王繼文

摘 要：我國煤炭工業(yè)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，中厚煤層開采技術(shù)、巷道系統(tǒng)布置已日臻成熟，厚煤層、特厚煤層的開采技術(shù)也在迅速發(fā)展之中，但薄煤層的開采水平仍不盡人意。同時(shí)我國薄煤層資源不僅分布廣泛，且煤質(zhì)較好，一些省區(qū)薄煤層儲(chǔ)量比重很大，如：四川省占60%，山東省54%，黑龍江省占51%，貴州省占37%，其它產(chǎn)煤省份如山西、內(nèi)蒙、河北、吉林等也有豐富的薄和較薄煤層資源。因此，在煤炭資源日益緊缺、開采成本日益增高的今天，研究薄煤層開采的安全高效開采技術(shù)，對(duì)于煤炭資源保護(hù)和利用、延長礦井開采壽命、實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

關(guān)鍵詞：神東；薄煤層；自動(dòng)化；綜采

一、薄煤層開采的特點(diǎn)

薄煤層由于其開采厚度較小，與中厚及厚煤層相比，主要存在以下特點(diǎn)：

（一）煤層薄、采高低、煤質(zhì)硬、勞動(dòng)效益低

煤層厚度多在1.3 m以下，并且華南地區(qū)龍?zhí)督M、東北侏羅紀(jì)煤層多不足1.0 m，煤層硬度系數(shù)f多大于3～4，使得人員進(jìn)入或在工作面內(nèi)作業(yè)以及設(shè)備移動(dòng)都十分困難，采煤機(jī)經(jīng)常需要挑頂或割底，機(jī)電事故增多，工作面內(nèi)的工作條件差，勞動(dòng)強(qiáng)度大。煤質(zhì)相對(duì)較硬，炸藥、截齒、刨刀的噸煤消耗量較大，回采成本較高。

（二）采掘比例大、掘進(jìn)率高，采掘接替緊張

隨著刨煤機(jī)、螺旋鉆機(jī)等設(shè)備的投入，工作面推進(jìn)加快，而回采巷道多為半煤巖巷，綜掘設(shè)備難以投入，放炮也不能一次全斷面爆破，煤矸分裝，掘進(jìn)速度很慢，造成工作面接替緊張。

（三）煤層的厚度、傾角變化，褶曲、斷層等構(gòu)造對(duì)采煤方法影響很大

由于薄煤地質(zhì)條件及賦存狀況較復(fù)雜，一有褶曲或斷層就很難布置巷道，掘進(jìn)送面時(shí)提前圈切眼，致使工作面縮短，回采率降低，巷道掘進(jìn)率高；或者回采時(shí)搬家重新送切眼，使得回采效率降低，很難有效益。

二、薄煤層工作面自動(dòng)化開采技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外薄及中厚煤層長壁開采技術(shù)應(yīng)用比較成熟的主要有：一是采用刨煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的刨煤機(jī)綜采機(jī)組；二是采用滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架配套的綜采機(jī)組。刨煤機(jī)綜采工藝簡(jiǎn)單、安全、塊煤率高，適于開采厚度較薄、硬度較低且地質(zhì)條件變化不大的煤層；滾筒式采煤機(jī)綜采對(duì)煤層硬度、厚度及地質(zhì)條件適應(yīng)能力強(qiáng)。

（一）刨煤機(jī)工作面自動(dòng)化開采技術(shù)

刨煤機(jī)采煤是利用帶刨刀的煤刨沿工作面往復(fù)落煤和裝煤，煤刨靠工作面輸送機(jī)導(dǎo)向。刨煤機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，便于維修；截深小，僅刨落煤壁壓酥區(qū)表層，故刨落單位煤量能耗少；刨落煤的塊度大，煤粉及煤塵量少。

20世紀(jì)90年代初，德國DBT公司開始研制電液控制系統(tǒng)。1998年，鐵煤集團(tuán)開始立項(xiàng)《薄煤層高產(chǎn)高效自動(dòng)化開采配套技術(shù)研究與應(yīng)用》這一科研課題，通過與德國DBT公司合作，于2000年9月引進(jìn)了全國第一套全自動(dòng)化刨煤機(jī)生產(chǎn)技術(shù)裝備。引進(jìn)了德國DBT公司生產(chǎn)制造的刨煤機(jī)、輸送機(jī)及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制等先進(jìn)技術(shù)，其余配套設(shè)備由國內(nèi)各生產(chǎn)廠家協(xié)助制造。設(shè)備具有體積小，通風(fēng)阻力小，自動(dòng)化程度高，工作面可以實(shí)現(xiàn)無人作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，有利于工作面的安全生產(chǎn)。該工作面的主要設(shè)備集中體現(xiàn)了機(jī)、電、智能一體化的特點(diǎn)，科技含量高、技術(shù)密集且關(guān)聯(lián)性強(qiáng)、工藝先進(jìn)、自動(dòng)化程度高，是國產(chǎn)設(shè)備與引進(jìn)設(shè)備的成功組合配套。在中國實(shí)現(xiàn)了無人工作面開采和薄煤層高產(chǎn)高效兩項(xiàng)歷史性的突破。

（二）滾筒采煤機(jī)工作面自動(dòng)化開采技術(shù)

滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化工作面的實(shí)現(xiàn)主要依靠工作面“三機(jī)”的自動(dòng)化控制及井下環(huán)境安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)洲。工作面的“三機(jī)”主要包括：采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)，實(shí)現(xiàn)三機(jī)自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化工作面的基礎(chǔ)。采煤機(jī)是自動(dòng)化工作面設(shè)備的核心部件，采煤機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)包括自主定位與自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)及自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)。液壓支架電液控制系統(tǒng)是目前最先進(jìn)的支架控制方式，集機(jī)械、液壓、電子、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)于一身，可實(shí)現(xiàn)拉架、推溜、伸護(hù)幫板、收護(hù)幫板以及架間噴霧等隨機(jī)聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化，以及自動(dòng)控制液壓支架動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)支架本架控制、鄰架控制、隔架控制、分組控制運(yùn)行狀態(tài)和工作面礦壓監(jiān)測(cè)的遠(yuǎn)程控制等。新型智能化刮板輸送機(jī)在各性能方面取得了很大的發(fā)展，代表了當(dāng)今世界刮板輸送機(jī)的最高水平，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)推移控制，同時(shí)向大型化、智能化、高可靠性及元部件標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展。

三、71301工作面自動(dòng)化開采關(guān)鍵技術(shù)

（一）采煤機(jī)自動(dòng)控制技術(shù)

通過調(diào)研分析，石圪臺(tái)煤礦71301工作面選用美國JOY公司生產(chǎn)的7LS1A采煤機(jī)，配備記憶截割系統(tǒng)（即記憶智能程控煤巖分界識(shí)別及控制系統(tǒng)）。該系統(tǒng)是一種基于位置傳感器和計(jì)算機(jī)記憶截割，通過計(jì)算機(jī)記憶儲(chǔ)存及自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面自動(dòng)化開采的中心環(huán)節(jié)。

記憶截割系統(tǒng)增強(qiáng)了采煤機(jī)支架聯(lián)動(dòng)（SIRSA）系統(tǒng)功能，可在JNA Face Boss電控系統(tǒng)中編制不同的割煤方法。一旦編制了這些方法并啟動(dòng)后，采煤機(jī)將在司機(jī)最小限度的干預(yù)下自動(dòng)運(yùn)行。

（二）液壓支架電液控制技術(shù)

石圪臺(tái)煤礦71301薄煤層工作面裝備了鄭煤機(jī)廠的ZY10200-1.4/2.8型二柱掩護(hù)式液壓支架，采用北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司研制的PM31電液控制系統(tǒng)。

PM31電液控制系統(tǒng)的主要功能是控制支架的所有動(dòng)作。控制命令由操作人員通過鍵操作或根據(jù)采煤機(jī)位置由系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出，傳感器檢測(cè)的實(shí)時(shí)值和用戶設(shè)置的各種參數(shù)也是控制過程的重要條件。PM31系統(tǒng)發(fā)揮計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，賦予系統(tǒng)豐富的功能，使支架控制方便、靈活、協(xié)調(diào)、安全，尤其是應(yīng)用程序修改的易行性和控制參數(shù)項(xiàng)目的完善周密及調(diào)整簡(jiǎn)便，使系統(tǒng)做到控制功能與工作面條件和生產(chǎn)工藝要求盡可能好地配合適應(yīng)。

（三）采煤機(jī)-支架聯(lián)動(dòng)技術(shù)

在采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的基礎(chǔ)上，要實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)支架聯(lián)動(dòng)即支架的跟機(jī)自動(dòng)化，需要有3個(gè)基本條件：

（1）跟機(jī)自動(dòng)化必須需要有準(zhǔn)確的采煤機(jī)位置信號(hào)。

（2）實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化必須保證工作面的整體工作狀態(tài)正常。其中包括：電液控制系統(tǒng)連接完整；從工作面到主控計(jì)算機(jī)的通訊正常；所有參與跟機(jī)自動(dòng)化的支架液壓系統(tǒng)工作正常。

（3）電液控制系統(tǒng)參數(shù)配置正確。即工作面支架成組拉架、成組推溜、成組護(hù)幫板等動(dòng)作都可以正常進(jìn)行。

（四）71301綜采工作面自動(dòng)化實(shí)施情況

71301綜采工作面作為石圪臺(tái)煤礦的第一個(gè)薄煤層試驗(yàn)工作面，從2013年7月7日開始安裝，至7月17日歷時(shí)11天完成了安裝工作。由于廠家原因，部分配件還未按時(shí)到貨，至2013年7月20日才開始調(diào)試、試生產(chǎn)，7月23日正式生產(chǎn)。該工作面除采煤機(jī)外，其他設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。

71301薄煤層綜采工作面勞動(dòng)組織采用“三八制”作業(yè)，兩班半生產(chǎn)，半班檢修。工作面從切眼開始進(jìn)行了部分自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的試驗(yàn)，工作面地質(zhì)條件正常時(shí)段，可保證自動(dòng)化生產(chǎn)工藝的順利進(jìn)行，生產(chǎn)中采煤機(jī)牽引速度一般可達(dá)6-8m/min，每刀煤平均用時(shí)1.5h，生產(chǎn)班割煤4-6刀，每天割煤10刀，工作面平均日產(chǎn)8000t。當(dāng)工作面遇到煤層條件發(fā)生變化時(shí)，終止自動(dòng)化割煤，采用人工控制。

截止到2014年1月24日工作面貫通，共生產(chǎn)了6個(gè)月，工作面推進(jìn)1327m，生產(chǎn)原煤約125萬t，最高日產(chǎn)13559t（2014年1月8日），最高月產(chǎn)270266t（2014年1月） ，平均月進(jìn)220m，月產(chǎn)21萬t?？傊?，以國產(chǎn)設(shè)備為主的71301薄煤層綜采工作面具備了年產(chǎn)250萬t的生產(chǎn)能力。

四、結(jié)論

71301工作面自動(dòng)化開采試驗(yàn)，標(biāo)志著神東礦區(qū)實(shí)現(xiàn)了薄煤層國產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化開采，在探索薄煤層自動(dòng)化開采的過程中，石圪臺(tái)煤礦成功實(shí)現(xiàn)了液壓支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)試，采煤機(jī)記憶割煤等實(shí)驗(yàn)，逐步形成了一套成熟的實(shí)施方案，通過薄煤層安全高效集約化開采關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)踐，運(yùn)用信息化、數(shù)字化、自動(dòng)化與智能化技術(shù)，解決了薄煤層煤層綜采設(shè)備安全高效自動(dòng)化開采的一系列技術(shù)難題，初步形成了薄煤層（滾筒采煤機(jī)）綜采工作面設(shè)備自動(dòng)化開采的成套技術(shù)。

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