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连采机半煤岩掘进技术探讨与实践
摘要：对连采机半煤岩掘进工艺特点和装备适应性进行了分析。通过与综掘机技术进行对比，探讨了连采机半煤岩掘进截割工序优化、装备适应性提升、截割振动控制及掘进工艺改进。相关技术和装备应用于某煤矿连采机半煤岩掘进中，取得了良好效果。
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我国1.6 m以下较薄煤层和薄煤层资源分布广泛，其可采储量约占我国煤炭资源可采储量的25%以上，但目前受限于开采劳动强度大、机械化程度低和经济效益差，产量仅占全国煤炭产量的10%左右，产储比例严重失调。
目前，国内外薄煤层综采技术发展迅速，相继推出了滚筒采煤机、刨煤机和等高式采煤机方案，已基本实现了自动化运行。但薄煤层掘进技术发展缓慢，薄煤层工作面普遍采掘比大、万吨掘进率高，同时受运输尺寸限制，巷道高度一般大于煤层厚度，为半煤岩掘进。由于巷道高度限制，目前综掘机装机功率低，掘进效率不足，采掘失衡严重，回采接续持续紧张。
连采机双巷掘进工艺是弱矿压条件下长距离顺槽巷道掘进的有效手段。由于连采机采用横轴式高功率密度滚筒上下摆动截割方式，可在有限空间内显著提升装机功率，提升掘进效率，目前已逐步应用于薄煤层半煤岩掘进领域。但与常规煤巷掘进相比，半煤岩掘进连采机振动加剧，部件寿命下降，适应性问题突出，需要进一步技术升级。
本文通过与综掘机进行技术对比，分别从截割工序、装备适应性、振动控制及工艺优化方面进行了连采机半煤岩掘进技术探讨，并应用于石圪台煤矿半煤岩巷道掘进中，取得了良好效果。
1、连采机与综掘机技术对比
(1）技术参数对比
连采机属于高度集成化产品，整机机身高度低，系统性集成了高功率密度横轴式截割滚筒、交流变频牵引履带行走系统、电驱动星轮式装载系统、电驱动机尾可摆动运输系统等，如图1所示。整机设计充分体现机动灵活和安全高效的特点，主要用于煤巷快速掘进，可截割夹矸半煤岩。针对连采机半煤岩掘进应用，通过与目前薄煤层半煤岩EBZ160悬臂式掘进机进行技术参数对比，获得技术提升方向，对比结果如表1所示。
(2）技术特点对比
EML340B型连采机和EBZ160掘进机由于适用范围不同，整机结构排布和截割、行走及装运系统的主要技术参数均存在差异。
①截割系统连采机通过履带推进实现滚筒进刀，横轴式滚筒上下摆动形成矩形断面，截割过程类似于机床棒铣刀加工；综掘机机身不动通过截割部伸缩实现进刀，截割部复合摆动实现断面成形，进刀过程类似于机床钻头钻进，摆动过程类似于球铣刀加工。连采机截割线速度以及截线距是掘进机的2倍以上，截割速度快，截割原煤比能耗低，截割效率高，但截齿消耗量和截割振动增加，经济截割硬度f=4，通过调整截割工艺，截割硬度可达到f=6。
图1 EML340B连采机外形图
表1连采机与综掘机技术对比表
②行走系统连采机采用交流变频电牵引，过载能力强，控制系统刚度大，可保证履带稳定推进进刀，同时调机速度快，系统发热小，可充分满足双巷或多巷掘进常态化快速调机要求；由于综掘机行走系统只用于常规调机和小范围行走，液压牵引系统复杂度低，工况适应性更好。
③装载运输系统连采机装载运输系统设计与截割系统进行匹配，装运能力是综掘机的2倍以上，同时机尾可摆动运输，配套梭车，实现灵活高效转载；装载星轮和刮板链在半煤岩中单位时间磨损量成倍增加，对部件材料耐磨性要求更高。
2、连采机半煤岩掘进技术探讨
(1）截割工序改进根据机床刀具切削原理，可通过调节切削三要素来实现不同材料有效切削，切削三要素为切削速度、切削厚度和吃刀量。对应连采机截割滚筒，其切削速度为齿尖线速度，切削厚度由进给速度和滚筒转速共同决定，吃刀量指滚筒截割煤壁进刀量。当截割半煤岩时，以f=6的砂岩为例，其截割比能耗是截割原煤的4倍以上，在切削速度和滚筒转速不能调整的情况下，只能通过减小进给速度来降低切削厚度，同时采用1/4滚筒吃刀量来提升截齿单刀力，从而实现横轴式滚筒半煤岩截割。需要说明的是，由于半煤岩工况截齿单刀受力倍增，截齿消耗量会显著增加，作业过程中须及时更换截齿。
(2）装备适应性提升连采机半煤岩截割过程中，冲击振动载荷倍增，岩粉磨损严重，所以需对传动件抗冲击设计、密封选型及材料耐磨性进行攻关。EML340系列连采机截割减速器驱动轮毂采用双支撑设计，与JOY12CM15机型相比，抗冲击性能提升25%，同时减速器浮动密封处均增加防尘设计，提升核心传动件半煤岩截割适应性。
(3）截割振动控制半煤岩掘进时，整机振动加剧，截割振动控制是关键。对于常规煤巷连采机，截割振动控制方法：①通过增加整机质量及履带接地长度提升整机稳定性；②降低进给速度，控制切削厚度，减小滚筒截线距，降低单齿受力和磨损消耗，从而减小截割过程振动载荷；③提升整机销孔配合精度及表面硬度，避免长期使用、间隙增加带来的振动加剧。
(4）掘进工艺优化连采机双巷掘进工艺需实现截割时间、锚护时间、运输时间和调机时间的匹配。根据巷道不同岩石占比情况，当煤层厚度较薄、掘进半煤岩巷道时，可适当加大联巷间煤柱宽度即增大联巷间距至70～80 m，适当减小两巷间煤柱留设宽度，减少辅助硐室的掘进量；当煤层厚度较大时，适当缩短联巷间距，减少连采机等待梭车的时间。
3、工程实践
EML340B薄煤层连采机应用于石圪台煤矿2-2上煤二盘区202主运顺槽和212回风顺槽的半煤岩巷道掘进，巷道规格5.5 m×2.6 m，煤层平均厚度1.8 m（局部煤层厚度不足1 m），岩石硬度f≤6。
由于构造带的存在，煤层厚度由2.2 m以上逐渐减小到0.5 m左右。随着岩石占比的增加，日进尺随煤层厚度减小呈递减的趋势。当煤层厚度为2 m以上时，进尺保持在45 m/d以上；当煤层厚度为1.5 m时，进尺基本在30 m/d左右；当煤层厚度在0.9 m时，巷道基本需要截割1.5 m的岩石，进尺为12 m/d左右。经调研，石圪台煤矿2-2上煤约58%的采区巷道布置在1.5 m以上的煤层中，约38%的采区巷道布置在1.0～1.5 m的煤层中，约有5%的采区巷道布置在1.0 m以下的煤层中。连采机月平均进尺750 m以上，月最高进尺1 079 m，最高进尺达60 m/d，较好满足了矿方进尺要求。
4、结语
针对连采机在薄煤层半煤岩巷道掘进中遇到的问题，通过与悬臂式掘进机主要系统设计参数及适用范围进行比较，开展了连采机半煤岩掘进截割工序、装备适应性、振动控制以及掘进工艺的优化改进，并应用于某煤矿连采机巷道掘进中，取得了显著效果，同时本文半煤岩掘进技术思路可为后续半煤岩重型连采机开发提供借鉴。
参考文献:
[1]罗文,杨俊彩.神东矿区薄煤层安全高效开采技术研究[J].煤炭科学技术,2020,48(3):68-74.
[2]刘继高,傅龙进.大功率横轴式掘进机截割部减速器的设计[J].煤矿机械,2011,32(10):20-21.
[3]郝建生.掘进机纵轴式截割头截割效率的优化设计[J].煤炭科学技术,2007(2):80-83.
[4]宋明江.薄型连续采煤机在薄煤层开采中的应用[J].煤矿机械,2019,40(8):141-143.
[5]贾建伟,梁大海.连续采煤机巷道掘进工艺研究[J].煤矿机械,2023,44(7):100-103.
[6]马进功.连续采煤机短壁机械化开采发展现状研究[J].煤炭科学技术,2020,48(9):180-188.
基金资助:山西省重点研发计划基金项目(202202100401012);
文章来源:张强.连采机半煤岩掘进技术探讨与实践[J].煤矿机械,2024,45(09):136-138.
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2025-07-07我要评论
期刊名称：煤矿机械
期刊人气：2120
主管单位：国家煤矿安全监察局
主办单位：哈尔滨煤矿机械研究所
出版地方：黑龙江
专业分类：煤矿
国际刊号：1003-0794
国内刊号：23-1280/TD
邮发代号：14-38
创刊时间：1980年
发行周期：月刊
期刊开本：大16开
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2024-09-02
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上传者：管理员
