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[摘要]本文主要阐述了薄煤层刨煤机综采开采工艺、刨煤机结构、配套设备、刨煤机系统的核心技术等技术问题。
[关键词]薄煤层；刨煤机；综采技术
中图分类号:TD823 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0080-01
为尽快改善薄煤层开采状况，近几年我国煤矿企业推进科技进步，在薄煤层开采方面取得了较大进展。例如，我国一些煤炭生产企业从国外引进了多套自动化刨煤机采煤工作面成套设备。这些设备体积和通风阻力小，有利于瓦斯管理和降低粉尘浓度，工作面能实现无人作业，对工作面安全生产有利。
1、开采工艺
刨煤机的开采工艺是由刨头运行速度、工作面刮板输送机链速以及刨深等因素决定。刨煤机在上行刨煤和下行刨煤时，要按刨头运行速度与刮板输送机链速之间的关系，刨煤机开采一般采用如下方法：
（1）重叠或超载方法。这种方法的特点是刨头速度始终大于输送机链速；其应用范围一般适用在坚硬的薄煤层；刮板输送机载荷情况：输送机上载荷重叠。
（2）混合方法。这种方法的特点是上行刨煤时刨头速度大于输送机链速，下行刨煤时刨头速度小于输送机链速；其应用范围一般仅用在松软的厚煤层；输送机上载荷分布比较均匀。
2、刨煤机结构
刨煤机是薄煤层工作面刨削煤层的设备，一般由刨头、采煤工作面两端驵动装置、刨头运行导轨及无极牵引链（刨链）组成。
2.1、刨头。刨头是刨煤机的截割部，是直接刨削煤壁的关键部件，它由刨体、加高刨刀座、中心顶刨刀架、左(右)底刨刀架、顶刨刀座、刨链连接器、煤粉清扫器等部件组成。刨头在刨链的牵引下，沿刨头运行轨道自动往返运行刨削煤壁。在煤层厚度出现变化时，应该安装不同形式的加高刨刀座或调节中心顶刨刀架，改变刨头的工作高度，实现不同厚度煤层的有效开采；在煤层起伏较小时，应通过调节底刨刀架位置，使底刨刀实现“上飘”和“下啃”，把刨落的煤一次性地装到刮板输送机上，提高煤炭采出率。
2.2、刨头运行导轨。它是采煤工作面运煤和刨头赖以滑动的装置，由中间标准运行导轨、两端运行导轨、链条、刮板、电缆槽、调斜装置、锚固装置、机头驱动装置、机尾驱动装置等组成。刨头运行导轨接受刨头刨削的煤块，由链条刮板把落煤运到工作面下端口，并尾随刨头向工作面推进方向自动迁移。
2.3、无极牵引链。它是隐藏在刨头导轨腔内，连接刨头和机头、机尾驱动装置的传动链索。在运行前要由液压紧链装置按设定的值对其进行张紧，使它处在最如工作状态。
2.4、调斜装置。它是由调斜千斤顶、连接球头、球窝及液压控制阀组成。调斜液压控制阀组控制调斜千斤顶活塞杆的伸缩，使刨头运行轨道和刨头上仰或下切，适合煤层起伏不平的变化，以实现少丢煤、不丢煤、不啃岩石，把刨刀的磨损降到最小。
2.5、紧链装置。它的主要作用是对刨链在工作前进行预紧，使刨头安全可靠地工作。刨煤机的紧链过程是液压系统对刨煤机链轮位置进行改变的过程。
2.6、驱动装置。它是刨头的动力源，配置在采煤工作面两端，由功能和构成完全相同的两部驱动装置组成，根据所在的位置，一般称为机头驱动装置和机尾驱动装置。它一般由刨煤机电动机、刨煤机链轮和刨煤机减速器组成。
2.7、锚固装置。它主要由锚固连接板、液压千斤顶及固定连接部件组成，起到避免刨头运行轨道下滑或弯曲，其工作原理是利用锚固连接板及液压千斤顶，把液压支架底座与刨头运行轨道通过挡煤板加以固定和连接。锚固装置数量由工作面倾角状况确定，在工作面煤层底板倾角不大于5°~8°时，在工作面两端各安设三套锚固装置，能较好地避免刨头运行轨道。
3、配套设备
3.1 配套原则
从高产高效、一井一面、集中生产、控制的薄煤层综采发展状况来看，要增加工作面设计长度，选用能刨硬煤的刨煤机组，科学合理地调整刨深，提高刨煤速度，提高液压支架的移架速度，与大运输量、高强度的工作面刮板输送机匹配；采用长距离运输巷道和相应运输量的带式输送机，从设备技术性能要求出发，选择的综采机械设备一定要技术先进、性能优良、可靠性很高，各个设备之间要相互配套性好，可保持采运平衡，很好地发挥薄煤层综采优势。
自动化刨煤机的技术配套，要明确全自动化刨煤机系统对每台设备技术性能、生产能力、安全可靠性的技术要求，确定配套设备间的相关技术参数，具体要求有如下几点：（1）设备生产能力必须满足高产高效要求。（2）相关配套设备实现自动化控制。对薄煤层开采，若不能实现自动化控制，会给生产人员带来较大的劳动强度，也不能实现高产高效的目标。（3）配套设备安全、可靠性高。因其薄煤层工作面人员作业空间狭窄，设备维护不便，一定要求配套设备的可靠性高，故障率低。
3.2 刨煤机工作面液压支架
液压支架是综采工作面的重要设备，它与采煤机、刮板输送机井被称为“三机”，是综采工作面实现安全高效的关键设备。
（1）ZZ系列支撑式支架。此系列支架有较强的切顶能力，稳定性很好，有很大的支护强度，操作简易。支架的工作阻力为2000-10000kN，支架高度在0.9~4.7m之间，在工作面倾斜15°以上时配有防倒、防滑装置。支架的结构特点为：立柱呈X、V型布置，两柱支顶、两柱支撑式或四柱支顶；顶梁有整体、楔体或铰接型，有前伸缩梁或挑梁；底座有整体分体、半钢性分离底座，能设抬底座机构。
（2）ZY系列掩护式支架。此系列支架采高范围大，支架长度短，成本较低，操作灵活。支架的工作阻力为1800-6000kN，支架高度在0.75-3.8m之间。支架的结构为：两立柱支顶，个别有一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接顶梁，有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半钢性分离底座，设抬底座机构；本架或邻架操作
3.3 薄煤层刨煤机工作面刮板输送机
刨煤机工作面刮板输送机是以牵引构件和中部槽为支承机构的连续运输机械，由机头部机头架、传动装置、链轮等部件组成，机头架除了卸载，还对传动装置、链轮组件、盲轴等部件起支承装配的作用。传动装置主要包括电动机、减速器和液力联轴器。电动机采用三相异步防爆电动机，减速器采用大功率行星减速器。刮板输送机一般采用液力偶合器作为联轴器，也有的采用双速电动机。薄煤层铸造槽帮输送机的特点如下：（1）整体中部槽高度较小；（2）不增加输送机机头的卸载高度；（3）配置结构紧凑的行星减速器；（4）刮板链的安全裕度增大；（5）生产能力增强；（6）可靠性较高，降低了设备的故障率；（7）有其更广泛的适应性；（8）采用销轨式无链牵引机构
4 刨煤机系统的核心技术
4.1 刨煤机和刨头运行轨道
刨煤机的工作是刨削煤壁、装煤。刨头的运行轨道是刨头的运行导轨，也是工作面煤块着落、连续运煤的装置，沿工作面铺设，与桥式转载机首尾搭接。
4.2 电液控制系统
电液控制系统是综合机电一体化的自动控制系统，安全、高效、实用，它是煤矿生产自动化发展的方向。
电液控制系统由PM4控制单元、电液控制阀組、电缆、电源、电气控制元件等组成，与有关装置连接，使非电力设备完成回采中不同的动作要求。
（1）PM4是液压支架电液控制系统的心脏，是控制回采工作面液压支架、刨头运行轨道、机头（机尾）驵动托架移动的智能装置。在正常条件下，每台液压支架配备一台PM4，每台PM4接收与本架相关的监测数据，并编译其数据，并确定由电液控制阀组执行的不同操作程序要求的命令。
（2）电液控制阀组的布置形式是每个液压支架安装一组。
（3）电气控制元件主要包括稳压电源、电耗适配器、绝缘适配器、立柱压力传感器、推移位移传感器、数据传输耦合器等。
电液控制系统由设在工作面运输巷的主控台（MCU）控制，它不但能控制全工作面，还可以在图形显示屏幕上监控工作面，如刨头位置、输送机位置、支架位置、立柱压力、推移千斤顶行程等，并可向支架控制器PM4输入程序指令，并控制PM4,使之执行各种自动控制功能。
[关键词]薄煤层；刨煤机；综采技术
中图分类号:TD823 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0080-01
为尽快改善薄煤层开采状况，近几年我国煤矿企业推进科技进步，在薄煤层开采方面取得了较大进展。例如，我国一些煤炭生产企业从国外引进了多套自动化刨煤机采煤工作面成套设备。这些设备体积和通风阻力小，有利于瓦斯管理和降低粉尘浓度，工作面能实现无人作业，对工作面安全生产有利。
1、开采工艺
刨煤机的开采工艺是由刨头运行速度、工作面刮板输送机链速以及刨深等因素决定。刨煤机在上行刨煤和下行刨煤时，要按刨头运行速度与刮板输送机链速之间的关系，刨煤机开采一般采用如下方法：
（1）重叠或超载方法。这种方法的特点是刨头速度始终大于输送机链速；其应用范围一般适用在坚硬的薄煤层；刮板输送机载荷情况：输送机上载荷重叠。
（2）混合方法。这种方法的特点是上行刨煤时刨头速度大于输送机链速，下行刨煤时刨头速度小于输送机链速；其应用范围一般仅用在松软的厚煤层；输送机上载荷分布比较均匀。
2、刨煤机结构
刨煤机是薄煤层工作面刨削煤层的设备，一般由刨头、采煤工作面两端驵动装置、刨头运行导轨及无极牵引链（刨链）组成。
2.1、刨头。刨头是刨煤机的截割部，是直接刨削煤壁的关键部件，它由刨体、加高刨刀座、中心顶刨刀架、左(右)底刨刀架、顶刨刀座、刨链连接器、煤粉清扫器等部件组成。刨头在刨链的牵引下，沿刨头运行轨道自动往返运行刨削煤壁。在煤层厚度出现变化时，应该安装不同形式的加高刨刀座或调节中心顶刨刀架，改变刨头的工作高度，实现不同厚度煤层的有效开采；在煤层起伏较小时，应通过调节底刨刀架位置，使底刨刀实现“上飘”和“下啃”，把刨落的煤一次性地装到刮板输送机上，提高煤炭采出率。
2.2、刨头运行导轨。它是采煤工作面运煤和刨头赖以滑动的装置，由中间标准运行导轨、两端运行导轨、链条、刮板、电缆槽、调斜装置、锚固装置、机头驱动装置、机尾驱动装置等组成。刨头运行导轨接受刨头刨削的煤块，由链条刮板把落煤运到工作面下端口，并尾随刨头向工作面推进方向自动迁移。
2.3、无极牵引链。它是隐藏在刨头导轨腔内，连接刨头和机头、机尾驱动装置的传动链索。在运行前要由液压紧链装置按设定的值对其进行张紧，使它处在最如工作状态。
2.4、调斜装置。它是由调斜千斤顶、连接球头、球窝及液压控制阀组成。调斜液压控制阀组控制调斜千斤顶活塞杆的伸缩，使刨头运行轨道和刨头上仰或下切，适合煤层起伏不平的变化，以实现少丢煤、不丢煤、不啃岩石，把刨刀的磨损降到最小。
2.5、紧链装置。它的主要作用是对刨链在工作前进行预紧，使刨头安全可靠地工作。刨煤机的紧链过程是液压系统对刨煤机链轮位置进行改变的过程。
2.6、驱动装置。它是刨头的动力源，配置在采煤工作面两端，由功能和构成完全相同的两部驱动装置组成，根据所在的位置，一般称为机头驱动装置和机尾驱动装置。它一般由刨煤机电动机、刨煤机链轮和刨煤机减速器组成。
2.7、锚固装置。它主要由锚固连接板、液压千斤顶及固定连接部件组成，起到避免刨头运行轨道下滑或弯曲，其工作原理是利用锚固连接板及液压千斤顶，把液压支架底座与刨头运行轨道通过挡煤板加以固定和连接。锚固装置数量由工作面倾角状况确定，在工作面煤层底板倾角不大于5°~8°时，在工作面两端各安设三套锚固装置，能较好地避免刨头运行轨道。
3、配套设备
3.1 配套原则
从高产高效、一井一面、集中生产、控制的薄煤层综采发展状况来看，要增加工作面设计长度，选用能刨硬煤的刨煤机组，科学合理地调整刨深，提高刨煤速度，提高液压支架的移架速度，与大运输量、高强度的工作面刮板输送机匹配；采用长距离运输巷道和相应运输量的带式输送机，从设备技术性能要求出发，选择的综采机械设备一定要技术先进、性能优良、可靠性很高，各个设备之间要相互配套性好，可保持采运平衡，很好地发挥薄煤层综采优势。
自动化刨煤机的技术配套，要明确全自动化刨煤机系统对每台设备技术性能、生产能力、安全可靠性的技术要求，确定配套设备间的相关技术参数，具体要求有如下几点：（1）设备生产能力必须满足高产高效要求。（2）相关配套设备实现自动化控制。对薄煤层开采，若不能实现自动化控制，会给生产人员带来较大的劳动强度，也不能实现高产高效的目标。（3）配套设备安全、可靠性高。因其薄煤层工作面人员作业空间狭窄，设备维护不便，一定要求配套设备的可靠性高，故障率低。
3.2 刨煤机工作面液压支架
液压支架是综采工作面的重要设备，它与采煤机、刮板输送机井被称为“三机”，是综采工作面实现安全高效的关键设备。
（1）ZZ系列支撑式支架。此系列支架有较强的切顶能力，稳定性很好，有很大的支护强度，操作简易。支架的工作阻力为2000-10000kN，支架高度在0.9~4.7m之间，在工作面倾斜15°以上时配有防倒、防滑装置。支架的结构特点为：立柱呈X、V型布置，两柱支顶、两柱支撑式或四柱支顶；顶梁有整体、楔体或铰接型，有前伸缩梁或挑梁；底座有整体分体、半钢性分离底座，能设抬底座机构。
（2）ZY系列掩护式支架。此系列支架采高范围大，支架长度短，成本较低，操作灵活。支架的工作阻力为1800-6000kN，支架高度在0.75-3.8m之间。支架的结构为：两立柱支顶，个别有一柱支撑掩护梁代替平衡千斤顶；整体和铰接顶梁，有前挑梁或伸缩梁；整体分体、半钢性分离底座，设抬底座机构；本架或邻架操作
3.3 薄煤层刨煤机工作面刮板输送机
刨煤机工作面刮板输送机是以牵引构件和中部槽为支承机构的连续运输机械，由机头部机头架、传动装置、链轮等部件组成，机头架除了卸载，还对传动装置、链轮组件、盲轴等部件起支承装配的作用。传动装置主要包括电动机、减速器和液力联轴器。电动机采用三相异步防爆电动机，减速器采用大功率行星减速器。刮板输送机一般采用液力偶合器作为联轴器，也有的采用双速电动机。薄煤层铸造槽帮输送机的特点如下：（1）整体中部槽高度较小；（2）不增加输送机机头的卸载高度；（3）配置结构紧凑的行星减速器；（4）刮板链的安全裕度增大；（5）生产能力增强；（6）可靠性较高，降低了设备的故障率；（7）有其更广泛的适应性；（8）采用销轨式无链牵引机构
4 刨煤机系统的核心技术
4.1 刨煤机和刨头运行轨道
刨煤机的工作是刨削煤壁、装煤。刨头的运行轨道是刨头的运行导轨，也是工作面煤块着落、连续运煤的装置，沿工作面铺设，与桥式转载机首尾搭接。
4.2 电液控制系统
电液控制系统是综合机电一体化的自动控制系统，安全、高效、实用，它是煤矿生产自动化发展的方向。
电液控制系统由PM4控制单元、电液控制阀組、电缆、电源、电气控制元件等组成，与有关装置连接，使非电力设备完成回采中不同的动作要求。
（1）PM4是液压支架电液控制系统的心脏，是控制回采工作面液压支架、刨头运行轨道、机头（机尾）驵动托架移动的智能装置。在正常条件下，每台液压支架配备一台PM4，每台PM4接收与本架相关的监测数据，并编译其数据，并确定由电液控制阀组执行的不同操作程序要求的命令。
（2）电液控制阀组的布置形式是每个液压支架安装一组。
（3）电气控制元件主要包括稳压电源、电耗适配器、绝缘适配器、立柱压力传感器、推移位移传感器、数据传输耦合器等。
电液控制系统由设在工作面运输巷的主控台（MCU）控制，它不但能控制全工作面，还可以在图形显示屏幕上监控工作面，如刨头位置、输送机位置、支架位置、立柱压力、推移千斤顶行程等，并可向支架控制器PM4输入程序指令，并控制PM4,使之执行各种自动控制功能。