为主要手段的短壁综合机械化开采技术作为长壁开采的补充,在采煤准备巷道,不规则块段及"三下"开采等方面均成为提高矿井综合效益不可或缺的技术和装备.

1. 我国短壁综合机械化开采技术的现状
        短壁开采包含房式,房柱式,旺格维利,和短长
壁等开采技术.以连续采煤机及其配套设备为手段
的短壁机械化采煤技术主要特点有:设备投资少,一
般一套设备仅为同类长壁综采价格的1/3一1/5;采
掘合一;机动灵活,工作面布置方式多,适应于不规
则块段及"三下"开采.
上世纪80年代以来,由于长壁综采的开采效率
迅速提高,一井一面的生产模式普遍推广,同时对矿
井的生产接续提出了更高的要求.连续采煤机为代
表的短壁开采技术在煤巷掘进中的优势突出,可完
成准备巷道的快速掘进,效率比国内普遍采用的悬
臂式掘进机高3-4倍;另外,其工作面布置灵活,开
采效率高,可迅速回收井田不规则块段,解放主采煤
层,回收边角煤.因此使用连续采煤机进行快速掘
进与进行短壁开采可充分解放矿井生产力,成为大
型现代化矿井通用的配置方案.
为学习国外经验,我国自上世纪70年代末开始
引进连续采煤机.大同矿务局大斗沟煤矿使用
JOY12CM型连续采煤机进行刀柱式开采,年产量达
35万t,曾创造了月进2187m单巷掘进的全国纪
录;山西雁北地区马口煤矿使用连续采煤机在小窑
破坏区回收煤柱,年产达7万t;山西大同市姜家湾
矿使用连续采煤机条带式采煤法开采,月产达2.5
万t,发挥了连续采煤机采掘合一,机动灵活的优
点.由于只是单机引进,设备及采煤工艺不配套,未
取得普遍的成功.进人90年代,我国又陆续引进了
18套连续采煤机及其配套设备.由于注重了成套
技术与装备同时引进,应用效果显著.自1995年开
始,神东公司结合矿区地质特点将连续采煤机成套
技术与装备用于大型矿井的快速掘进与短壁开采,
2003年第5期煤矿机电33
目前已全面掌握了连续采煤机应用技术.在运用
12CM18一101)连续采煤机和运煤车在18m1断面
掘进中,平均月进尺在2000m以上;榆家梁煤矿月
进尺2705m创造了2002年世界记录;上湾矿2003
年1月使用连续运输系统作为连续采煤机的后配套
设备实现煤巷掘进4656.的好成绩;在上湾煤矿采
用旺格维利采煤法,用连续采煤机与连续运输系统
等设备配套,在短壁综采工作面年生产原煤219万
t;用连续采煤机与运煤车等设备配套,在短壁综采
工作面年生产原煤101万t,均创造了同类机型
2002年世界最好成绩.同时工作面回采率达7096
以上,节约了宝贵的煤炭资源.回采工作面效率达
到119.8t/工 do
我国对于短壁机械化开采技术的研究以及对连
续采煤机及其配套设备的开发工作起步较晚,同类
产品长期空白.自上世纪80年代末,煤科总院太原
分院对连续采煤机的开发进行了多次论证与方案设
计,完成了"连续采煤机采煤方法研究";小型连续
采煤机开发的部件设计;采掘锚机组的前期研究.
1993年开始,神东煤炭有限公司与煤科总院太原分
院进行合作,开发短壁机械化开采技术以及连续采
煤机及其配套设备的制造技术.依托神东公司的技
术与装备资源,成功研制了XZ7000/24/45型履带
式行走支架和LY1500/865一10型连续运输系统等
设备,并在神东,充州等大型矿区的应用中获得成
功.
进和回采速度,有利于顶板垮落,保证了工作面安全
生产. 2000年8月,神东公司首先在大柳塔矿短壁机
械化回采工作面试用履带式行走液压支架(运煤车
运输),实行无煤柱或小煤皮双翼回采,并一次试用
成功.双翼开采单机最高月产114437t,最高日产
5696.4t,工作面直接工效达90. 75t/工 d.回采率
由仓房式炮采的30%提高到750.6,最高可达87%,
矿井工效达30 - 50t/工 d.双翼短壁机械化开采
留设煤柱及采空区示意图如图1所示
2短壁综合机械化技术与装备的适用条件(采煤工
艺,设备配套,地质条件)
短壁采煤法与长壁采煤法的主要区别是:工作
面采用的通风方式及其管理不同,前者一般需要采
用部分局部通风;主要机械设备均能自己行走;在区
段划分上,一般要形成一个100m X 20m的短壁回采
区域,煤柱回收后,顶板类似长壁工作面一样充分冒
落,使煤房,煤柱的回采避开支承压力高峰区.
神东公司先后采用过单翼短壁和双翼短壁机械
化采煤法.在无履带式行走液压支架的情况下,当
顶板较为破碎时,回采中顶板容易离层冒落,两侧进
刀安全无保障,故只能采用单翼进刀.单翼进刀煤
柱留设大,回采效率低,万吨掘进率高.双翼短壁采
煤法在回收条带煤柱时,采用双翼切割煤柱,并采用
履带式行走液压支架支护顶板,取消了0.9m宽的
煤皮,改留设3.3m X 3. 3m的正方形煤柱,加快了掘
图1双皿短盛机械化开采留设煤柱及采空区示意图
2001年初神东公司首次在上湾矿采用连续采
煤机,履带式行走液压支架和连续运输系统相配套
的短壁机械化开采方式,在短短三个月内创出了月
产原煤12.6万t的新纪录,最高日产6448t,直接工
效达161. 2t/I " d.连续运输系统的运用,使短壁
机械化开采进入一个崭新的阶段.
短壁机械化开采常用机械配置按运煤方式分,
一般有两种:一种是连续采煤机一运煤车(梭车)一
给料破碎机一带式输送机;另一种是连续采煤机一
连续运输系统一带式输送机.锚杆钻车,履带式行
走液压支架,铲车均是必须配备的掘进,回采,支护,
巷道清理和辅料运输设备.在选择运煤系统时,应
根据矿井的具体条件选择相应的配套设备,连续运
输系统适用于中等稳定顶板,对顶板的完整性要求
较高;底板要求稳固,平整,无积水,坡度小于120,
对底板比压0. 157MPa;煤层为近水平煤层,巷道宽
度要求5.5-6m.运煤车运煤系统适用于中等稳定
顶板;底板要求稳固,平整,无积水,坡度小于60,对
底板比压0. 731 MPa;煤层同样为近水平煤层,巷道
宽度要求大于4.6m.
神东公司几年来对短壁机械化开采技术的实践
证明,短壁机械化开采的适用条件主要是:
(1)顶板静压力较小的煤层,对多煤层开采区,
煤层间隔距离越大对下层煤层回采越有利;
(2)煤厚适中且较为稳定,工作面最好布置在
煤矿机电3003年第5期
不含有较厚夹研层且厚度在2-4. 5m的煤层中;
(3)近水平煤层,工作面适宜布置在小于8.的
近水平煤层中,如果用运煤车作为运输设备最好布
置在1.一3"的近水平煤层中;
(4)大型井田的边角煤地段和不适宜布置综采
工作面的小型井田范围,短壁机械化回采工作面部
署与布置较为灵活,可实现"即进即退"灵活机动回
采,基本不受断层,褶曲,裂隙等地质构造的影响;
(5)顶板中等稳定,底板不软化的煤层,特别需
注意在含有薄煤层的复合顶板下进行回采时,往往
因顶板岩层中的薄层煤线而造成煤线以下顶板岩石
离层冒落,如果锚杆能锚固在顶部薄层煤线以上的
坚硬顶板中,则能维持安全生产,否则顶板受巷道跨
度,暴露时间,支护质量,顶板涌水等因素影响而塌
落,不利于工作面正常生产.底板表层若有一定厚
度泥岩,遇水易软化成泥淖,将严重影响连续采煤机
进刀,无轨胶轮车运行和人员工作.
3国内外短壁机械化设备的现状
连续采煤机自20世纪40年代问世以来,已经
历了三代产品的更迭,当今的第三代滚筒式连续采
煤机,集破煤,落煤,装运,行走,电液系统及辅助装
置为一体,达到了很高的制造水平,美国久益公司的
12CM 15 ,12CM27系列产品代表了当前国际先进水
平.菲尔奇公司的HDDR一AC型锚杆钻车和澳大
利亚海卓莫替克公司的ARO - 40 - RELMB系列四
臂型锚杆钻车;朗艾道公司生产的CHC818 Un一A
型运煤车,488GLBC铲车,1030给料破碎机,2000
吨MBC/PBC 8单元连续运输系统;久益公司生产
的10SC32一48B系列梭车;菲尔奇公司的MRS -
3H型和奥钢联的ABLS185/380型履带式行走支
架,均是集机电液为一体的自行式设备,可根据不同
地质条件和采煤工艺配合使用,可实现采煤,支护,
运输,转载,辅运等一条龙机械化作业.奥钢联的
ABM20型掘锚机组将掘,锚工序一体化,减少掘,锚
调机时间,该机组即将在晋城煤业集团投人使用,使
短壁机械化开采又增添了新的手段.
目前我国还没有成套国产化的连续采煤机及其
配套设备可供实际使用.由煤科总院太原分院研制
开发的XZ7000/24/45型履带行走支架和LY1500/
865一10型连续运输系统,GP460/150型履带行走
式给料破碎机,在与引进设备配套使用中均创造了
较好成绩
XZ7000/24/45型履带行走支架与奥地利阿尔
卑尼公司的ABLS185 /380 /540型,美国菲尔奇公司
的MRS-3H型履带行走式液压支架相比,各项技
术指标基本相同或接近.其中初撑力,地隙,履带链
宽度等指标更优于国外的两种机型,其整体性能指
标达到国际先进水平.在使用过程中成功支撑顶
板,掩护作业,还数次在被掩埋后自救逃逸,配合久
益公司的12CM18一I OD连续采煤机在大柳塔矿创
造了当时世界最高月产.目前XZ7000/24/45型和
XZ4500/15/27型, XZ7000/22/43型三种支架分别
在神东矿区,充州矿区使用,产生了良好的经济效益
和社会效益.
LY1500/868一10型连续运输系统的各项技术
指标,基本接近朗艾道公司生产的2000t MBC/PBC
8单元连续运输系统,其中设备能实现单刀跟进连
续采煤机,具有设备运行状态显示和扩音电话等特
点,更优于国外机型.经过一年投产使用,配合久益
公司12CM18一15D连续采煤机在哈拉沟矿已生产
原煤151万t,达到了预期设计指标,其整体性能指
标达到国际先进水平.目前共有3台LY1500/868
一10型连续运输系统正在神东公司生产使用,受到
用户好评.
GP460/150型履带行走式给料破碎机在上湾
矿连采工作面近一年配套使用中,2002年创运煤车
运翰方式世界最好年产成绩,被认为是优于同类引
进设备的国产化设备.
目前,国产连续采煤机,运煤车,铲车已完成方
案设计,多臂锚杆钻车正在方案设计中.相信不久
的将来即可投人现场试用,完成国产设备的配套能
力. 从部分已开发的国产设备和配件产品在现场实
际使用情况可以看出,国产设备在性能和技术参数
方面已与接近国际先进水平,某些技术指标和结构
性能甚至超过同类引进产品.但在技术细节上,如
外形尺寸和整机自重方面均还有较大差距.门外国
产设备使用可靠性还需进一步提高,使用寿PP尚待
进一步验证.国产设备和配件的最大优势是价格便
宜,设计可以更符合现场需要,服务更加便捷周到.
目前,国产设备价格一般为进Cl价格的50%左右,
配件价格为进口价格的30%左右.按照目前发展
趋势,在不久的将来,国产连续采煤机及其配套设备
的技术性能必将达到或超过国际先进水平.
2003年第5期煤矿机电
4市场前景
我国各大型矿井均以长壁采煤法作为主要开采
方式,采掘失调已严重束缚了生产能力的进一步发
挥;而大量的矿井边角煤,残留煤,"三下"煤,以及大
量被掠夺式开采破坏的煤炭资源迫待回收;部分矿
井资源枯竭促成了资源型城市发展的一些社会问
题,这些都需要推广连续采煤机及其配套设备的应
用技术,以保障煤炭工业平衡发展.
为了进一步提高矿井综合效益,各重点矿区已
开始探索连续采煤机快速掘进与短壁开采技术的应
用.充州矿业集团南屯煤矿采用引进连续采煤机和
国产行走支架进行边角煤的回收,已产煤30万t
多;晋城矿业集团公司寺河矿将连续采煤机及其配
套装备作为煤巷掘进的首选方案,目前业已掘进
10665m,产煤约20万t;潞安矿业集团公司积极策
划采用特殊设计的掘进机,配合履带行走式给料运
输机等后配套设备,开采边角煤和"三下"煤柱.这
些成功尝试将进一步拓宽我国短壁机械化开采的应
用范围,从而实现矿井边角煤,"三下"煤和不规则煤
田的开采;缓解采掘失调,解放矿井生产力;改善安
全状况,降低劳动强度,提高劳动效率;减缓煤炭资
源衰竭,缓解资源型城市就业压力,完成结构调整提
供更完整的经验,推动我国短壁机械化开采技术与
装备的发展,促进我国煤炭产业的技术进步和可持
续发展.

作者简介:张忠国(1949一),男,研究员.1982年1月毕业于太原
工业大学,现任崖炭科学研究总院太原分院副总工程师,从事崖矿机
电技术研究和管理工作,发表论文8篇口