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1、XX集团滨湖煤矿12层煤试验刨煤机组可行性分析研究报告刨煤机课题组二一一年五月九日XX集团滨湖煤矿12层煤试验刨煤机组可行性分析研究报告刨煤机课题组为落实集团公司主要领导关于在12层煤分析论证刨煤机工艺的行性，解决12层煤底板泥岩影响煤质难题的指示，提高薄煤层开采自动化水平，提高效率，由生产处牵头组织机电处、物流中心、鲁南装备公司、滨湖煤矿等有关单位，分别于2011年1月1315日 、2011年4月2124日赴铁煤集团、沈阳三一重装公司调研德国进口及国产刨煤机现场使用情况，邀请三一重装刨煤机设计专家团队到滨湖矿答疑，并到井下实地考察。课题组根据调研及考察情况多次座谈讨论，结合滕北煤田12层煤赋
2、存情况，对滨湖矿12层煤试验刨煤机组可行性进行详细分析论证，现将有关情况汇报如下。一、国内外刨煤机开采技术发展概况（一）国外刨煤机开采技术发展现状及趋势分析刨煤机成套开采技术是实现薄煤层安全、高效、自动化开采的主要发展方向。自20世纪40年代在德国问世以来，很快得到推广和发展，成为薄煤层机械化采煤的主流。欧洲主要产煤国德国、波兰、俄罗斯、法国、西班牙等，使用刨煤机开采的煤炭产量占薄煤层总产量的50以上。在德国，1.6 m以下的薄煤层中，几乎全部采用刨煤机开采，在1.6 2.2 m中厚煤层中也大量采用刨煤机工艺。当煤层厚度超过2.5 m时，则以滚筒采煤机成为主。据了解，德国薄煤层1.8 m以下的
3、30多个高产工作面中，只有1个滚筒采煤机工作面，其余全是刨煤机工作面，刨煤机的日产量可达5000 t以上，年产量达200万t以上。在波兰，每年使用刨煤机的工作面平均65个。在俄罗斯，每年使用刨煤机的工作面达到150多个。澳大利亚、南非等主要产煤国薄煤层工作面也都使用了全自动化刨煤机。使用刨煤机效率最高的是美国，它的薄煤层刨煤机工作面年产量可达300万t以上。德国DBT公司是世界上研制刨煤机最早、技术水平最高的一家公司。目前刨煤机的技术水平已发展到了采高0.63 m，截深最大可达300 mm，可刨煤硬度f=4，刨速最高可达3 m/s，刨链达42 mm，装机功率最大可达 2800 kW，设计长度达
4、400 m。目前世界刨煤机技术呈现出两大特点:一是刨煤机的装机功率越来越大，以德国为代表，80年代中期最大功率也只有500kW，目前已达到800-1600kW，其体积向着紧凑型方向发展，可靠性、自动化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤机的生产能力，刨削硬煤的能力有了明显提高，适应性增强，使工作面过小地质构造能力增强，给生产管理带来方便。其二是刨煤机的适用范围不断扩大，刨煤机不但用于采煤，还用于开采油母页岩等其他有用矿物，并取得较好的效果。（二）国内刨煤机发展现状在国内，从20世纪50年代末开始，也先后进行了几次刨煤机的研制，但由于设计、制造技术及配套设备等方面的诸多原因，在井下试验时出现了不
5、能控制漂刀啃底及刨头强度不够等诸多难题，仅半个月就升井了，这样的结果导致国产刨煤机开采设备的发展受到沉重打击。近年来，刨煤机开发在我国基本处于停滞状态，与世界发达国家的差距也越来越大。2000年，我国首次引进刨煤机开采系统，是由铁法集团小青矿从德国DBT公司引进，目前国内共有七套，分别在铁法集团的小青矿和晓南矿、西山煤电公司马兰矿、晋城煤业公司凤凰山矿。主要设备均由德国DBT公司制造，刨煤机功率除凤凰山矿为2400KW外，其余均为2315KW，其中，小青矿工作面运输机有两套为端卸布置，其余均为交叉侧卸布置。 2007年，三一重装与铁法煤业集团、中国矿大开始进行薄煤层安全、高效、自动化开采设备的
6、立项论证工作，经过多次论证、调研、方案设计等，于2009年立项，开始研制全自动刨煤机成套开采设备，样机于2010年7月份成功下线，并于11月开始在铁煤集团晓明煤矿进行井下工业性试验。目前该项目产品已申请了17项国家专利，其中发明专利6项，三一重装拥有自主的知识产权。二、刨煤机成套设备推广使用情况（一）进口刨煤机组在国内使用情况1、刨煤机组现场使用情况铁煤集团小青矿w2712工作面切眼长度212m，工作面走向1547 m，煤层厚度1.151.8m，煤层倾角210。煤层含矸率3.65%左右，煤层硬度3左右。该面共揭露断层4条，其中落差04米的断层3条，落差1米的断层1条，地质构造相对简单。上、下顺
7、槽采用三心拱断面，设计宽度为5.6m ，直墙高2.0m，中高3.3m，断面积17m2。采用钢带+锚杆+金属网+锚索联合支护。工作面可采储量57.2万吨，设计月产量9.3万吨，可采期6.2个月。该面为小青矿引进的第四套刨煤机组工作面，采用德国DBT公司DBT-98VE5.7N全自动化刨煤机、PRT-GH-PF3/822运输机及计算机远程控制系统等装备，其他配套设备由国内各生产厂家协助制造，转载机型号为SZZ-800/315，破碎机型号为PCM-160，液压支架型号为ZY4800/06/16.5D（Y98、北京煤机厂），乳化液泵站BRW315/31.5。工作面运输机为端卸式。德国全自动刨煤机工作面
8、设备配备（详见表1）。w2712刨煤机组工作面系小青矿二个主采工作面之一，另一个工作面为综采面，该矿年产240万吨左右，刨煤机组年产量占二分之一，单产维持在10万吨左右，最高达到月产14万吨水平，在该矿使用情况较好。据该矿工程技术人员反映，地质条件相对简单的薄煤层工作面适合采用该工艺，尤其是煤厚1.4米左右的薄煤层非常适合刨煤机。2、影响刨煤机工作面正常生产的因素及处理方法（1）煤层变薄或遇断层如果煤层变薄或遇断层，刨煤机通过困难，不能正常刨削，为预防机械设备的损坏（如，刨链断等），主要是采取打眼放炮的方法进行预处理。（2）顶底板起伏变化大遇到顶底板起伏变化较大时，为防止丢煤或削顶板，可用调斜
9、千斤顶对运输机进行微调。当底板岩石割得很厚，为防止对刨链造成损坏，采高允许时可以把运输机吊起，底下垫上木料，采高不能满足要求时，只能采取打眼放炮的方法处理底板。（3）PM4自动控制系统的使用和维护情况对刨煤机工作面正常生产影响极大PM4自动控制参数一般是不变的，但有些参数也是可调的，如刨深，选择多大的刨深要根据实际情况而定，如果顶、底板状态比较好，煤壁比较松软，可以选择较大刨深，如果煤壁比较硬或局部顶、底板刨削岩石，可适当减少刨深，以防由于刨深过大造成阻力增大而断链；又如成组推移运输机的组数，能够执行自动拉架的压力值等等都可以根据现场的实际情况进行调整。合理地调整PM4参数可以提高生产效率，减
10、少工人的劳动强度，相反由于PM4一些参数没有进行合理调整或对PM4控制系统检修没有达到完好标准，不能实现自动控制就会减慢工作面的正常推进速度，增加工人的劳动强度。（二）国产首台套刨煤机使用情况 1、工作面煤层赋存条件铁煤集团晓明矿N2419工作面切眼长度159m，工作面走向472 m，下顺槽尺寸5.2m2.8m（宽高），上顺槽尺寸4.5m2.5m（宽高），煤层厚度1.31.4m，煤层倾角35。煤质硬度普氏硬度系数f小于3，局部夹矸，矸石硬度普氏硬度系数f小于4，煤岩成分以暗煤为主，亮煤次之，煤岩类型为亮暗煤，煤质牌号为二号气煤，属低灰、低硫、低砷、低磷，高发热量之煤种，是良好的动力用煤和炼焦配
11、煤，煤层赋存较稳定，结构简单。2、工作面主要设备配套情况工作面所用采煤设备为BH38/2400刨煤机、SGZ-800/800式刮板输送机、SZZ-800/400型转载机、PLM-1800型锤式破碎机、ZY5200/08/18D型掩护式液压支架、ZGY5200/12/25.5D型过渡液压支架、ZT6200/18/32D型端头液压支架。三一重装刨煤机工作面设备配置，（详见表2）。三一重装刨煤机主要技术参数，（详表3）三一重装刨煤机采煤工艺技术参数，（详表4）。在生产过程中，刨深推荐值：上行70mm，下行30mm，往返100mm；刨速推荐值：上行1.7m/s,下行1.2m/s。3、试验情况BH38/
12、2400型刨煤机2010年11月在铁法晓明矿进行工业性试验，截止到2011年2月28日，产煤14万吨，有效工作时间83天，平均日产量1687吨，目前按三八制生产，每天生产16小时，折合有效工作日为66天，平均日产量2121吨。其中1月27日达到最大进尺量和最大出煤量，进尺8.5米，出煤3100吨。4、存在问题该套刨煤机运行状况总体上没有出现大的问题，基本可实现自动化操作，但受各种因素影响，仍然存在一些问题：（1）因刨煤机及刮板运输机机头、尾传动部尺寸大，造成巷道断面大，支护困难，支护质量要求高。（2）工作面生产过程中，机头、机尾处（安全出口）容易堆积大量浮煤，造成安全出口不畅通，影响通风和刨煤
13、机电机散热，需人工清理。（3）受地质条件变化影响较大，工作面遇断层、顶底板不平和煤层中出现夹石的情况下，不能实现自动化，生产效率低，刨头、刨刀消耗量大。（4）工作面三机配套后，工作面最低采高下限为0.8米。（5）刨煤机组在以下几个方面仍待改进a、卸载方式上采用交叉侧卸，适应地质条件的能力较差；b、机械加工质量有待提高，机头过渡槽有开裂的现象；c、材质的选择上要最高标准或者进口；d、滑靴设计结构要更具合理性才可以稳定运行。e、适当增加刨煤机功率5、三一重装公司下一步对刨煤机组的改进（1）机械部分对DBT刨头进行标杆研究，优化设计刨头结构；更改交叉侧卸的方式为端卸，适应恶劣地质条件；对具有可焊性要
14、求的零部件，通过焊接强度及质量控制增强其抗拉强度；采用合金铸钢ZG35CrMnSi替代合金铸钢ZG30MnSi，增强非可焊性零部件的耐磨强度及使用寿命；加强质量过程控制，明确热处理工艺为调质处理。通过金相组织来检测铸锻件的热处理工艺、物理性能、机械性能，确保铸锻件的质量。（2）电气部分增强电气元器件及插头的可靠性；增加电缆的保护，增强其可靠性和使用寿命。（3）液压部分增加过滤站，提高乳化液的过滤精度，防止滤芯、阀芯堵塞。（4）控制部分参考德国DBT公司成功案例，选用德国Marco产品，达到铁煤集团引进的第三套DBT刨煤机技术标准。三、XX集团推广试验刨煤机开采工艺可行性分析（一）风险因素分析1
15、、地质条件是试验成败关键。与铁煤集团小青矿相比，滕北煤田12层煤地质条件相对较差，断层较多，煤层局部有褶曲，底板为极为坚硬的灰岩，对试验影响极大。刨煤机组工作面过断层等地质构造必须放炮破岩石，爆破工作对电液控系统影响较大，造成维修、维护成本增加。2、人员素质至关重要。刨煤机开采工艺，控制系统先进复杂，自动化程度高，对现场生产管理及职工技术业务素质要求极高，需要进行系统的培训，滨湖矿建矿时间短，工人的业务素质及操作技能偏低，增加了试验难度。从铁煤小青矿多年刨煤机开采实践看，受地质条件及设备等因素影响，刨煤机组开采工作面仍需100人左右，与国外相比差距明显。3、三一重装生产刨煤机组在设计、设备材质
16、等方面与国外比仍有较大差距。第一套刨煤机组仅在铁煤集团晓明进行了首次试验，目前该公司正在针对试验中暴露的问题进行改进、加工，改进后设备预计8月份可再次下井进行试验，期望能达到小青矿引进的第三套德国DBT公司刨煤机技术标准。4、两巷断面过大，对安全和单进影响较大。刨煤机组主要驱动装备布置在工作面两巷，因此轨道、运输顺槽断面（宽*高，5.5*2.8m15.4m2）均较大，滨湖矿12层煤底板为八灰，硬度大，需破顶板掘进，巷道支护及回采期间超前维护难度加大，影响单进水平，顶板管理较为困难。5、与薄煤层综采相比初期投资较大。薄煤层综采工作面包括支架、采煤机、运输机、转载设备、泵站、电器等成套装备总投资在
17、3000万元左右。而三一重装成套设备报价为1.68亿元！（二）可行性分析1、技术工艺先进 刨煤机开采技术在理论、技术上已经比较成熟，发达国家使用刨煤机开采的煤炭产量已经占到薄煤层总产量的50以上。刨煤机成套开采技术已经成为薄煤层安全、高效、自动化开采的主要发展方向。比如：在德国，1.6 m以下的薄煤层中，几乎全部采用刨煤机开采，在1.6 2.2 m中厚煤层中也大量采用刨煤机工艺。在波兰也大量使用刨煤机。其技术工艺优势主要表现在以下几个方面一是与滚筒采煤机工艺相比较，刨煤机自动化程度高，用人少，速度快，更容易实现超长工作面安全高效开采，本质安全程度大大提高，降低了职工劳动强度；二是与滚筒采煤机相
18、比，刨煤机工艺更容易实现不破坏12层煤底板泥岩，解决该层泥岩进入煤流影响煤质的难题，有利于提高煤质，提高经济效益；三是操作简便，在工作面顺槽或地面控制室配备人机对话界面，使自动化系统更加灵活，反应迅速。截深与刨速参数程序控制可任意组合，提高了刨煤机的适应性，并能实现远程自动控制。2、安全上可靠一是完全实现了自动化，保证了薄煤层开采条件下的安全、高效；二是浅截深截割，推溜速度快，液压支架空顶距是采煤机的三分之一，可实现较破碎顶板的开采。三是不需要操作人员在工作面内跟随设备行走，确保了人员安全。刨头运行速度快、截深浅，降低了瓦斯的积聚，刨煤时产生的粉尘量比滚筒采煤机小，改善了工作面的作业环境和通风
19、条件。瓦斯释放量低，是采煤机的十分之一，工作面通风量要求不大。粉尘量低，是采煤机的五分之一。3、经济上可行条件适宜的工作面，与现有滚筒采煤机相比，工作面单产可以实现年产100200万吨水平，工效可以提高一倍；解决12层煤底板泥岩进入煤流难题，煤质可以大大提高；两个方面都有利于提高经济效益。 4、国内铁法煤业集团等企业已经有成功经验经过多年引进、消化和实践，铁煤集团小青矿刨煤机组开采工艺使用效果良好。目前小青矿薄煤层全部采用刨煤机工艺，先后引进4套德国刨煤机、运输机，与国产支架配套，一个面年产120万吨，创出了月产14万吨水平。三一重装公司研发生产的国内首台套刨煤机，在铁法煤业集团晓明矿进行了工
20、业性实验，从目前使用情况看，有自己独到之处，尽管发现不少问题，但试验基本达到预期效果，改进后有望替代德国进口产品。兄弟单位的经验，降低我们实验推广的风险。5、XX集团有较为可观、适合刨煤机开采的储量滨湖矿、新安矿12层煤储量约2000万吨，其它矿井0.8-1.0m的煤层储量也较大；外部绿塘煤矿7层煤可采储量也很可观。四、滨湖煤矿12层煤刨煤机试验面规划方案（一）12层煤基本情况12层煤位于太原组的中部，煤层厚度0.201.95 m，平均1.24 m，煤层倾角35，12下煤普氏硬度系数f1.5，煤厚变异系数为35%，煤层结构较简单，局部含2-3层夹矸，夹矸厚度0.010.41 m，夹矸有泥岩、砂
21、质泥岩、炭质泥岩，普氏硬度系数f2-3。煤层直接顶板以泥岩为主，普氏硬度系数f3.86，中粒砂岩、细粒砂岩或粉砂岩次之，局部含0.250.30 m的泥岩伪顶；底板为八灰，普氏硬度系数f13.4，普遍见0.2-0.3米厚泥岩伪底，开采过程中受水影响极易泥化进入煤流，对12层煤质产生极大影响。普氏硬度系数f2-3。（二）当前开采工艺及设备配套情况滕北煤田12层煤开采工艺为薄煤层综采，工作面设备配套为MG200/456WD采煤机、SGZ-730/400式刮板输送机、SZB-630/75型转载机、ZY2400/09/20型液压支架；工作面回采工效24.8t/工，平均单产为6万吨/月。（三）存在的主要问
22、题1、自动化程度低，职工跟机作业较为困难，劳动强度大。2、因煤层薄，采高低，作业空间小，不利于实现超长工作面开采。3、煤机装煤效果差，易造成面溜上漂，有时需人工清理。4、12层煤底板普遍有一层0.2-0.3mm泥岩，使用滚筒采煤机割煤，难以保证泥岩不被破坏，大面积破坏、较长时间暴露、受防尘水影响，导致泥化，进入煤流对煤质影响极大。5、对煤厚变化的适应性差，当煤厚小于1.0米时，受煤机过煤高度，作业空间、装煤效果等因素影响，薄煤层综采的优势很难发挥，具体表现为职工操作困难，工效较低。6、顶板破碎时，机道端面顶板较难控制，不利于顶板管理。（四）刨煤机试验工作面规划方案通过对滨湖矿121、122采区
23、的综合分析，拟在122采区12216工作面作为刨煤机试验首采面，该块段煤层赋存条件相对简单，断层少，较为适合刨煤机组开采。1、试验工作面基本情况12216工作面范围内12层煤厚度一般在1.271.48m之间，平均1.38m，设计走向长350m，倾斜宽230m，可采储量14.5万吨。该工作面位于122采区末端，走向长度不长，倾斜长度适中，煤层赋存稳定，构造相对简单、断层少；同时该工作面系统相对独立，对矿井主采工作面影响小，试验期间能保证矿井生产稳定。因此，比较适合进行刨煤机开采试验。2、工作面设备配套方案以三一重装公司为例，选择BH38/2400型刨煤机；综合考虑埋藏深度、顶板条件、自动化对可靠
24、性要求较高等因素，建议选用ZY4000/08/18D电液阀支架。滨湖12216刨煤机工作面成套设备，（详见表5）。3、三一重装公司生产刨煤机成套装备总投资以面长230m的刨煤机工作面为例，包括工作面支架（149个）、端头支架（5个）、过渡支架（4个）、刨煤机组、运输机、转载机、破碎机、泵站、喷雾泵等装备，三一重装公司总报价为1.68亿元。五、课题组意见和建议 通过两次调研，多次座谈讨论，结合滨湖矿12层煤实际情况，课题组提出以下意见和建议。（一）技术工艺优势明显，有试验推广的必要性、可行性。针对薄煤层开采，特别是1.4m左右的煤层，较滚筒采煤机具有明显优势，代表了薄煤层的主流发展方向，有试验推
25、广的必要性、可行性。目前，滨湖、新源12层煤厚度、顶板岩性、倾角、断层构造等与前期调研的铁法集团晓明煤矿非常类同。有望彻底解决12层煤底板泥岩进入煤流影响煤质的难题，大幅度提高煤质，提高经济效益。（二）建议优先考虑三一重装改进后的产品德国产品在稳定可靠性方面明显优于三一重装，但考虑到售后服务、技术壁垒和性价比等因素，为降低风险，建议XX集团首台套刨煤机成套设备选用三一重装公司的产品，同时要求三一重装方面为XX集团试验工作面量身定做，价格上通过商务谈判进一步优惠。（三）建议集团公司对承担试验任务的矿井给予政策支持。刨煤机组开采试验是一项技术含量很高的系统工程，初期肯定对矿井产量有较大影响，建议集
26、团公司在政策、资金、人员方面的大力支持，鼓励创新，宽容失败。（四）高度重视风险因素综合分析，刨煤机对煤层赋存条件要求较高，在地质条件复杂、断层发育的工作面使用确有一些困难，其技术工艺优势难以发挥，而滕北煤田12层煤地质条件相对复杂，断层较多，且底板为极为坚硬的八层灰岩，对刨煤机工艺影响很大。该工艺控制系统先进、复杂，自动化程度高，对现场管理及工人操作技能均有较高的要求，试验过程中不确定因素较多。初期投资较高。与目前工艺初期投资3000万元相比，1.7亿元投资显然过高。 二一一年四月二十九日附表1 德国全自动刨煤机工作面设备配备表使用地点名称规格型号数量单位备注工作面工作面支架ZY4800/06
27、/16.5D（Y98）136组国产端头支架ZT6200/18/324组国产过渡支架ZY4800/06/16.5D（Y98TA）4组国产过渡支架ZY4800/06/16.5D（Y98TB）2组国产刨煤机DBT-98VE5.7N1台德国运输机PRT-GH-PF3/8221台德国转载机SZZ-800/3151台国产破碎机PCM-1601台国产乳化液泵站BRW315/31.52台国产乳化液泵箱RX-25001台国产喷雾泵站BPW320/6.32台国产喷雾泵泵箱QX-WS360/301台国产刨煤机馈电开关KE-10042台国产刨煤机负荷开关KE-10042台国产运输机馈电开关KBZ-6301台国产运输机
28、开关QJZ-4*3151台国产转载机馈电开关KBZ-6301台国产转载机开关QJZ-4*3151台国产破碎机馈电开关KBZ-6301台国产破碎机闭锁开关QJZ-400/1140S1台国产照明综保开关ZBZ-4.0M1台国产乳化泵开关QJZ-400/1140S2台国产备用开关QJZ-400/1140S1台国产控制台AST-11套国产电表DBS8-4007台国产 附表2 三一重装刨煤工作面设备配置使用地点设备名称规格型号数量单位备注工作面刨煤机BH38/24001台端头支架ZT6200/18/32D5架过渡支架ZGY5200/12/25.5D2架过渡支架ZGY5200/08/18D2架液压支架ZY
29、5200/08/18D102架刮板输送机SGZ-800/8001台运顺转载机SZZ-800/4001台破碎机PLM-18001台可伸缩皮带机SSJ-1000/21501套乳化液泵站FRB-400/31.52台调度绞车JD-251台回柱绞车JH-141台回柱绞车JH-201台回顺替棚液压支架ZT9200-19/353组调度绞车JD-401台回柱绞车JH-141台边联水 泵DK25-5061台附表3 三一重装刨煤机主要技术参数刨煤机型号BH38/2400生产能力（t/h）1000刨头高度（mm）8002045设计/制造长度（m）300/250刨深（mm）0120适应煤层高度（m）0.82牵引刨链3
30、8137-C连接销破断负荷（KN）1810适应煤层倾角（）25（6设置防滑措施）刨头减速器带过载保护行星减速器装机功率（KW）2400刨头减速器速比15刨头牵引力（KN）323刨链驱动链轮（mm）6T-38紧链方式液压马达低速紧链牵引链速(m/s)1.8刨体型式单刨头，下链牵引刨体尺寸（长宽高）（mm）27129501750电动机（KW, V, Hz）400，1140，50，水冷刨头调整高度范围（mm）0250喷雾方式自动跟踪刨头底刨刀垂直方向调整4个位置（mm）+12，-10，-28，-43要求顺槽尺寸（宽高）（mm）50002600附表4 三一重装刨煤机采煤工艺技术参数割煤方式“Z”字型双
31、向穿梭式进刀段长度（m）12刨煤机刨深刨深（mm）0120最大刨速(m/s)1.8采高（m）1.40进刀方式端头斜切进刀循环进尺（mm）600输送机推移步距（mm）同设定刨深支架拉移步距（mm）600附表5 滨湖12216刨煤机工作面成套设备序号型号名称参考代号数量附注1BH38/2400型刨煤机1含运输机2SZZ800/400型转载机13PLM1800破碎机14PZY2300型皮带机尾自移装置1选配5ZY4000/8/18D 型液压支架149三一6过渡支架ZGY4400/08/18DZGY4400/12/25.5D22三一7端头液压支架ZT4800/18/32D 5三一8刨煤机自动控制系统1三一9刨煤机启动器天津贝克KE10042 三一10输送机转载机破碎机启动器双速双回路2 三一11乳化液泵站GRB-315/31.52选配12喷雾泵站 WPB-320/2.51选配
