李猛運　李同卓　劉平

摘要：我國煤炭儲存形式多樣化，且儲量豐富，根據煤層厚度劃分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤層五類。薄煤層煤炭儲存量所占比重較大，僅國有煤礦就占20%左右，地方煤礦薄煤層呈現(xiàn)分布廣泛、局部集中的局面，而且儲量遠高于國有煤礦。文章介紹了薄煤層自動化開采的特點、技術組成、解決途徑及存在的問題。

關鍵詞：薄煤層；煤炭開采；自動化技術；煤炭儲存形式；采煤機 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD421 文章編號：1009-2374（2015）14-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.081

我國煤炭儲存形式多樣化，且儲量豐富，根據煤層厚度劃分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤層五類。我國薄煤層煤炭儲存量所占比重較大，僅國有煤礦就占20%左右，地方煤礦薄煤層呈現(xiàn)分布廣泛、局部集中的局面，而且儲量遠高于國有煤礦。

當時開采技術局限，薄煤層一直開采緩慢，即便開采，也由于經濟效益差，只開采很少一部分。薄煤層開采成為我國煤炭開采的瓶頸。在20世紀70年代以前，薄煤層開采的產量比重保持在16%～17%之間。

1 薄煤層開采歷史

我國煤炭的開采已有很久的歷史，我國各個煤礦的薄煤層的開采都相對較晚，主要經歷了以下發(fā)展階段：以炮采工藝為主開采薄煤層始于20世紀50年代；60年代廣泛應用深截煤機掏槽，爆破落煤技術；到20世紀70年代，隨著鋼絲繩牽引刨煤機、全液壓驅動刨煤機和刮斗刨煤機等不同類型的刨煤機的研制成功，薄煤層機組得到大力發(fā)展；BM-100型薄煤層滾筒采煤機研制成功于1974年。天府礦務局和徐州礦務局在20世紀90年代分別從俄羅斯和烏克蘭引進了螺旋鉆采煤機，新汶礦業(yè)集團在2003年引進了2臺三鉆頭的螺旋鉆采煤機。

此時，我國各煤礦的薄煤層、極薄煤層的煤炭得到了有效開采，打破了部分薄煤層利用傳統(tǒng)采煤工藝不能開采的僵局。

2 薄煤層開采的特點

2.1 薄煤層采煤的工藝特點

由于采煤機開采薄煤層時，采高較低，這種情況下，采煤機機身要足夠低，另外就是采煤機必需有不應低于100～200kW足夠的功率；過煤和過機空間高度要足夠；為適應煤層變化，機身應盡可能短；盡可能不用人工在工作面開切口進刀采煤；采煤機的結構應簡單可靠，以便于安裝維護。為滿足這些要求，薄煤層采煤機分為爬底板式和騎輸送機式兩類。爬底板式采煤機機面高度低，機身位于滾筒開出的機道內。對于厚度大于0.18～0.19m的煤層要用騎輸送機式采煤機開采，這種采煤機由輸送機機槽支承和導向。兩種采煤機在采高相同時，爬底板式采煤機過煤空間高，工作面過風斷面大、工作安全，還可增大電機功率，生產能力較大，可用于開采0.16～0.18m的煤層。

2.2 薄煤層自動化開采的兩種技術途徑

2.2.1 刨煤機綜采機組。刨煤機采煤是一種“淺截深、多循環(huán)”的采煤設備，結構簡單、工作可靠，便于維修，對薄煤層開采具有特有的優(yōu)勢，不僅能達到高產，也能最大限度地保證人身安全。因此，刨煤機是實現(xiàn)薄煤層高產高效的有效途徑。

提高刨煤機刨硬煤的能力和提高刨頭調向裝置的靈敏度可提高刨煤機的生產力。提高刨煤機刨硬煤的能力可通過增加刨煤機的裝機功率，提高部分元部件的可靠性來實現(xiàn)。

2003年8月，山西焦煤集團馬蘭礦投產了一套全自動刨煤機系統(tǒng)，開始了薄煤層無人工作面開采，最高日產可達6280t。

2.2.2 滾筒采煤機機組。目前滾筒采煤機自動化割煤工藝主要有采煤機尾滾筒隨動割煤和采煤機記憶割煤兩種。

3 自動化技術的組成

3.1 采煤機程序控制自動割煤技術

采煤機采用記憶割煤技術，通過示范刀學習，煤機自動記錄工作面內任一位置滾筒高度參數。

由采煤機上的搖臂角度傳感器來計算滾筒高度；左右牽引部D齒輪上安裝有速度傳感器，可以自動計算煤機的位置和方向；記憶割煤時，根據記錄的滾筒軌跡，煤機可自動調整滾筒高度并實現(xiàn)自動割煤；記憶割煤時，煤機會在程序預設位置自動停機并調整滾筒高度，需要人工發(fā)出換向指令及給定牽引速度；煤機會自動記錄煤機在不同位置煤層的傾角、起伏變化，通過參數設置可以對工作面規(guī)律性的變化進行補償。

3.2 支架與采煤機聯(lián)動技術

支架與采煤機聯(lián)動技術的解決途徑：支架通過紅外線接收器接收煤機上紅外線發(fā)射器發(fā)射的信號確定煤機位置。按照預先設定的程序，支架可自動完成移架和推溜。在工作面兩端頭，可以由程序控制自動完成三角區(qū)內支架的動作。每臺支架都有一個獨立控制器，控制器之間可以相互通訊。支架主控計算機，可以監(jiān)視工作面內每臺支架的傳感器狀態(tài)及設置支架參數，并可以進行遠程遙控。

實現(xiàn)跟機自動化需要有3個基本條件，如下：（1）必須有準確的采煤機位置信號；（2）必須保證工作面的整體工作狀態(tài)正常，包括各個控制系統(tǒng)和通訊正常；（3）電液控制系統(tǒng)參數配置正確，工作面各個配套設備都可以正常進行。

自動化工作面自動移架（ASQ）大致流程如下：（1）開始跟機自動化；（2）ASQ報警；（3）測試蜂鳴器是否工作正常；（4）檢查鄰架是否達到合格支撐狀態(tài)；（5）進行推溜間隙測試并計算推溜間隙大??；（6）降柱直到立柱壓力降低到設定移架壓力，同時抬底千斤頂動作；（7）拉架，直到拉架至參數設定的行程值；（8）如果在規(guī)定時間內未完成拉架，則進行再降柱過程，直到拉架至最終行程；（9）升柱直到立柱壓力達到設定的過渡壓力以及初撐壓力；（10）推溜以消除推溜間隙；（11）結束自動拉架，同時計算支架

位置。

3.3 自動化信息通訊技術

自動化信息通訊技術的解決途徑，煤機與JOS、監(jiān)視器之間通過隨機電纜及光纜通訊。由通訊電纜在支架主控計算機與支架之間、相鄰兩架之間傳輸信號。數據上傳系統(tǒng)，所有信號傳輸至地面調度室，便于遠程

控制。

3.4 設備狀態(tài)監(jiān)測技術

工作面常見的問題，通過設備傳感器及隨機視頻攝像系統(tǒng)監(jiān)視設備狀態(tài)，并及時調整設備狀態(tài)加以解決。

由立柱壓力傳感器、自動補壓系統(tǒng)可防止支架未接頂；支架行程傳感器監(jiān)測拉架或推溜是否到位；支架傾角傳感器可防止支架傾斜；隨機成像系統(tǒng)可監(jiān)測煤機與支架是否有干涉；JOS、支架主控計算機可診斷煤機、三機、支架故障并排除。

3.5 采煤機割煤的遠程干預

通過在煤機上裝一套隨機攝像系統(tǒng)來監(jiān)視煤機滾筒位置，視頻信號經過隨機光纜傳輸至控制臺的監(jiān)視器上。煤機信息（滾筒高度、電機電流等）通過隨機電纜傳輸至控制臺JOS（JOY順槽主控計算機）。控制臺設置遠控遙控器，遙控信號經過隨機光纜將傳輸至于煤機，自動化操作人員根據視頻監(jiān)視器和JOS提供的工作面及設備信息實現(xiàn)對煤機的遠程遙控。

4 開采自動化存在的問題

（1）由于礦井下條件局限，隨機攝像系統(tǒng)成像清晰度不高，須進一步研究提高攝像系統(tǒng)的清晰度；（2）割煤時震動大，采煤機上安裝的電氣元件較易損壞；（3）需要進一步提高各類傳感器的可靠性及精度；（4）提高設備的穩(wěn)定性，減少維修；（5）自動化割煤在煤層賦存條件復雜的條件下如何使用值得進一步研究；（6）操作及維護人員的技術水平需要進一步

提高。

5 結語

煤炭實現(xiàn)自動化開采是未來的發(fā)展方向，自動化開采可以降低勞動強度，提高工人安全系數，達到安全生產，提高資源回收率，延長礦井服務年限，提高煤礦工效和經濟效益。我國煤炭開采年代久遠，很多中厚煤層已經開采，現(xiàn)在亟需開采薄煤層及極薄煤層，研究和推行薄煤層的自動化開采技術至關重要。因此，薄煤層自動化開采技術在煤炭開采工作中起到十分重要的作用。

參考文獻

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作者簡介：李猛運（1984-），男，河南南陽人，河南理工大學工程碩士，河南南車重型裝備有限公司技術中心支護研究所工程師，研究方向：液壓支架的設計研發(fā)。

（責任編輯：王 波）